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Vorrichtung zum kontinuierlichen Herstellen von Granulat aus thermoplastischen Kunststoffolien bzw. -abfällen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Herstellen von Granulat aus thermoplastischen Kunststoffolien bzw.-abfallen, z. B. aus Polyvinylchlorid, Polyäthylen, Polypropylen od. dgl.
Bekanntlich fallen Kunststoffolienabfälle der genannten Art in grossen Mengen an, und es ist wünschenswert, diese Abfälle einer Weiterverarbeitung wieder zugänglich zu machen. Die Weiterverarbeitbarkeit solcher Abfälle ist dabei so zu verstehen, dass die Abfälle aus ihrer Blattform wieder in granulatförmige Teilchen überführt werden, die dann ohne Schwierigkeit mittels Strangpressen zu beliebigen Formen aus Kunststoff verarbeitet werden können.
Hiefür hat man bisher zwei wenig zufriedenstellende Wege beschritten, u. zw. indem man Kunststoffolienabfälle in beheizten Trommeln mit Rühr-oder Zerkleinerungselementen chargenweise so lange in dieser Vorrichtung thermisch behandelt, bis die Folienabfälle verschmolzen sind. Weiterhin hat man auch die Folienabfälle vorzerkleinert und in einer Strangpresse verschmolzen. In beiden Fällen werden die Folienabfälle einer thermischen Behandlung unterworfen, wobei jedoch die Qualität des übermässig thermisch beanspruchten Kunststoffes gemindert wird, da die thermische Belastung der Teilchen hoch sein und lange dauern muss, um alle Teilchen zu erfassen. Bei dieser diskontinuierlichen Arbeitsweise fallen die verschmolzenen Folienreste als grössere Klumpen an, die noch zerkleinert werden müssen.
Zweck und Ziel der Erfindung bestehen also darin, die genannten Folien bzw. Folienabfälle einer Wiederverarbeitung zugänglich zu machen und zu diesem Zweck in einer Vorrichtung zu granulatförmigen Teilchen umzuformen.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, die Vorrichtung so zu gestalten, dass der ganze Vorgang kontinuierlich ablaufen kann. Ferner ist es ein Ziel der Erfindung, die Folienteilchen derart zu behandeln, dass entweder direkt ein weiterverarbeitbares Granulat anfällt, oder dass würstchenförmige Teilchen erhalten werden, die einer Nachzerkleinerung zu Granulat zu unterziehen sind, wobei in jedem Fall die Folienteilchen nur einer kurzzeitigen Erwärmung durch Reibung bis kurz vor oder bis zu ihrer jeweiligen Erweichungstemperatur unterworfen werden sollen.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung vermeidet die eingangs angeführten Nachteile dadurch, dass die Folien bzw. Folienabfälle einer Schneidmühle mit Beschickungseinrichtung und einem Sieb sowie anschliessend durch eine Rohrleitung mit Gebläse einer Scheibenmühle unter Zwischenschaltung einer stufenlos regulierbaren Dosiereinrichtung zuführbar sind, welche Scheibenmühle aus einem Gehäuse mit zwei relativ drehbar zueinander und axial zueinander verstellbaren Scheiben besteht, zwischen denen die eingeführten Folienschnitzel durch die Reibungswärme mindestens teilweise geschmolzen und zu granulatförmigen Teilchen zusammengeschmolzen werden, und dass ferner an das Gehäuse der Scheibenmühle ein Gebläse zum Abführen der verschmolzenen Folienteilchen aus dem Gehäuse angeschlossen ist.
Die Einzeleinrichtungen dieser Gesamtvorrichtung sind im wesentlichen alle bekannt, d. h. die Erfindung besteht in der Kombination dieser bekannten Einrichtungen.
