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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zerkleinerung von Bleibatterien zwecks Wiedergewinnung von Blei aus dem Akkumulatorenschrott.
Moderne säuregefüllte Blei- bzw. Starterbatterien bestehen zu etwa 55% ihres Gewichtes aus Blei und Bleiverbindungen. Die Säurefüllung macht etwa 25 Gew.-% aus, Das restliche Gewicht entfällt auf das Kastenmaterial und die Separatoren.
Die Wiedergewinnung des Bleiinhaltes der Batterien ist daher sowohl aus wirtschaftlichen Gründen als auch aus Umweltschutzgründen von ausserordentlich grosser Bedeutung.
Dieser Bedeutung entsprechend wurden im Laufe der Jahre zahlreiche Verfahren zur Verarbeitung von Akkumulatorenschrott entwickelt.
Ein ganz wesentlicher Schritt bei jeder Verarbeitungsmethode ist das Öffnen der Batterien. Eine Ausnahme stellt nur das Verfahren zur Verhüttung von kompletten Batterien im Schachtofen (Varta-Verfahren) dar. Dieses ist jedoch auf wenige Verarbeiter mit besonderen Marktbedingungen für das erschmolzene Hartblei beschränkt. Ausserdem ist auch in diesen Fällen das Öffnen der Batterie notwendig, damit die Batteriesäure, welche beim Schachtofen-Prozess sehr stark stören würde, ausfliessen kann.
Der Kasten aus Hartgummi, Bakelit oder Kunststoff, welcher die eigentliche Batterie umgibt, muss so weit zerlegt werden, dass das bleihaltige Material herausfallen oder herausgeschlagen werden kann.
Die einfachste und älteste Methode ist das Zerschlagen der Batteriekästen durch Fallenlassen der Batterie bzw. unter Zuhilfenahme eines schweren Hammers oder einer Axt.
Diese Arbeitsweise kann heute auf Grund der damit verbundenen körperlichen Anstrengung und der hygienischen Belastung (Bleistaub) nur mehr in Ausnahmefällen und für ganz kleine Mengen angewendet werden. In Zukunft wird es noch schwieriger sein, Leute für diese Arbeit zu finden.
Dazu kommt noch, dass die modernen Starterbatterien in überwiegendem Masse mit Kästen aus Kunststoff (z. B. Polypropylen) ausgerüstet sind. Dieses Kastenmaterial ist so elastisch und bruchfest, dass das Zerschlagen nicht mehr oder nur mit sehr grossem Arbeitsaufwand durchgeführt werden kann.
In Anbetracht dieser Schwierigkeiten hat man schon seit Jahrzehnten versucht, mechanische Hilfen für das Öffnen bzw. Zerlegen von Alt-Batterien zu entwickeln.
Seit längerem bekannt sind Sägen (Kreissägen, Bandsägen) und Scheren mit senkrecht geführtem Schermesser (auch Guillotinen), mit welchen der Deckel der Batterie abgetrennt wird. Der Batterieinhalt wird dann händisch aus dem Kastenmaterial herausgekippt bzw. herausgeschlagen, der Deckel in einer Mühle weiter zerkleinert. Diese Vorrichtungen haben jedoch zahlreiche schwerwiegende Nachteile.
Bei Verwendung von Scheren und Sägen ergeben sich vor allem folgende Probleme :
Jede Batterie muss für den Schnitt fest eingespannt werden. Es handelt sich um eine sehr gefährliche Arbeit, die bei Vollmechanisierung sehr störungsanfällig ist. Beschädigte Batterien sind sperrig und führen zum Verklemmen der Schneidvorrichtung.
Es kann nur ein Schnitt durchgeführt werden, da nach einem Schnitt die Batterie nicht mehr neu eingespannt werden kann. Der Batterieinhalt kann daher aus dem verbleibenden, sehr hohen Kasten oft nur sehr mühsam herausgeschlagen werden, weil sich die nassen Pakete im Kasten festsaugen. Im Winter sind gefrorene Pakete überhaupt nicht aus den Kästen herauszubekommen.
