Zerkleinerungsgerät zum Herabsetzen der Korngrösse von Partikeln aus festem Material Es sind bereits Geräte zum Zerkleinern von festem Material bekannt, durch welche es im allgemeinen möglich ist, das Material in Partikel mit einer Korn grösse von 10 it zu zerteilen. Mit bestimmten Arten des Materials und der Geräte war es sogar mög lich, Partikel zu erzielen, die mehrheitlich unter 5 ,u Korngrösse aufweisen, wobei der grösste Teil der unter 5 ,ct liegenden Partikel sogar Korngrössen unter 3 ,u haben.
Jedoch war es bisher bei Benützung der bekann ten Verfahren und Geräte zum Herabsetzen der Korn grösse von zerkleinertem Material, unter Ausnahme des Verfahrens und der Geräte nach dem britischen Patent Nr.696799, praktisch unmöglich, in wirt schaftlicher Weise kleinere Partikel zu erzielen, als der durchschnittlichen Korngrösse von 5 ,u entspricht. Bei einer Zerkleinerung des Materials beispielsweise auf eine Korngrösse von 3 ,u ergibt sich für die ein zelnen Partikel eine ausserordentlich kleine Masse. Das Verhalten von Partikeln derart kleiner Masse ist jedoch ganz unterschiedlich von demjenigen grö sserer Partikel gleichen Materials.
In der Regel er fährt das Material, wenn es in Partikeln bis zu einer Korngrösse zwischen 3 und 5,u zerkleinert wird, bei dieser Korngrössenordnung eine Veränderung in che mischer, magnetischer und elektrostatischer Hinsicht, ebenso hinsichtlich der Entzündungstemperatur, Ka pillarität, Aufnahmefähigkeit von Feuchtigkeit und Fliessvermögen. Hinzu kommen noch Änderungen der Oberflächenaktivität und der chemischen Eigenschaf ten. Aus praktischen Gründen war es bisher, ab gesehen von den Verfahren und den Geräten nach dem bereits erwähnten britischen Patent, unmöglich, in wirtschaftlicher Weise in ein und derselben Ma schine irgendwelches Material bis zu Partikeln unter 10 /c Korngrösse zu pulverisieren.
Natürlich ändern sich die Verhältnisse etwas je nach dem bearbeiteten Material, jedoch kann man allgemein 10,u Korn grösse als die übliche, wirtschaftliche untere Grenze für die erzielbaren Korngrössen bezeichnen und 5,u Korngrösse als aussergewöhnlich günstiges Resul tat betrachten. Trockenes, pulverisiertes Material von 3,u, Korngrösse ist äusserst schwierig zu erzeugen.
Das vorerwähnte britische Patent behandelt ein Verfahren zum Herabsetzen der Korngrösse von Par tikeln aus festem Material, wobei diese mittels eines trockenen oder mindestens nahezu trockenen gas förmigen Mediums bewegt und zu gegenseitigen Zu sammenstössen gebracht sowie gleichzeitig der Ein wirkung eines Schallfeldes unterworfen werden.
Das genannte britische Patent behandelt ferner ein Gerät zum Herabsetzen der Korngrösse von Par tikeln aus festem Material. Dieses Gerät weist ein Ge häuse und Mittel zum Hindurchführen eines gasför migen Mediums durch dieses Gehäuse hindurch auf; ferner Mittel zur Einführung der zu behandelnden Par tikel in dieses strömende Medium und Mittel inner halb des Gehäuses, um die Partikel zu gegenseitigen Zusammenstössen zu bringen, während sie das Ge häuse durchströmen; ausserdem Mittel, um innerhalb des Gehäuses im gasförmigen Medium Schallwellen zu erzeugen.
Die hierbei und nachfolgend erwähnten Schall wellen sind vorteilhaft solche mit einer Schallenergie, welche mindestens bei bestimmten Frequenzen ein Energieniveau von etwa 120 db (dezibel) aufweist, und zwar vorzugsweise etwa 140 db (bezogen auf den Schalldruck po = 0,000204 dynes/cm2), wobei die Frequenz der betreffenden Schallwellen zwischen den jenigen des unteren Hörbereiches bis zu Ultra-Schall- frequenzen reichen.