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Die Verschmelzung der Folienteilchen wird auf folgende Weise erreicht : Die Folienabfälle werden auf einer Schneidmühle bekannter Bauart vorzerkleinert. Zu diesem Zweck ist diese Mühle mit einem Sieb ausgestattet, das eine Maschenweite von etwa 8 bis 12 mm hat. Das aus dieser Mühle anfallende Produkt besteht also aus Folienteilchen und hat in diesem Zustand ein geringes Schüttgewicht, d. h. das Gewicht in Gramm im Volumen eines Liters ist relativ klein. Dieses Schüttgewicht der Folienteilchen liegt je nach Art des Kunststoffes bei etwa 0, 05 bis 0, 1 kg/l. Die Vorzerkleinerung erfolgt unter Normaltemperatur bzw. Raumtemperatur, d. h. bei etwa 10 bis 25 C. Diese Temperatur wird erhalten, weil die Abfälle mit einem Gebläse durch die Schneidmühle gesaugt werden.
Mit diesem Gebläse werden die Folienteilchen durch eine Rohrleitung in einen Luftabschneider transportiert, von dem aus sie in den Trichter eines Dosierapparates fallen. Dieser Dosierapparat kann einreguliert werden und fördert die, Folienteilchen, beispielsweise mit einer Förderschnecke, in den Trichter einer Scheibenmühle, in der die Teilchen kurzzeitig durch die Reibungswärme erhitzt werden. Die Reibungswärme wird durch zwei relativ zueinander drehbare Scheiben erzeugt. Durch diese Wärme werden die Teilchen kurzzeitig angeschmolzen, so dass sie zu grösseren Verbänden zusammenschmelzen. Dieser Vorgang vollzieht sich sehr rasch auf dem Weg, den die Teilchen vom Zentrum bis zum Umfang der Scheiben zurücklegen.
Es wird hiebei also mit einer Zerkleinerungsvorrichtung, die sonst an sich den Zweck hat, irgendwelche Teile zu zerkleinern bzw. zu zerreiben, gerade das Gegenteil ihrer ursprünglichen Zweckbestimmung erreicht, nämlich die Vereinigung der ihr zugeführten Teilchen im Sinne einer Verschmelzung bzw.
Verdichtung. Verdichtung bedeutet hiebei, dass die Folienteilchen zu einer kompakten, nicht mehr blättchenförmigen Masse zusammengeschmolzen werden.
Weitere Einzelheiten und die spezielle Gestaltung dieser Scheiben zu diesem Zweck werden noch nachfolgend genauer beschrieben. Je nach Einstellung dieser Scheibenmühle und je nach den Eigenschaften des Kunststoffes werden die verschmolzenen Teilchen in zwei Formen erhalten, was ebenfalls noch genauer erläutert wird, u. zw. fallen die verschmolzenen Teilchen entweder direkt als Granulat oder als tropfenförmige oder "würstchenförmige" Gebilde an, die dann in einer weiteren Vorrichtung nach zerkleinert werden müssen, um sie in Granulatform von gewünschter Grösse zu bringen.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung hat den Vorteil, dass das mit ihr gewonnene Granulat wieder zu andern Formgebilden kontinuierlich verarbeitet werden kann. Ferner ergibt sich der Vorteil, dass zur Erzielung eines weiterverarbeitbaren Granulats keine besonderen Heizapparaturen erforderlich sind und dass die Folienteilchen nur einer kurzzeitigen Erwärmung unterliegen, so dass die Qualität des Kunststoffes nicht beeinträchtigt wird. Weiterhin ist es ein Vorteil der Erfindung, dass die Mittel, mit denen an den Folienteilchen die Reibungswärme erzeugt wird, gleichzeitig als mechanische Knetelemente wirken, die die angeschmolzenen Teilchen sofort zu granulat-oder würstchenförmigen Gebilden verdichten.
Weitere Einzelheiten der erfmdungsgemässen Vorrichtung werden nachfolgend an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine Ansicht der erfindungsgemässen Vorrichtung, Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäss Fig. 1, Fig. 3 eine Draufsicht der feststehenden Scheibe der Scheibenmühle, Fig. 4 einen Schnitt durch die Scheibe gemäss Fig. 3 längs der Linie III-HI, Fig. 5 eine Draufsicht auf die drehbar gelagerte Scheibe, Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie V-V durch die Scheibe gemäss Fig. 5, Fig. 7 einen Schnitt durch zwei Scheiben mit anderer Zahnform und-anordnung, Fig. 8 das Schaltbild einer automatischen Steuerung der Dosiereinrichtung, Fig. 9 einen Schnitt durch die Scheibenmühle, in der die Verdichtung erfolgt, und Fig.