Bei Verwendung von Sägen treten noch die folgenden, speziellen Probleme auf :
Rasches Stumpfwerden der Sägezähne, wodurch ein häufiges Nachschleifen notwendig wird. Starke Geruchsbelästigung bei stumpfen Sägezähnen. Starke Lärmbelästigung. Entwicklung von Säurenebeln durch das raschlaufende Kreissägeblatt. Hoher Anfall von Sägeschlamm.
Die Bleiberger Bergwerks Union hat selbst im Jahre 1970 eine Kreissäge zur Zerlegung von Batterien gebaut und sich dieses Prinzip in der AT-PS Nr. 308872 schützen lassen.
Die Praxis zeigte dann jedoch, dass ein Dauerbetrieb mit einer solchen Säge aus den oben genannten Gründen nicht akzeptiert werden kann. Auf der Suche nach einer Lösung für das Zerlege-Problem hat die Bleiberger Bergwerks Union dann eine mit senkrechter Anordnung des Schneidmessers arbeitende Schere gebaut und mit derselben ausgedehnte Versuche durchgeführt. Die Ergebnisse waren ebenfalls sehr unbefriedigend.
Wie bei der Säge müssen die Batterien einzeln von Hand aus in den Arbeitsbereich des Schermessers gebracht und dem gewünschten Schnittverlauf entsprechend ausgerichtet und fixiert werden. Der Schnitt selbst stellt dann kein Problem dar.
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Gefährlich und mühsam ist dann jedoch wieder das Entfernen der zerschnittenen Batterieteile aus dem
Arbeitsbereich und das Ausschlagen des Batterieinhaltes aus den unteren Kastenhälften.
Für kleine Durchsätze von einigen hundert Tonnen Batterien pro Jahr könnte diese Arbeit vom
Aufwand her unter Umständen noch akzeptiert werden. Solche Batteriescheren sind auch tatsächlich bei vielen Schrotthändlern, vor allem in den USA, im Einsatz. Sie sind jedoch im Betrieb ausserordentlich gefährlich, weil die Hände immer wieder in den Arbeitsbereich des Schermessers gelangen. Dazu kommt noch die Verletzungsgefahr durch Säurespritzer und die Gefährdung durch die Bleiexposition.
Die US-PS
Nr. 3, 736, 823, US-PS Nr. 3, 453, 150, US-PS Nr. 3, 152, 504 und US-PS Nr. 3, 269, 870 beschreiben durchwegs solche Batteriescheren, bei welchen durch ein geradlinig bewegtes oder feststehendes Messer - in diesem
Fall werden die Batterien durch einen bewegten Stempel gegen das Messer gedrückt-die Deckel der
Batterien in einer Ebene zwischen den Polverbindungen und der Oberkante der Batterieplatten durchtrennt werden. Der Batterieinhalt wird dann händisch oder durch eine mechanische Vorrichtung aus den so geöffneten Batteriekästen herausgeschlagen.
Das in der GB-PS Nr. 892, 411 beschriebene Verfahren, die Batterien zuerst durch einen beheizten
Tunnelofen zu schicken, um nach dem Erweichen der aus Bitumen bestehenden Vergussmasse des
Batteriedeckels denselben samt den daran hängenden Gitterplatten aus dem Batteriekasten zu heben, ist inzwischen durch die geänderte Konstruktion von Starterbatterien überholt.
In der Regel ist der Deckel der Batterie heute mit dem eigentlichen Kasten fest verschweisst.
Für grössere Durchsätze hat man versucht, weitgehend mechanisiert Batteriescheren einzusetzen. Die Firma Penarroya in Paris/St. Denis hatte dazu eine hydraulisch arbeitende Schere entwickelt, welche bis zu sieben auf einem Band ausgerichtete Batterien gleichzeitig zerschneiden kann. Die Fixierung der Batterien erfolgt durch hydraulich betätigte Stempel. Nach dem Schnitt wurden die unteren Hälften der Batterien über eine hydraulisch betätigte Leiste auf ein Förderband geschoben. Am Ende dieses Förderbandes standen dann mehrere Leute, um die Batterieplatten aus den Kästen herauszuschlagen.