Dieser Schallwellenbereich um fasst daher eine Schallenergie mit einem Energieniveau von mindestens 120 db (bezogen auf den Schalldruck <B>PO</B> = 0,000204 dynes(em2), wobei mindestens einige Frequenzen im Gesamtfrequenzbereich zwischen der unteren Hörgrenze von einigen 100 Hertz bis zu den höchsten Hörfrequenzen vorhanden sind und ferner in den Bereich der Ultra-Schallfrequenzen bis zu 100 Kilohertz und sogar darüber hinaus reichen. Es handelt sich hier durchwegs um Schwingungen im erwähnten gasförmigen Medium, ähnlich denjenigen, die auf viel niedrigerer Energiestufe und bei geeig neten Frequenzen vom menschlichen Ohr wahrnehm bar sind.
Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein Zer kleinerungsgerät zum Herabsetzen der Korngrösse von Partikeln aus festem Material, das ein Gehäuse auf weist und mit Mitteln versehen ist, um einen Strom eines gasförmigen Mediums von unten nach oben durch dieses Gehäuse hindurchzuführen und die zu behandelnden Partikel in diesen Strom hineinzubrin gen, wobei ferner im Gehäuse Mittel vorgesehen sind, um ein gegenseitiges Zusammenstossen der Partikel zu bewirken und im genannten Medium Schallwellen zu erzeugen.
Das Zerkleinerungsgerät ist erfindungs gemäss dadurch gekennzeichnet, dass sich im unteren Teil des Gehäuses ein waagrechter, um eine senk rechte Achse drehbarer Verteilerteller befindet, wobei Mittel vorgesehen sind, um einen die Partikel ent haltenden Trägerstoff der Oberseite des Verteiler tellers zuzuführen sowie das gasförmige Medium in der Richtung von unten nach oben am Rand des Verteilertellers vorbeiströmen zu lassen, und dass im Gehäuse ein um eine vertikale Achse drehbarer Rotor gelagert ist, welcher mindestens zwei in axialem Ab stand voneinander befindliche Scheiben aufweist, wel che an ihrem Umfang je einen Satz radial-axialer, vibrierfähiger Schaufeln tragen,
wobei benachbarte Schaufelsätze durch je eine vibrierfähige waagrechte Scheibe getrennt sind, wobei die Mittel zum Auf wärtsbewegen und Beeinflussen des die Partikel ent haltenden Mediumstromes derart beschaffen sind, dass letzter eine Geschwindigkeit erteilt werden kann, die genügt, um die Schaufeln in zur Erzeugung von Schallwellen im Medium ausreichende Vibrationen zu versetzen.
Vorteilhaft weist das Gerät eine zentrale, vertikale Hohlwelle zum Zuführen des die zu zer kleinernden Partikel enthaltenden Trägerstoffes auf dem Verteilerteller auf, der auf der Oberseite mit Flü geln zur Erleichterung der Materialbeförderung zum Tellerrand versehen ist. Es wurde ferner gefunden, dass die Ausbeute quantitativ und qualitativ noch we sentlich verbessert werden kann, wenn mindestens ein Teil der inneren Ecken der Schaufeln, bezogen auf den Drehsinn des Rotors, auf der oberen Seite nach rück wärts, auf der unteren Seite dagegen nach vorwärts umgebogen sind. Statt dessen oder zusätzlich hierzu kann der Rotor auch mit Windflügeln versehen sein.
Durch geeignete Auswahl dieser Hilfsmittel in An passung an das zu behandelnde Material und den jeweils gestellten Bedingungen kann gegebenenfalls mit einem gleich grossen Gerät ein bis zum 10fachen grösserer Durchsatz und zugleich eine bis zum 4fachen stärkere Herabsetzung der Korngrösse der behandelten Partikel erreicht werden, als dies mit den bekannten Geräten der Fall ist.
Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel des Zerkleinerungsgerätes nach der Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine Ansicht, teilweise im senkrechten Mittellängsschnitt, mit Strömungsverlauf auf der lin ken Seite der Figur.
Fig. 2 zeigt perspektivisch eine Schaufel.
Fig. 3 zeigt in grösserem Massstab einen Ausschnitt im gleichen Schnitt wie Fig. 1.