10 eine Vorderansicht der Scheibenmühle gemäss Fig. 9.
Die Gesamteinrichtung besteht gemäss den Fig. l und 2 im wesentlichen aus einer Schneidmühle aus einer Scheibenmühle, wie Zahnscheibenmühle --2--, und aus einer weiteren Schneidmühle--3--. Die Folien, Folienabfälle od. dgl. werden durch einen Aufgabetrichter--4-in die Schneidmühle--l--eingeführt, die von einem Motor --5-- angetrieben wird und deren Sieb eine Maschenweite von 8 bis 12 mm aufweist. Unter der Ausgabeöffnung der Schneidmühle-l-ist ein Auffangtrichter angeordnet, an den die Saugleitung --6-- eines Gebläses --7-- angeschlossen ist, das von einem Motor--8-angetrieben wird.
Druckseitig steht das Gebläse-7--über eine Rohrleitung --9-- mit einem Luftabscheider--10-in Verbindung, in dem die Folienteilchen von der Förderluft getrennt werden, die aus der Öffnung --11-- abströmt. Die Teilchen gelangen aus dem Abscheider --10-- in den Trichter --12-- der Dosiereinrichtung --13--, die aus einem Rohr-14--mit Schnecke besteht, welches Rohr unmittelbar in die Aufgabeöffnung der Mühle - 2-mündet, deren Welle im gezeigten Beispiel horizontal angeordnet ist.
Die Dosierschnecke - l 5-wird von einem hier nicht dargestellten Getriebemotor angetrieben, wobei die Drehzahl der
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Schnecke je nach gewünschter Aufgabemenge in bekannter Weise eingestellt werden kann. Für die eventuelle Zugabe von Farbstoffen, wie Farbpigmenten, ist am Rohr--14--am Anfang der Schnecke ein Trichter--15--vorgesehen, über dem ein Dosierapparat--16--angeordnet ist, der den Farbstoff über eine in Schwingungen versetzte Rinne--16'--in den Trichter--15--genau eindosiert.
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--12-- richtig--18-- mit Motor --19-- angeschlossen, von dem aus druckseitig eine Rohrleitung --20-- zu einem Luftabscheider --21-- führt, aus dem die Förderluft durch die Öffnung-22-abströmt.
Die in diesem Abscheider abgeschiedenen, verschmolzenen Teilchen fallen aus dem Abscheider --21-- in eine weitere Schneidmühle-23-, die ein Sieb (nicht dargestellt) von 5 bis 8 mm Maschenweite aufweist.
Das Fertiggranulat kann nun direkt in einen Sammelbehälter unter dieser Mühle fallen oder, wie dargestellt, mit einem Gebläse --24-- mit Motor --15-- abgesaugt und durch eine Rohrleitung - zu einem weiteren Luftabscheider--27--gefördert werden, aus dessen oberer Öffnung - die Luft abströmt und aus dessen unterer Öffnung --29-- das Fertigprodukt in einen Sammelbehälter--30--fällt.
Die Schneidmühlen--l und 23--bestehen aus einem Gehäuse mit horizontal gelagerter Welle, auf der ein Rotor mit Messerleisten sitzt, welcher Rotor etwa zur Hälfte seines Umfanges von einem Sieb mit den genannten Maschenweiten umgeben ist.
Die Scheibenmühle --2--, in der die Folienteilchen verschmolzen werden, ist im Schnitt in Fig. 9 dargestellt.
In den Fig. 3 und 4 ist eine Zahnscheibe dargestellt, die feststeht und in den Fig. 5 und 6 die Scheibe, die mit der feststehenden Scheibe gemäss Fig. 3 und 4 als Gegenelement zusammenwirkt und die drehbar auf einer Welle sitzt, was zu Fig. 9 noch genauer beschrieben wird.
