专利名称：搅拌研磨机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种依照权利要求1的前序部分所述的搅拌研磨机。
从欧洲专利0 370 022 B(对应于美国专利US 5 062 577)可以了解到一种传统类型的搅拌研磨机。在这种已知的搅拌研磨机中，销式搅拌元件安装在外研磨腔的限定壁上、并且最起码还安装在内研磨腔的内限定壁上，通过它们交替加速和减速辅助研磨体，从而产生一种紊流状态，该紊流主要通过冲击而产生研磨和分散效应。研磨物料流过研磨物料供料腔、传送部分，通过支路进入外研磨腔，通过偏转腔进入内研磨腔。辅助研磨体通过外研磨腔、偏转腔、内研磨腔和各支路循环流动，分别回到外研磨腔或者从传送部分的开口回到外研磨腔。研磨物料从内研磨腔的末端流入分离装置中。尽管分离装置并非主要用于将辅助研磨体与研磨物料分开；在本申请书中仍然也采用分离装置这一术语，因为它在技术语言中被广泛接受。从以上解释中可知，在分离装置的入口处辅助研磨体已经从研磨物料中分离了。已知的这种搅拌研磨机在实践中非常成功。
德国专利DE 28 11 899 C描述了一种搅拌研磨机，它的外研磨腔和内研磨腔都逐渐变细，形成截头锥形，也即，在转子和定子的中心纵轴的两端研磨腔的横截面都是锥形的。研磨物料从内到外流过搅拌研磨机，即，它流入内研磨腔的最窄处，然后它流过径向扩展的内研磨腔、偏转腔和径向扩展的外研磨腔。再从这里径向向内流过一个腔室(该腔室一边是由搅拌元件形成的)，流向分离装置，研磨物料通过分离装置排放出。在分离装置的出口端有一个支路的入口，该支路的入口位于分离装置内径向方向上，即，位于分离装置的出口端。辅助研磨体从此处流过转子内的支路，进入内研磨腔的开始部分。研磨腔的限定壁是平滑的。研磨槽的宽度，即研磨腔的径向宽度，是恒定的，然而与转动轴的距离逐渐增加。这就使得剪切梯度沿着研磨物料的路径方向由内向外增加。这意味着要么内研磨腔中负荷太低了，要么外研磨腔中太高了，从而导致施加在研磨物料上的负荷不规则。(剪切梯度定义为转动表面的速度与槽宽的商)。德国专利DE 196 32 757.1 A1(对应于美国序列号08/906 043)是没有在先公开的，它图示并描述了一种已经公用而为人所知的搅拌研磨机，它的内、外研磨腔设计成研磨槽。这些研磨槽壁面平滑，并且离开搅拌元件。形成内、外研磨腔的圆筒形壁的光滑设计有助于产生辅助研磨体分层相对运动的流动。一方面内研磨腔和一方面在外研磨腔中研磨腔的相应高度范围内，剪切梯度以及局部压强是恒定的。
德国专利DE 38 44 380 C1描述了一种搅拌研磨机，它带有一个搅拌轴，该搅拌轴带有作为其上一部分的座，该座安装在一支撑上，在这个支撑和研磨容器的盖子以及研磨容器的内壁相邻部分之间制成一个摩擦槽。在这个摩擦槽中，研磨物料被形成这些磨擦槽的研磨容器壁以及搅拌轴的摩擦所带动。
本发明的目的是制造一种通用类型的搅拌研磨机，它保持研磨物料颗粒的充分磨碎和弥散，同时磨碎后的研磨物料颗粒具有一个细致的磨光表面。
依照本发明，这一目的可通过权利要求1所述的特征来实现。在这种通用类型的搅拌研磨机中，研磨物料颗粒的充分磨碎和弥散主要是由在外研磨腔中的冲击即冲击研磨来完成，研磨物料在外研磨腔中的时间远远大于它在内研磨腔中的时间。在内研磨腔中进行磨光，意味着对在外研磨腔中磨碎新产生的研磨物料颗粒的表面进行某种抛光，即抛光研磨。当研磨物料从外研磨腔流入内研磨腔中时进行充分加速，权利要求2说明了如何使这种加速最佳。
权利要求3和4说明了外研磨腔和内研磨腔相互之间的纵截面之比的最佳下限范围。权利要求5和6说明了外研磨腔和内研磨腔相互之间的纵截面之比的最佳上限。