Diese Anlage wurde nach mehrjährigem Betrieb wegen Unwirtschaftlichkeit und wegen der Beschwerden der dort beschäftigten Arbeiter verschrottet.
In dieser Richtung war also für die Lösung des Problems kein Erfolg zu erwarten. Eine höhere Leistung und bessere Arbeitsbedingungen können ja nur durch eine weitgehende Mechanisierung dieser Schervorrichtung erreicht werden. Die dafür notwendigen, zum Teil recht komplizierten, beweglichen Teile sind unter dem korrosiven Einfluss der ausfliessende Batteriesäure jedoch sehr störungsanfällig. Weiters wird jeder derartige Mechanismus durch sperrige Kastenbruchstücke und Batterieschlamm immer wieder blockiert.
Diese Schwierigkeiten lassen sich nun bei einem Verfahren zur Zerkleinerung von Bleibatterien durch Zerschneiden derselben mittels eines Messers überraschenderweise erfindungsgemäss dadurch vermeiden, dass jede Batterie unter dem Einfluss der Schwerkraft von oben einem in einer im wesentlichen horizontalen Ebene rotierenden Messer zugeführt wird, darauf in einer bestimmten Stellung relativ zum Messer fixiert und vom Messer ein-oder mehrmals durchtrennt wird, worauf die festen und flüssigen Batterieanteile in üblicher Weise getrennt und weiter aufbereitet werden. Vorteilhaft wird jede Batterie während des Trennvorganges in einem bestimmten Abstand - in der Zuführrichtung gesehen-hinter der Schneidebene fixiert.
Kernpunkt der zum erfindungsgemässen Verfahren führenden Überlegungen war die Überzeugung, dass es doch antriebstechnisch vorteilhafter wäre, an Stelle eines über eine Hydraulik, Pneumatik oder Kniehebel transversal bewegten-und wie vorher dargelegt dadurch störanfälligen - Schneidmessers ein auf einer rotierenden Welle angebrachtes Messer zu verwenden. Der Schaffung einer auf dem Rotorprinzip, wie es ja an sich von Häckslern her bekannt ist, beruhenden Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens standen jedoch einige grundsätzliche Schwierigkeiten entgegen.
Die wichtigsten waren wohl das Problem der Zuführung der Batterien, die Einstellung eines bestimmten Schnittabstandes (von der Batterieoberseite her gemessen), die Fixierung der Batterie zur Vermeidung des Kippens während des Schneidvorganges und der Ausstoss der Batterieunterteile nach dem Abtrennen der Batteriedecke.
Übliche Lösungen für diese Probleme, wie Plattenförderer, Hubbalken und hydraulische Systeme, wären wieder technisch sehr kompliziert und daher störungsanfällig geworden, ganz abgesehen von der Korrosion durch die Schwefelsäure.
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So kam es zur Überlegung, das Rotormesser horizontal umlaufen zu lassen und die Batterien von oben her zu beschicken. Dem stand jedoch das Problem entgegen, die nach unten fallende Batterie in einer bestimmten Position (Höhe) aufzufangen und für den Schnitt fixieren zu müssen.
Über die Messerposition gesteuerte, waagrecht im Schacht unter dem Messer einschwenkende Klauen oder Platten wären wieder sehr störungsanfällige Maschinenteile geworden, teilweise zerquetschte Batterien hätten zu Verstopfungen im Schacht geführt.