Die Festscheibe --31-- gemäss Fig.3 und 4 hat eine zentrische Öffnung --32-- und einen inneren Ringbereich--33--, auf dem zwei Reihen Zähne--34, 35-- im Verlauf konzentrischer Ringe angeordnet sind. Die Zähne --34-- neben der Öffnung --32-- haben Abstände voneinander, die etwa ihrer Länge entsprechen. In der zweiten Reihe sitzen Zähne --35--, die kleiner sind als die Zähne --34--. Ihre Zahl ist etwa doppelt so gross wie die der Zähne--34--. Vom Zahngrund --36-- der kleinen Zähne --34-- verläuft die Scheibenfläche --37-- konisch und geht in einen ebenen, äusseren Scheibenbereich--38--über.
Im Bereich der konischen Form-37-und der ebenen Ringfläche --38-- sind in der Scheibe Nuten--39--vorgesehen, die kurz vor dem Scheibenumfang--40--auslaufen, die aber auch direkt am Scheibenumfang--40--auslaufen können. Dies ist mit der Linie --41-- in Fig.4 links beispielsweise angedeutet. Die Nuten --39-- verlaufen nicht radial, sondern unter einem Winkel von etwa 45 zum jeweiligen Radius. Auf der Rückseite ist die Scheibe --31-- mit Gewindelöchern - versehen, um sie am Mühlengehäuse bzw. am Mühlendeckel mit Schrauben befestigen zu können.
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Fig. 5- über die Scheibenebene vorragend ausgebildet.
Da die Zähne beider Scheiben ineinandergreifen müssen, liegen die Zähne --46,47-- auf konzentrischen Kreisen mit grösseren Durchmessern, u. zw. so, dass die Zähne --46-- zwischen die Zähne-34, 35- und die Zähne - zwischen die Zähne --35-- und die konische Fläche --37-- eingreifen. Im Zentrum weist die Scheibe--43--ein Gewindeloch--49--zur Befestigung mittels einer Schraube auf, um eine feste Verbindung zum Wellenstumpf herstellen zu können.
Im Zentrumsbereich ist die Schiebe --43-- mit flügelartigen Einzugszähnen --48-- versehen, die in bezug auf die Drehrichtung (Pfeil --50--) zurückgebogen sind. Auch diese Scheibe-43-
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ineinandergreifen, verlaufen also die Nuten --39 und 51--unter einem Winkel von etwa 900 zueinander.
Beide Scheiben--31 und 43-haben den gleichen Aussendurchmesser. Auf der Rückseite
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--53-- ist die Scheibe --43-- noch mit Abstreifflügeln --54-- versehen, die mit Fahnen --55-- die ebene Fläche--52--der Scheibe--43--und damit den Spalt, der sich zwischen den beiden Scheiben-31 und 43-bei deren Zusammensetzung ergibt, übergreifen.
In Fig. 7 sind zwei etwas anders ausgebildete Scheiben--153, 154-- dargestellt, die sich gegenseitig im Eingriff befinden. Die Scheibe --153-- ist die Festscheibe, während die Scheibe --154-- mit Nabe --155-- und Bohrung --56-- auf einem hier nicht dargestellten Wellenstumpf sitzt. Die Festscheibe--153--kann beispielsweise als Deckel für das Mühlengehäuse ausgebildet sein.
Die Folienteilchen werden durch die Öffnung --57-- eingeführt, an die beispielsweise das Rohrende des Rohres-14- (Fig. 2) der Dosierschnecke angeflanscht ist. Die Zähne sind bei den Scheiben - -153, 154-- anders ausgebildet als bei den bereits beschriebenen Scheiben, d. h. die ganze, Ringscheibenfläche ist hier mit allmählich von der Mitte nach aussen kleiner werdenden Zähnen --58, 59-- besetzt. Im Zentrum der drehbaren Scheibe --154-- sind einige wenige grosse Zähne --60-- für den Einzug der Folienteilchen vorgesehen.
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sein kann.
In diese Löcher-62, 63- wird ein Thermofühler --64-- (Fig. 8) eingesetzt, der in Brückenschaltung, in der sich noch ein Sollwert-Einsteller--65--und Widerstände--66-- befinden, einerseits mit einer Gleichstromquelle--67--und anderseits mit einem Verstärker --68-- in Verbindung steht. Dieser Verstärker --68-- liegt an einer Wechselstromquelle--69--
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Selbstverständlich kann auch die Drehzahl mit der grundsätzlich gleichen elektrischen Einrichtung derart erfolgen, dass vom Verstärker --68-- aus ein Stellmotor für ein stufenlos verstellbares Getriebe gesteuert wird.