权利要求7-10指明外研磨腔和内研磨腔的径向宽度的最佳限范围。
权利要求11反映出如何使外研磨腔中冲击研磨最佳措施。
权利要求12-16说明了另一个实施例，在该实施例中，研磨物料在进入外研磨腔之前，先在一个窄的环形圆筒状旋涡槽中进行预分散。这种效果具体是由沿中心纵轴的径向有非常短的凸起的环形圆筒状旋涡槽以及支路通向旋涡槽而产生的，这样，形成旋涡槽的转子的壁面部分和支路出口交替通过研磨腔的内壁。
本发明的进一步特征、优点和细节将参照后面所述的本发明的一个示例性实施例以及相关附图来说明。其中，
图1是搅拌研磨机的侧视图；图2是通过搅拌研磨机的研磨容器沿长度方向的剖视图；图3是该搅拌研磨机的一个改进实施例的研磨容器沿长度方向的剖视图；参见
图1，搅拌研磨机通常包括支座1，它的上面安装一个圆筒形的研磨容器3。电机4安装在支座1中，并带有一个V形皮带轮5，它可以通过V形皮带6带动V形皮带轮8转动，V形皮带轮8不可转动地连接在驱动轴7上。
参见图2，研磨容器3由一个圆筒形内壁10组成，圆筒形内壁10环绕研磨腔9，并且封闭在一个大致为圆筒形的外套11中。在它们之间，内圆筒10和外套11形成一个冷却腔12。研磨腔9的下端由一个底板13构成，底板13呈圆环形，由螺钉14固定在研磨容器上。
研磨容器3包括一个上环形凸缘15，螺钉17通过凸缘15将研磨容器3固定到载料室16的下方。载料室16安装在搅拌研磨机的支座1上。研磨腔9由盖子18封闭。载料室16有中心轴承和密封室19，它和研磨容器3的中心纵轴20同心。驱动轴7穿过这个密封室19，轴7同样与轴20同心，并且有一个搅拌元件21安装在它上面。一个研磨物料供给线22通向与研磨腔9相邻的密封室19部分。
大致为杯形的圆筒状内定子24固定在底板13上，它是环形的，伸入研磨腔9中并且包括一个圆筒形外套26和圆筒形内套27，圆筒形外套26与轴20同心并形成研磨腔9，圆筒形内套27也与轴20同心。外套26和内套27之间形成冷却腔28。冷却腔28在底板13上与冷却腔29相通，通过冷却水供应接口30向冷却腔29供入冷却水，再通过冷却水排放接口32放出冷却水。
研磨物料/辅助研磨体分离装置34安装在内定子24的上前侧面33处，上前侧面33位于研磨腔9上方，该分离装置34与研磨物料流出管35相连。在分离装置34和流出管35之间设置有研磨物料收集漏斗36。在底板13附近，流出管35带有一个固定弓形部38，它由螺钉39可分离地固定在底板13以及与底板13紧密相连的内定子24上。分离装置34通向内定子24的环形前侧面33处被密封44封闭，只要松开螺钉39，分离装置34以及流出管35和收集漏斗36都能够被向下拉出内定子24。分离装置34可以从研磨腔9中拉出，而无须将其中的辅助研磨体从研磨腔中移出，因为当搅拌装置21没有被驱动时，装有辅助研磨体41的研磨腔9远没有填充到前侧板33的高度。
搅拌装置21的基本结构为杯形，即，它包括大致为环形的圆筒转子42，该环形圆筒转子42由同心的圆筒形外壁43和圆筒形内壁44组成，它们与轴20同心。在转子42的外壁43和内壁44之间形成一个冷却腔45。转子42安装在与轴7连接的转子承载件46上。通过在轴7和转子承载件46中形成的冷却水通道47、48向冷却腔45供入并放出冷却水。借助于研磨容器3的壁面光滑的内圆筒10和转子42的光滑圆筒形外壁43，还借助于转子42光滑的圆筒形内壁44和内定子24的壁面光滑的圆筒形外套26，研磨腔9被分成圆筒形的外研磨腔9’和圆筒形的内研磨腔9”，二者之间由位于底板13附近的一个偏转腔49相互连接。