Fig. 4 zeigt in derselben Darstellung wie Fig. 3 eine Variante hierzu.
Wie insbesondere aus Fig. 1 hervorgeht, weist das Gerät ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 1 auf, das mit einem Futtermantel 2 versehen ist. Im Gehäuse 1 ist ein Rotor um eine senkrechte Achse drehbar gelagert. Er weist eine Nabe 3 auf, welche um eine feststehende, zentrale Hohlwelle 4 drehbar ge lagert ist. Die Hohlwelle 4 tritt von oben ein und reicht bis in den unteren Teil des Gehäuses, an wel cher Stelle seine Mündung 5 in vorbestimmtem Abstand oberhalb eines waagrechten Verteilertellers 6 liegt, wel cher fliegend am oberen Ende einer zur Rotorachse koaxialen Welle 7 sitzt. Diese ist mit der Nabe 3 verbunden und mit dieser zusammen in Lagern 8, 9 drehbar gelagert.
Nicht dargestellte, zweckdienliche Mittel sind vorgesehen, um den Rotor mit einer am Aussenumfang gemessenen Geschwindigkeit von min destens<B>750000</B> cm/Min. zu drehen. Zu diesem Zwecke kann die Welle 7 mit einer Riemenscheibe versehen sein, welche mittels eines Keilriemens oder dergleichen durch einen elektrischen Motor antreib- bar ist.
Unterhalb dem Drehteller 6 sind an der Welle 7 Windflügel 10 befestigt, welche derart gestaltet sind, dass sie durch im Gehäuse befindliche Öffnungen 11 bei sich drehendem Rotor Luft in den unteren Ge häuseteil hineinsaugen und diese Luft am Rande des Verteilertellers 6 vorbei nach aufwärts in den über dem Teller 6 befindlichen Gehäuseteil pressen. Statt Luft kann ein zweckdienliches Gas durch die öffnun- gen 11 angesaugt werden, an welche dann in diesem Falle auf der Aussenseite eine entsprechende Gas zufuhrleitung angeschlossen ist.
An der Nabe 3 sind im Abstand übereinander liegende, nach aussen vorspringende Ansätze 13 vor gesehen, an welchen Ringscheiben 12 mittels Schrau ben befestigt sind. Jede Ringscheibe 12 trägt am Rand einen Satz radial-axialer Schaufeln 14. Über und unter jedem Schaufelsatz sind ringförmige Vibratorplatten 15 angeordnet, die, wie in Fig. 3 und 4 dargestellt ist, mittels Nieten 15a befestigt sind, welche durch entsprechende, an den Schaufeln 14 befestigte Augen 14a geführt sind.
Jede innere, hintere, obere Ecke 16 einer jeden Schaufel 14 ist nach rückwärts abgebogen, bezogen auf den Drehsinn der Nabe 3 (Fig. 2), wo gegen jede innere, hintere, untere Ecke 17 jeder Schaufel 14 nach vorwärts abgebogen ist.
Die Schaufeln 14 und die Vibratorscheiben 15 be stehen aus solchem Material und sind derart bemes- sen, dass ein Strom des gasförmigen Mediums, welches vermöge der Einwirkung der Windflügel 10 im Ge häuse mit hoher Geschwindigkeit nach aufwärts be wegt wird, beim Vorbeigang an den Schaufeln diese in ausreichendem Ausmasse in Vibrationen versetzt, um hierdurch ein Schallfeld vorbestimmter Intensität innerhalb des Gehäuses 1, insbesondere in der unmit telbaren Umgebung der Schaufel 14 und Vibratorring 15 zu erzeugen.
Das aus Partikeln gangbarer Grösse bestehende, zu behandelnde Material wird schwebend in einem flüssigen oder gasförmigen Trägerstoff bzw. einem Flüssigkeits-Gasblasen-Gemisch durch die Hohlwelle 4 in das Gehäuse 1 gemäss dem Richtungspfeil a in Fig. 1 von oben nach unten eingeführt. Der diese Par tikel enthaltende Trägerstoff gelangt nach Austritt aus der Mündung 5 auf die Oberseite des Verteiler tellers 6, welcher mit hoher Tourenzahl angetrieben ist. Der Trägerstoff breitet sich gemäss den Pfeilen b auf dem Teller 6 allseitig aus und strömt nach dem Tellerrand zu. Hier wird er von dem am Tellerrand vorbei aufwärtsstreichenden, durch die Windflügel 10 bewegten gasförmigen Medium erfasst und nach auf wärts mitgerissen.