Die Lösung all dieser Probleme wird nun bei einer Vorrichtung zur Durchführung des vorher angegebenen Verfahrens erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass ein Fallschacht für die Batterien vorgesehen ist, an dessen Ausgangsende ein rotierendes Messer vorgesehen ist, dessen Rotationsebene quer bzw. im wesentlichen senkrecht zum Schacht angeordnet ist, wobei ein ortsfestes Gegenmesser am Ausgangsende des Schachtes angeordnet ist, und dass im wesentlichen parallel zur Ebene des rotierenden Messers und-in Fallrichtung der Batterie gesehen-mit Abstand nach derselben mindestens eine rotierende Platte zur Abstützung der Batterie während des Schneidvorganges vorgesehen ist.
Dabei kann zweckmässigerweise die rotierende Platte starr mit der das rotierende Messer antreibenden Welle verbunden sein. Vorteilhafterweise ist die rotierende Platte kreisförmig ausgebildet und mit mindestens einem etwa die Form eines Sektors aufweisenden Ausschnitt versehen. Der Abstand zwischen der rotierenden Platte und dem rotierenden Messer kann dabei einstellbar sein. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenmesser mit mindestens einer etwa in Richtung der Umlaufbahn des rotierenden Messers weisenden Ecke versehen ist.
Wenn man somit bei der erfindungsgemässen Vorrichtung in den Zwischenräumen eines horizontal umlaufenden Doppelmessers im gewünschten Abstand nach unten versetzte und mit der Messerwelle starr verbundene rotierende Platten bzw. Drehteller anordnet, kann man ohne zusätzliche bewegte Teile erreichen, dass eine in der gewünschten Position in den Beschickungsschacht eingebrachte Batterie gerade so weit nach unten fällt, dass das dem Drehteller jeweils nachfolgende Schneidmesser die Batterie an der gewünschten Stelle durchtrennt. Die abgetrennte Scheibe fällt dann frei nach unten. Der Rest der Batterie rutscht nach dem Schnittvorgang im Schacht so weit nach, bis er am nächsten Drehteller wieder aufliegt. Die zweite Messerschneide trennt dann die nächste Scheibe ab und so fort.
Die Höhe der Drehteller kann über ein Gewinde beliebig eingestellt werden und ergibt somit die gewünschte Schnitthöhe bzw. Scheibenstärke.
Nebenbei ergibt sich durch dieses Prinzip eine ideale Fixierung der Batterie während des Schnittvorganges. Nach unten hin wird die Batterie vom Drehteller gehalten. Durch das rotierende Messer wird sie dann gegen die durch zwei Schachtwände gebildete Ecke getrieben und dadurch für den ganzen Schnittvorgang hervorragend fixiert. Von oben her üben die im Schacht nachfolgenden Batterien einen entsprechenden Anpressdruck aus.
Der zerschnittene Batterieschrott fällt frei nach unten durch einen aus Prall- und Leitblechen gebildeten säurefesten Konus auf ein langsam laufendes Förderband. Dieses Band wird im ersten Teil so stark geneigt ausgeführt, dass die freigesetzte Batteriesäure in ein Sammelgefäss zurückrinnen kann.
Der Antrieb der Messerwelle erfolgt zweckmässigerweise von unten her über ein entsprechend kräftiges Getriebe.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt : Fig. l ein Prinzipschema der Gesamtanlage zur Ausübung des erfindungsgemässen Verfahrens bzw. mit der erfindungsgemässen Vorrichtung, Fig. 2 die erfindungsgemässe Vorrichtung im Aufriss und Fig. 3 den zugehörigen Grundriss.
Gemäss Fig. 1 bis 3 werden Altbatterien --6-- verschiedener Grösse aus dem Batteriebunker --16-- in Richtung des Pfeiles --17-- der Zerschneidevorrichtung zugeführt ; dies wird bevorzugt mit Hilfe der Schwerkraft, gegebenenfalls auch kombiniert mit einem Förderer bewerkstelligt.