由内圆筒10和外壁43构成的研磨腔的壁面上，装配有伸入外研磨腔9’中的静止的搅拌元件50，和能随转子42一起转动的搅拌元件51。相反，由内壁44和外套26形成的研磨腔10的壁面上没有安装伸入内研磨腔9”中的搅拌元件。研磨物料沿箭头52所示流动方向流过研磨腔9，从研磨物料供应管22流入，流过夹在转子承载件46与盖子18和内壁10的相邻部分之间的研磨物料供应腔53，向下流过外研磨腔9’，径向向内流过偏转腔49，再从这里，向上流过内研磨腔9”，直到分离装置34。在搅拌装置21被驱动而转动时，协同辅助研磨体41的作用，使研磨物料在通过外研磨腔9’、偏转腔49和内研磨腔9”时被粉碎。研磨物料通过分离装置34流出研磨腔9，并从该处通过研磨物料流出管35排放出。
用于分离辅助研磨体41的分离装置34安装在转子承载件46的圆筒形凹槽54中。在凹槽54的圆筒形壁55与分离装置34之间，细长的驱动器56安装在壁55上，它们的截面大致为三角形，在它们之间，形成大致漏斗形截面的支路57的入口部分。从欧洲专利EP 0 439 826 B(对应于美国专利US 5 133 508)中可以了解到这种带有这些驱动器56的设计。
支路57位于转子承载件46内，即，位于转子承载件46通向圆筒形转子42的传送部分，沿着流动方向52的箭头方向来看，处于分离装置34的前方。相对于流动方向箭头52对应的流动方向，它们将内研磨腔9”的末端与外研磨腔9’的前端相连接，即，与通向外研磨腔9’的研磨物料供应腔53的传送部分58连接。相对于搅拌装置21的转动方向59，支路57逆着转动方向59，从内向外沿径向伸展，这样，在内研磨腔9”中得以离心加速的辅助研磨体41通过支路61抛出，这样，就重新返回到研磨物料供应腔53中了。
搅拌元件51安装在转子42上，与之对应的搅拌元件50安装在研磨容器3中，外研磨腔9’是真正的研磨腔，在该研磨腔中，辅助研磨体41与转动的搅拌元件51和静止的搅拌元件50充分地进行动量交换，即，在该腔室中通过冲击效应研磨物料进行充分的剪切和分散。在外研磨腔9’中以分散或悬浮形式送入的研磨物料的单个颗粒被充分研磨。与其相对，内研磨腔9”是一个研磨槽，它的横截面远小于外研磨腔的9’的横截面。外研磨腔9’外径为Da，内径为Di。研磨槽式的内研磨腔9”的外径为da，内径为di。外研磨腔9’和内研磨腔9”的横截面之比为，4≤(Da2-Di2)/(da2-di2)，最好为5≤(Da2-Di2)/(da2-di2)。换句话说，这意味着外研磨腔9’的横截面是内研磨腔9”的横截面的4倍或5倍。由于这种设计研磨物料在内研磨腔9”中的流速至少比外研磨腔中高4倍或5倍。相应地，研磨物料在外研磨腔9’中的滞留时间也比它在研磨槽式的内研磨腔9”中的滞留时间长，大致为4倍或5倍。
外研磨腔9’和内研磨腔9”的横截面之比的上限为(Da2-Di2)/(da2-di2)≤30，最好为(Da2-Di2)/(da2-di2)≤25。
轴20径向上的外研磨腔9’的宽度a适用于15mm≤a，其上限为a≤300mm。同样轴20径向上的内研磨腔的槽宽b适用于3mm≤b，其上限为b≤15mm。此时，事实上最好要求在所有情况下槽宽b最起码是辅助研磨体41直径c的4倍。辅助研磨体41的直径c的上限为c≤1.5mm。
为了能使研磨物料从外研磨腔9’传入研磨槽式的内研磨腔9”时充分加速，偏转腔49装配有一个加速部分60，它朝向内研磨腔持续变细，其作用如同一个喷嘴。
当外研磨腔9’中产生高度紊流时，由于内研磨腔9”的圆筒形限定面的光滑设计，在内研磨腔9”中形成流动，在流动中辅助研磨体41相互分层移动。这样在内研磨腔9”的整个高度上，剪切梯度及局部压力强度恒定。由于研磨物料在内研磨腔9”中滞留时间较短，以及辅助研磨体41的相互分层运动，将不会发生过度分散和磨碎，而只是可能在滑过的粗糙颗粒上产生变形，这就使得在外研磨腔9’中新生成的颗粒表面被完全磨圆，并进行了表面处理。