Der Drehteller 6 weist auf der Oberseite gemäss Fig. 1 eine Reihe von Ablenkflügeln 18 auf, welche das Aufwärtsströmen des Trägerstoffes mit den Materialpartikeln unterstützen und zugleich eine starre Verbindung zwischen der Nabe 3 und dem Teller 6 bewirken. Zusätzliche Flügel 18a können die Wirkung der Ablenkflügel 18 unterstützen.
Unterhalb der Windflügel 10 sitzt im Gehäuse 1 ein trichterförmiges Leitstück 19, welches eine zen trale untere Öffnung 20 aufweist, durch die das gas förmige Medium einströmt.
Das Gemisch umströmt nun gemäss den Pfeilen c den Rand einer am unteren Ende der Nabe 3 sit zenden ringförmigen Abschlussplatte 26 und gelangt unter den Zerkleinerungseinfluss des untersten Satzes von Schaufeln 14. Beim Weiterströmen nimmt nun das Gemisch den Weg des geringsten Widerstandes, wobei die Partikel einerseits die Tendenz haben, ge mäss den Pfeilen f und<I>d</I> in die einen grossen Durch lassquerschnitt aufweisenden Räume zwischen den Platten 26, 15 und der Scheibe 12 zu expandieren und zum anderen, kleineren Teil gemäss den Pfeilen g und h durch den schmalen Ringspalt zwischen der unter- stens Platte 15 und dem Futter 2 zu strömen.
Letz teren Weg nehmen in erster Linie die der grössten Zentrifugalkraft unterworfenen gröbsten Partikel. Der letztere enthaltende äussere Teilstrom des Gemisches erfährt beim Austritt aus dem schmalen Spalt und Eintritt in den mittleren Satz der Schaufeln 14 wegen der abrupten Vergrösserung des Durchlassquerschnittes eine intensive Durchwirbelung im Schaufelraum, in den von der anderen Seite her der innere Teilstrom des Gemisches zwangläufig eintritt, da er gemäss dem Pfeil e gezwungen ist, um den Aussenrand der betref fenden Scheibe 12 herum zu gehen. Beide Teilströme können sich in den einander zugekehrten Randzonen teilweise vermischen.
Jedoch wird in der Hauptsache der innere Teilstrom einerseits unter dem Zerkleine- rungseinfluss im Schaufelraum eine Zunahme an noch feineren Partikeln und anderseits eine Aufnahme von noch stärker zerkleinerten Partikeln des äusseren Teilstromes erfahren, der gemäss dem Pfeil f im mitt leren Schaufelsatz ebenso und aus denselben Gründen als zusätzlicher innerer Teilstrom abgespalten wird, wie dies für den untersten Schaufelsatz vorangehend erläutert wurde.
Der verbleibende äussere Teilstrom, der im wesentlichen die gröbsten Partikel enthält, wird daher an der Partikelmasse entsprechend ärmer und erfährt nach Passieren des schmalen Spaltes zwischen der mittleren Platte 15 und dem Futter 2 erneut eine Teilung, die wieder den inneren Teilstrom im obersten Schaufelsatz an feinkörnigerer Partikehnasse berei chert, zusätzlich zur nochmaligen Zerkleinerung der eigenen Partikel im Schaufelraum.
Die im äusseren Teilstrom verbleibenden Par tikel gelangen durch den schmalen Ringspalt zwischen der obersten Platte 15 und dem Futter 2 in einen Ringraum, an dessen Aussenseite eine Rückleitung 22 angeschlossen ist, durch welche die gröbsten Partikel infolge der Zentrifugalkraft abgezogen und wieder in den unteren Gehäuseraum zurückgeführt werden, wo sie in der Nähe des Tellers 6 erneut dem Medium strom zur erneuten Behandlung zugeführt werden. Die übrigen zerkleinerten Partikel werden durch eine Aus lassöffnung 21 am oberen Gehäuseende abgezogen.