In der Zerschneidevorrichtung ist ein horizontal angeordnetes zweiflügeliges Schermesser-l-mit
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Das Gegenmesser --2-- weist im Grundriss (Fig. 3) eine Ecke --10-- auf, welche etwa in die durch den Pfeil--9-- angegebene Richtung der Umlaufbahn des rotierenden Messers--l-weist. In diese Ecke - -10-- des Gegenmessers --2-- wird die zu zerschneidende Batterie --6a-- durch den Druck des rotierenden Messers getrieben und so gegen Verschiebung in radialer und/oder Umfangsrichtung gehalten.
Von unten wird die zu zerschneidende Batterie --6a-- von der parallel zum rotierenden Messer-l- angeordneten, vom Messer aber in Fallrichtung der Batterien gesehen einen Abstand d aufweisenden rotierenden Platte --3-- gehalten. Von oben wird die zu zerschneidende Batterie --6a-- von der Last der nachfolgenden Batterien --6-- gehalten (Fig. 2).
Von der zu zerschneidenden Batterie --6a-- wird zunächst vom ersten Flügel des rotierenden Messers --1-- eine Scheibe --6b-- abgeschnitten, deren Dicke der Distanz d der rotierenden Platte --3-- von der Ebene des rotierenden Messers-l-entspricht. Diese Distanz ist mittels einer Mutter --4-- in gewünschter Weise einstellbar. Der zweite Flügel des rotierenden Messers-l-schneidet eine weitere
Scheibe --6b-- ab usw. Die Batterie wird somit völlig in Scheiben --6b-- von wählbarer Dicke zerschnitten, so dass der Ausdruck "Batteriehäcksler" treffend erscheint. Die Scheiben --6b-- fallen durch in der rotierenden Platte --3-- vorgesehene sektorförmige Ausschnitte --8-- (Fig. 3) auf einen Förderer --11-- und werden von diesem in Pfeilrichtung --12-- der Weiterverarbeitung zugeführt.
Die Akkusäure und der Akkusäureschlamm laufen in Richtung des Pfeiles --13-- in Fig. 1 in einen Akkusäure- schlammbehälter-14-.
Es versteht sich von selbst, dass die Messer--1 und 2-- jeweils nachstellbar und auswechselbar sind.
In Fig. 2 ist mit dem Bezugszeichen --5-- noch der trichterförmige Fallschacht für die Batterien --6 bzw. 6a-- bezeichnet, durch welchen diese mittels Schwerkraft dem rotierenden Messer-l-zugeführt werden, das am Ausgangsende dieses Schachtes --5-- mit quer zum Schacht angeordneter Rotationsebene vorgesehen ist. Auch das Gegenmesser --2-- ist am Ausgangsende des Schachtes --5-- angeordnet. Mit - sind in Fig. 2 die Batteriepole bezeichnet.
Unter Verwendung des erfindungsgemässen Verfahrens bzw. der erfindungsgemässen Vorrichtung können nun Batteriezerlegeanlagen aller Grössen und Leistungen gebaut werden :
Für kleinste Durchsätze wird man eine solche Anlage so wie bisher die Guillotine, nur für den eigentlichen Schnittvorgang verwenden und die üblichen Arbeiten manuell verrichten.
Für Grossanlagen mit Leistungen über 10000 Jahrestonnen wird man natürlich eine vollautomatische Beschickung mit entsprechenden Austragsvorrichtungen aus Vorratsbunkern und einer Vorrichtung zur Ausrichtung und Vereinzelung der Batterien vorsehen.
Während man bei den kleineren Anlagen die Sortierarbeit, im wesentlichen das Entfernen der Kastenbruchstücke, am langsam laufenden Austragsband von Hand aus durchführen kann, wird man bei grösseren Anlagen die bekannten Aufbereitungsverfahren nachschalten, welche die Abtrennung der einzelnen Batteriekomponenten vollmechanisch durchführen.
Beim Verfahren der Bleiberger Bergwerks Union geschieht dies durch Trocknen und Aufschliessen des Batterieschrottes in einem beheizten Drehrohr mit anschliessender trockener Absiebung und Windsichtung.