所述的搅拌研磨机可以是立式的，也可以是卧式的，例如，它可以如所述那样，带有竖直的中心纵轴，或者相应地有一个水平中心纵轴。具体地说，在搅拌研磨机水平设置时，无须驱动器56。当然，可能还需要其他的进一步的结构调整。
图3所示的实施例与图2所示的实施例唯一的不同在于，转子42’的转子承载件46’的圆筒形周面61的设计不同。在该周面61和研磨容器3的相应内壁10之间装配有一个旋涡槽62，旋涡槽62有通向研磨物料供应腔53截头锥形的开口。支路57’通向旋涡槽62。在转子承载件46’的传输部分58处，界面63封住支路57’，这样在传输部分58中，辅助研磨体41不会直接进入外研磨腔9’，只是进入旋涡槽62。
中心纵轴20径向上的旋涡槽62的槽宽e非常小，为3mm≤e≤8mm,特别是，
4mm≤e≤5mm，此外，槽宽e与辅助研磨体41的直径c的比率最好为，3c≤e≤4c，由于旋涡槽62的横截面远小于外研磨腔9’，在旋涡槽62中流向外研磨腔9’的研磨物料速度非常高，防止了辅助研磨体41逸出到研磨物料供应腔53的截头锥形部分。具体地说，周面61的壁面部分65与支路57’交替，壁面部分65中间穿插有支路57’的相应出口64，支路57’形成某种逆转，用于完全充分的紊流混合辅助研磨体41，这样就充分完全地对旋涡槽62中的研磨物料进行了预分散。这种设计使得在操作中研磨物料的预分散、冲击研磨和抛光研磨非常有效地衔接。
权利要求
1．一种用于处理自由流动的研磨物料的搅拌研磨机，它包括一个研磨容器(3)，研磨容器(3)的内壁(10)形成一个基本封闭的研磨腔(9)；一个搅拌装置(21)，该搅拌装置(21)安装在研磨容器(3)中，可被驱动转动，并且相对于共同的中心纵轴(20)呈杯形，该搅拌装置(21)包括一个环形圆筒状转子(42,42’)，其中安装有内定子(24)，紧紧地连接在研磨容器(3)中；在研磨容器(3)的内壁(10)和转子(42,42’)的外壁(43)之间形成一个环形圆筒状外研磨腔(9’)，在转子(42,42’)的内壁(44)和内定子(24)的外套(26)之间形成一个环形圆筒状内研磨腔(9”)，它位于外研磨腔(9’)中并与之同心，二者之间由偏转腔(49)连接；搅拌元件(51)安装在转子(42,42’)的外壁(43)上，并伸进外研磨腔(9’)中；外研磨腔(9’)、偏转腔(49)和内研磨腔(9”)形成研磨腔(9)，它部分地填充有辅助研磨体(41)；一个研磨物料供应腔(53)，位于外研磨腔(9’)的入口端，并且沿研磨物料的流动方向(52)通到外研磨腔上，以及一个分离装置(34)，它位于研磨物料流动方向(52)上的内研磨腔(9”)的下游出口处，二者基本上位于研磨容器(3)的同一侧，以便于研磨物料流过；在搅拌装置(21)中设有支路(57,57’)，用于将辅助研磨体(41)从分离装置(34)附近返回到研磨物料供应腔(53)附近，支路(57,57’)连接内研磨腔(9”)的末端和外研磨腔(9’)的前端，其特征在于，内研磨腔(9”)为一个环形槽状，形成一个研磨槽；其特征还在于，外研磨腔(9’)的横截面明显大于内研磨腔(9”)的横截面；其特征还在于，转子(42,42’)的内壁和内定子(24)的外壁(26)光滑，不带有搅拌元件。
2．如权利要求1所述的搅拌研磨机，其特征在于，相对于研磨物料的流动方向(52)，在外研磨腔(9’)和内研磨腔(9”)之间设有研磨物料加速部分(60)，它在朝内研磨腔(9”)的方向逐渐收缩。