Die ganze Einrichtung ist jedoch nicht unbedingte Voraussetzung für den Betrieb der Vorrichtung.
Die Einstellung der Dosierschneckendrehzahl kann auch unabhängig von der Temperatur erfolgen, da sich an den Scheiben für ein bestimmtes Produkt gleichbleibende Temperaturen einstellen.
Zweckmässig geht man nämlich so vor, dass man die Scheiben zunächst so eng wie möglich zusammenschiebt, die Folienteilchen in bestimmter Menge aufgibt und die Scheiben so weit auseinanderzieht, bis das Produkt in der gewünschten Form anfällt. Lässt man nun die Dosierschnecke schneller oder langsamer laufen, so hat dies eine Veränderung des anfallenden Granulats zur Folge, der wieder mit einer entsprechenden Scheibeneinstellung begegnet werden kann. Eine automatische Regelung ist also wohl möglich, aber nicht unbedingt erforderlich.
Die Mühle --2-- hat gemäss Fig. 9 folgenden Aufbau :
In einem Lagergehäuse --71-- ist in Lagern --72,73,74-- eine Welle --75-- drehbar
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--71-- inGehäuse--77--selbstverständlich auch nach Bedarf die Scheiben gemäss der Fig. 3 bis 6 angeordnet sein. Der Abstand der Scheiben-31, 43 oder 153, 154-- kann verändert werden, da die Welle - axial verschieblich ausgebildet ist. Zu diesem Zweck sitzen die Lager--73, 74- in einer Büchse--78--, die axial verschieblich in einem Lagergehäuse --79-- angeordnet ist.
Die Verstellung der Büchse-78-erfolgt gemäss dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit einer Schnecke--80--, die in eine Schneckenverzahnung--81--an der Büchse-78-eingreift. Auf der Welle der Schnecke --80-- ist entweder ein Handrad (nicht dargestellt) oder ein Kettenrad --82-- angeordnet, das mit einer Kette--83--von einem Verstellmotor--84--verstellt werden kann.
Wegen der axialen Verstellbarkeit muss auch die Welle --75-- im Bereich des Lagers--72-verschieblich gelagert sein, was im gezeigten Beispiel durch die Anordnung der Büchse-85- zwischen der Welle --75-- und dem Lager --72-- erfolgt. Auf dem Wellenende --86-- ist eine Antriebscheibe--37--vorgesehen.
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dem die Menge der Zuluft geregelt werden kann. Am Stutzen --89-- schliesst sich gemäss Fig. l und 2 das Gebläse --18-- saugseitig an, während an der Öffnung --57-- das Rohr --14-- der Dosierschnecke --91-- anzuschliessen ist (nicht dargestellt).
Die Scheibenmühle --2-- ist im gezeigten Beispiel auf einem Bock--92--gelagert. Angetrieben wird die Welle--75--von einem Motor--93-- (Fig. l und 2).
Die Vorrichtung arbeitet wie folgt :
Die Folienabfälle werden in den Trichter-4--geschüttet und in der Schneidmühle--l-- zerkleinert. Aus dieser Mühle werden die Folienteilchen mit dem Gebläse --7-- abgesaugt und durch
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Abscheider--10--transportiert,Öffnung --57-- der Festscheibe --153-- in genau dosierter Menge drückt. Wenn gewünscht, können am Rohr --14-- geeignete Farbpigmente mit einer Dosiereinrichtung-16--, wie Vibrationsrinne, zugespeist werden, u. zw. in einer Menge von etwa 0, 5 bis 2% der Aufgabemenge der Folienteilchen. Die in die Zahnscheiben--31, 43 oder 153, 154-- eingespeisten Folienteilchen werden in der beschriebenen Weise zwischen den Scheiben verschmolzen und treten am Umfang der Scheiben
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"würstchenförmige"- gebracht werden.