Nur der letzte Schritt, die Trennung des Bleigrobmetalls vom Kastenmaterial, erfolgt auf nassem Wege.
Beim Aufbereitungsverfahren der Stolberger Zink AG und beim Tonolli-Verfahren wird aus dem zerkleinerten Akkumulatorenschrott zuerst durch Nasssiebung der Batterieschlamm abgetrennt und anschliessend die Grobfraktion durch Schwereflüssigkeitstrennung in bleihaltiges und bleifreies Material zerlegt.
Heute werden als Vorstufe für solche Anlagen Backenbrecher und PraUmühlen verwendet. Diese sind jedoch nicht in der Lage, die modernen Batterien mit bruchfesten Plastikkästen zu zerkleinern. Es werden daher zum Teil Shredder eingesetzt. Diese zerreissen die Batterien jedoch so stark, dass der Batterieinhalt zu einem verfilzten Gemenge wird, welches durch nassmechanische Methoden (Sink-Schwimm-Trennung) oder Windsichtung nicht mehr befriedigend in seine Bestandteile getrennt werden kann.
Der erfindungsgemässe Batteriehäcksler gibt jedoch genau definierte und glatt durchtrennte Schrottstücke.
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Die Separatoren fallen in so grossen Stücken an, dass sie mit sehr gutem Effekt abgetrennt werden können. Bei Shreddern werden sie dagegen pulverisiert und gehen mit in den Feinanteil, wo sie dann bei der Verhüttung (PVC !) grosse Schwierigkeiten machen.
Die wichtigsten Vorzüge der Erfindung sind folgende :
1. Einfachste Konstruktion. Keine empfindlichen beweglichen Teile.
2. Die Anlage kann mit säuregefüllten Batterien beschickt werden. Die freigesetzte Säure kann gut gesammelt werden. Durch wenige Bleche aus säurefestem Material kann die Maschine säurefest gemacht werden.
3. Hohe Leistung, durch Änderung der Drehzahl des Messers im weiten Bereich einstellbar. Durch
Zusatzaggregate für die Batteriezufuhr kann die Maschine voll automatisiert werden.
4. Einfachster Antrieb. Nur rotierende Welle, keine Hebel, Hydraulik oder Pneumatik.
5. Vorschub in der Maschine durch Schwerkraft (Eigengewicht der Batterien).
6. Hohe Sicherheit für das Bedienungspersonal, da der Arbeitsbereich vollständig verkapselt werden kann.
7. Die Maschine kann grössere Anteile an zerstörten oder bereits ausgebauten Batterien mit verkraften.
8. Die Batterien können in beliebig dicke Scheiben zerschnitten werden. Das Kastenmaterial fällt daher in kleineren Stücken an. Das Ausschlagen der Plattenpakete aus den Kästen entfällt.
9. Durch Anordnung von zwei Rotoren übereinander und Umlenkung der zuerst entstandenen
Scheiben können diese noch weiter zerkleinert werden. Eine solche Nachzerkleinerung wird zweckmässig sein, wenn mechanische Aufbereitungsverfahren der oben angeführten Art mit dem zerkleinerten Batterieschrott alimentiert werden sollen.
Von der Bleiberger Bergwerks Union wurde ein Prototyp einer solchen Anlage gebaut, um die Funktionstüchtigkeit der Erfindung zu überprüfen.
Die Versuchsergebnisse waren derart gut, dass die Maschine sofort für den Betrieb eingesetzt werden konnte.
Es waren nur die ergänzende Ausstattung dieses Prototyps mit einem Beschickungsbunker, einem Austragsband und einem Sammelgefäss für die Schwefelsäure notwendig, um eine den Bedürfnissen der Bleiberger Bergwerks Union entsprechende Anlage zu erhalten.
Diese Anlage hat eine Kapazität von mindestens 10 Tonnen Batterien je Schicht und kann Starterbatterien aller üblichen Grössen und Typen verarbeiten.