3．如权利要求1或2所述的搅拌研磨机，其特征在于，外研磨腔(9’)的横截面与内研磨腔(9”)的横截面之比为4≤(Da2-Di2)/(da2-di2)，Da为外研磨腔(9’)的外径，Di为外研磨腔(9’)的内径，da为内研磨腔(9”)的外径，di为内研磨腔(9”)的内径。
4．如权利要求3所述的搅拌研磨机，其特征在于，外研磨腔(9’)的横截面与内研磨腔(9”)的横截面之比为5≤(Da2-Di2)/(da2-di2)，Da为外研磨腔(9’)的外径，Di为外研磨腔(9’)的内径，da为内研磨腔(9”)的外径，di为内研磨腔(9”)的内径。
5．如权利要求1-4中任一个所述的搅拌研磨机，其特征在于，外研磨腔(9’)的横截面与内研磨腔(9”)的横截面之比为(Da2-Di2)/(da2-di2)≤30，Da为外研磨腔(9’)的外径，Di为外研磨腔(9’)的内径，da为内研磨腔(9”)的外径，di为内研磨腔(9”)的内径。
6．如权利要求5所述的搅拌研磨机，其特征在于，外研磨腔(9’)的横截面与内研磨腔(9”)的横截面之比为(Da2-Di2)/(da2-di2)≤25，Da为外研磨腔(9’)的外径，Di为外研磨腔(9’)的内径，da为内研磨腔(9”)的外径，di为内研磨腔(9”)的内径。
7．如权利要求1-6任一个所述的搅拌研磨机，其特征在于，外研磨腔(9’)的宽度a为15mm≤a。
8．如权利要求1-7任一个所述的搅拌研磨机，其特征在于，外研磨腔(9’)的宽度a为a≤300mm。
9．如权利要求1-8任一个所述的搅拌研磨机，其特征在于，内研磨腔(9”)的槽宽b为3mm≤b。
10．如权利要求1-9任一个所述的搅拌研磨机，其特征在于，内研磨腔(9”)的槽宽b为b≤15mm。
11．如权利要求1-10任一个所述的搅拌研磨机，其特征在于，静止搅拌元件(50)安装在研磨容器(3)的内壁(10)上，并伸入外研磨腔(9’)中。
12．如权利要求1-11中任一个所述的搅拌研磨机，其特征在于，在研磨物料供应腔(53)和外研磨腔(9’)之间形成有一个环形圆筒状旋涡槽(62)，由转子(42’)和研磨容器(3)的内壁(10)构成，支路(57’)通过开口(64)通向环形圆筒状旋涡槽(62)。
13．如权利要求12所述的搅拌研磨机，其特征在于，转子(42’)借助于圆筒状周面(61)形成旋涡槽(62)，支路(57’)的开口(64)位于圆筒状周面(61)上，开口(64)和周面(61)的壁面部分(65)在转子(42’)的圆周方向上交替。
14．如权利要求12或13所述的搅拌研磨机，其特征在于，周面(61)与研磨容器(3)的内壁(10)之间中心纵轴(20)径向上的旋涡槽(62)的槽宽e为3mm≤e≤8mm。
15．如权利要求14所述的搅拌研磨机，其特征在于，槽宽e为4mm≤e≤5mm。
16．如权利要求14所述的搅拌研磨机，其特征在于，槽宽e相对于辅助研磨体(41)的直径为3c≤e≤4c。
全文摘要
一种搅拌研磨机包括一个环形圆周状外研磨腔(9’)和一个内研磨腔(9”);外研磨腔(9’)由研磨容器(3)的内壁(10)与转子(42)的外壁(43)构成,内研磨腔(9”)由转子(42)的内壁(44)和内定子(24)的外套(26)构成。研磨腔(9’,9”)用偏转腔(49)相连。外研磨腔(9’)中装有搅拌元件(50,51),而内研磨腔(9”)壁面光滑,不带有搅拌元件。外研磨腔(9’)的横截面明显大于内研磨腔(9”)的横截面。
文档编号B02C17/16GK1215632SQ9812347
公开日1999年5月5日 申请日期1998年10月28日 优先权日1997年10月28日
发明者诺贝特·施特尔 申请人:德斯沃克股份有限公司