Wie aus den vorstehenden Erläuterungen hervor geht, wird das die zu behandelnden Partikel enthal tende Trägerstoffgemisch nach Austritt aus dem unter sten Schaufelsatz beim Umströmen der Platte 15 in einen äusseren und einen inneren Teilstrom zerlegt. Beide Teilströme haben ausser der grossen Rotations geschwindigkeit und der langsamen Aufwärtsbewe gung noch gegenläufige Radialbewegungskomponen- ten. Diese bewirken bei Eintritt in jeden höheren Schaufelsatz vorerst ein Aufeinanderzubewegen beider Teilströme,
alsdann im Bereich der Schaufeln eine Bewegungsumkehr unter gleichzeitiger Zerkleinerung der Partikel im Wirbelzustand der Teilströme, wo bei zugleich eine Bereicherung des inneren Teilstro mes und eine entsprechende Verarmung des äusseren Teilstromes an Partikelmasse stattfindet. Alsdann be wegen sich die beiden Teilströme wieder vonein ander weg bis zum Eintritt in den nächsthöheren Schaufelsatz usw.
Es hat sich erwiesen, dass die erwähnten Abbie gungen der inneren Ecken 16, 17 der Schaufeln 14 nach rückwärts bzw. nach vorwärts, bezogen auf den Drehsinn des Rotors, in den verschiedenen Schaufel sätzen in günstigem Sinne hinsichtlich der Ausbeute an feinen Partikeln qualitativ und quantitativ beein flussen und ausserdem das Hindurchströmen der Ge mische durch das Gehäuse auf dem durch die Schaufeln 14, den Scheiben 12 und den Platten 15 bestimmten Weg begünstigen.
Hierbei werden die Par tikel mehrfach zerkleinert, und zwar sowohl durch die Vibrationen der Schaufeln 14 und Platten 15 als auch durch das Schallwellenfeld, welches durch die Vibra- tionen erzeugt wird, ebenso durch oder gegen sich bildende Stosswellen. Ausserdem stossen die Partikel gegenseitig in dem turbulenten Feld zusammen und werden dadurch ebenfalls zerkleinert und gegenseitig abgeschliffen.
Die Variante gemäss Fig. 4 unterscheidet sich ge genüber der Fig. 3 lediglich dadurch, dass die inneren Ecken der Schaufeln 14 nicht umgebogen, dafür jedoch an der Rotornabe 3 eine Reihe von Wind flügeln 23 sitzen, welche eine derartige aerodynami sche Gestalt haben, dass sie eine analoge Wirkung haben wie die umgebogenen Ecken 16, 17 der Schau feln 14. Diese Windflügel 23 können gegebenenfalls auch zusätzlich zu den umgebogenen Ecken 16, 17 der Schaufeln 14 Verwendung finden und dadurch deren Wirkung unterstützen.
Es ist anzunehmen, dass die zu behandelnden Materialpartikel innerhalb des Gehäuses vorerst durch einfaches, mechanisches Zerschlagen undjoder Zerrei ben infolge Zusammenstoss mit anderen Partikel oder mit der Innenseite des Gehäuses bzw. mit den Schau feln 14 oder Vibratorplatten 15, zerkleinert werden.
Durch diese primäre Schlag- und Reibungseinwirkung werden die verhältnismässig grossen Partikel vorerst zu kleineren Partikel zertrümmert und zerrieben, die als dann, bevor die Kohäsivkräfte des Materials wieder einzuwirken vermögen, unter den Einfluss des Schall feldes gelangen, wodurch sie weiter zerkleinert und auseinandergetrieben werden.
Es ist mitunter zweckmässig, das zu behandelnde feste Material vor der Einführung in das Gehäuse zu zerquetschen, zerschneiden, oder in beliebiger Weise zu pulverisieren, um auf diese Weise Partikel zu erhalten, die eine aussiebbare Korngrösse oder so gar eine durch die feinsten Siebmaschen gehende Korngrösse, wie z. B. 50,u, aufweisen. Diese Vor behandlung kann in der Regel leicht unmittelbar vor dem Einführen des Materials in das Gerät vorgenom men werden.