Die aus den Abscheidern-10, 21, 27- austretende Luft wird durch in Fig. l angedeutete Leitungen --94-- abgeführt.
Entscheidend für den gewünschten Effekt ist die Einstellung der Aufgabemenge, die Drehzahl der Drehscheibe und der Abstand der Scheiben. In Anbetracht der verschiedenen Eigenschaften der zu verarbeitenden Kunststoffe kann hiefür natürlich keine für alle Kunststoffe gültige Regel gegeben werden, vielmehr muss sich die Einstellung nach dem jeweils verarbeiteten Material richten.
Es ist klar, dass bei Kunststoffen mit hohem Schmelzpunkt, beispielsweise Polypropylen, eine grössere Reibungswärme erforderlich ist. Man kann hiebei also grössere Drehzahlen anwenden und Scheiben mit einer grossen Anzahl von Zähnen benutzen und die Scheibenabstände kleiner einstellen.
Entsprechend werden bei andern Kunststoffen mit niederen Erweichungspunkten, wie Polyäthylen, Polyvinylchlorid, geringere Drehzahlen und grössere Scheibenabstände benutzt.
Selbstverständlich hat hiebei auch die Folienteilchenstärke, die von 0, 01 bis 2 mm schwanken kann, einen Einfluss. Wenn also bestimmte Erfahrungswerte, die bereits in der Praxis gewonnen sind, berücksichtigt werden müssen, so muss in jedem Fall und bei jedem Kunststoff prinzipiell in der geschilderten Art vorgegangen werden, um das gewünschte Produkt zu erhalten.
Einen etwa allgemeingültigen Wert für die Aufgabemenge kann man beispielsweise für Scheibendurchmesser von etwa 300 bis 350 cm angeben, wenn man die Aufgabemenge in Beziehung zur Erweichungstemperatur setzt, d. h. die Aufgabemenge pro Stunde durch die Erweichungstemperatur in C teilt. Es ergibt sich dann ein Wert mit der Dimension kg/h C. Da man die Erweichungstemperaturen der Kunststoffe kennt, beispielsweise von Polyvinylchlorid, Polyäthylen und Polypropylen, die im wesentlichen für Folien in Frage kommen, so kann mit diesem Wert annähernd die Aufgabemenge ausgerechnet werden.
Beispiel : Polyäthylenfolienreste, deren Erweichungspunkt etwa bei 115 C liegt, werden in einer Schneidmühle bekannter Bauart auf eine Teilchengrösse von etwa 8 bis 12 mm zerkleinert. Diese Teilchen, die nach der Zerkleinerung ein Schüttgewicht von etwa 0, 08 kg/l aufweisen, werden aus der Schneidmühle mit einem von einem Gebläse erzeugten Luftstrom abgesaugt und der Dosiereinrichtung zugeführt. Diese Dosiereinrichtung ist so eingestellt, dass etwa 115 kg/h in die Zahnscheibenmühle eingespeist werden. Die Zahnscheiben dieser Mühle entsprechenden Scheiben gemäss der Fig. 7. Die drehbare Scheibe wird mit 490 Umdr/min angetrieben. Der Scheibenabstand richtet sich nach der Dicke der Folienteilchen und beträgt 1 bis 3 mm, gemessen zwischen Zahnspitze und Zahngrund.
Diese Teilchen haben die Form von Granulat und werden, da sie ungleichmässig sind, aus der Mühle mit einem Luftstrom entfernt und zu einem Abscheider geleitet, aus dem sie in eine weitere Schneidmühle
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fallen, die eine Siebgrösse von 5 mm hat. Wenn das Granulat diese Mühle passiert hat, liegt ein Produkt vor, dessen grösste Teilchen einer Maschenweite von 5 mm entsprechen und das ein Schüttgewicht von 0, 47 kg/l hat. Diese Aufgabemenge errechnet sich wie im Beispiel, ausgehend von dem Wert 0, 5 bis 1, 6 kg/h C.
Die Arbeitsweise der erfindungsgemässen Vorrichtung ist natürlich nicht an jede der beschriebenen Einzelheiten gebunden. So muss beispielsweise die Förderung der Teilchen in der Vorrichtung nicht mit Luft bewerkstelligt werden.