CH628256A5 - Verfahren und vorrichtung zur feinzerkleinerung von materialien in inelastischem zustand. - Google Patents

Description

20 Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Feinzerkleinerung von inelastischen Materialien und von Materialien, die durch Wärmezufuhr und/oder durch Zufuhr und Umwandlung mechanischer Energie in Warme in einen inelastischen Zustand gebracht werden. 25 Mahlgutpartikeln vieler feinzuzerkleinernden Materialien verformen sich bei grossen Beanspruchungen, wie sie insbesondere bei Druck-, Schub- bzw. Prallbeansprüchungen in Zerkleinerungsmaschinen auftreten, praktisch inelastisch. Die gilt für

30 — Materialien, die bereits bei Normaltemperatur eine niedrige Fliessgrenze besitzen, wie z.B. viele Polymere und hier insbesondere die thermoplastischen Polymere (Poly-tetrafluoräthylen, Polyäthylen, Polypropylen, Polyamid u.a.m.), organische Chemikalien sowie plastische Metalle 35 (z.B. Kupfer),

— Materialien, die sich zwar bei Normaltemperatur und niedrigen Beanspruchungen überwiegend elastisch verhalten, jedoch infolge der Beanspruchung erwärmen und verstärkt inelastisch reagieren, z.B. Polystyrol, Polyme-40 thylmethacrylat,

—- Materialien, die unter hohen Drücken plastifizièrbar werden, z.M. Alkalihalogenide.

Als inelastische Materialien gelten solche, in deren Kraft-Verformungs-Diagramm eines Be- und Entlastungsvorgangs 45 sich die Belastungs- und die Entlastungskurve nicht decken. Die erstere verläuft flacher als die Entlästüngskurve. Die von beiden Kurven umschriebene Fläche ist ein Mass für die inelastische Verformung. Im Gegensatz dazu ergeben sich bei elastischen Materialien deckende Belastungs- und Entlastungsso kurven. Es lassen sich zwei Erscheinungsformen der Inelasti-zität unterscheiden: viskoses Fliessen und plastisches Verformen. Welche der beiden überwiegend das Materialverhalten bestimmt, hängt vom molekularen Aufbau des Stoffes sowie bei einem gegebenen Stoff von Temperatur, Geschwindigkeit 55 und Intensität der Beanspruchung ab. Mit Zunehmen der Temperatur bzw. mit Abnehmen der Belastungsgeschwindigkeit verstärkt sich das inelastische Verhalten.

Es gilt die allgemeine Tendenz, dass mit Abnehmen der Korngrösse die Fähigkeit von Mahlgutpartikeln, ein inelasti-60 sches Verhalten zu zeigen, sich also inelastisch zu verformen, verstärkt wird. Dies gilt insbesondere bei Partikelgrössen unter 1 mm. Bei der Feinzerkleinerung verhalten sich deshalb Mahlgutpartikel auch jener Materialien praktisch inelastisch, die man üblicherweise zu den elastischen oder nur schwach 65 inelastischen rechnet. -

Ein inelastisches Materialverhalten erschwert die Zerkleinerung vieler Stoffe, insbesondere zäher Stoffe, beträchtlich. Daher lassen sich viele Materialien der oben genannten

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Gruppen im Korngrössenbereich unterhalb 1 mm nur schwierig zerkleinern.

Der Stand der Technik weist zur Überwindung dieser Schwierigkeiten folgende Wege:

— Reduzieren der Inelastizität durch Beanspruchung mit grossen Verformungsgeschwindigkeiten und/oder Abkühlen, um die Sprödbruchentwicklung zu fördern (Verspröden der Partikeln), d.h. die überwiegend elastische Verformung des Körpers bis zum Bruch zu bewirken,

— eine ausgeprägte Scherbeanspruchung, wie sie an Kanten und Schneiden realisiert werden kann (Schneiden der Partikeln).

Grosse Verformungsgeschwindigkeiten werden in Prallmühlen aller Art und in Luftstrahlmühlen erreicht. Diese Mühlen können mit grossem Luft- bzw. Gasdurchsatz betrieben werden, was die Kühlung des Mahlgutes erleichtert. Prallmühlen eignen sich deswegen besonders für die Feinmahlung von inelastischen Stoffen. Bei sehr ausgeprägtem inelastischen Verhalten muss die Versprödung durch Abkühlen mittels Flüssiggas, z.B. flüssigem Stickstoff, geschehen. Die Zerkleinerung erfolgt in Kaltmahlanlagen, die mit Mühlen aller Arten ausgerüstet sein können, z.B. Prallmühlen, Scheibenmühlen, Schwingmühlen und dgl.

Eine ausgeprägte Scherbeanspruchung an Kanten und Schneiden wird bei Schneidmühlen, Schneidgranulatoren, Scheibenmühlen und auch bei Prallmühlen mit profilierten Mahlwerkzeugen realisiert. Schneidmühlen und Schneidgranulatoren eignen sich insbesondere zur Herstellung von Partikeln, deren Grösse über einem Millimeter liegt. Scheiben-. mühlen und Prallmühlen mit profilierten Mahlwerkzeugen werden zur Mahlung bis herab zu Korngrössen von 200 (im eingesetzt.

Der Energiebedarf der Feinmahlung inelastischer Stoffe oder sich bei der Zerkleinerung inelastisch verhaltender Stoffe ist erheblich und liegt je nach Stoff und Feinheit zwischen 50 und 1500 kWh/t. Die Durchsatzleistungen sinken bei einer gegebenen Mühle erheblich, wenn grössere Feinheiten produziert werden sollen, so bei Kunststoffen z.B. um 80%, wenn die maximale Korngrösse des Fertiggutes von 800 u.m auf 200 [im reduziert werden soll. Bei sehr inelastischen Stoffen erreicht man für diese Feinheiten mit Mühlen üblicher Baugrösse häufig nur Durchsätze zwischen 10 und 40 kg/h.

Von besonders ausgeprägten inelastischen Materialien, z.B. Polyäthylen, Polytetrafluoräthylen, Polypropylen und Kupfer, lassen sich Partikeln unter 50 [im fast nicht durch Zerkleinerung herstellen; Pulver dieser Feinheit gewinnt man durch Ausfällen aus Lösungen oder Versprühen aus Schmelzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtungen zum Feinzerkleinern von inelastischen Materialien, d.h. zum Zerkleinern auf mittlere volumenbezogene Partikelgrössen von etwa 10 (j.m bis 2 mm, insbesondere 10 bis 500 [im, zu schaffen, mit welchen sich insbesondere die genannten Materialien mit geringeren Schwierigkeiten und niedrigerem maschinellen Aufwand sowie Energiebedarf und/oder mit gleichem Energiebedarf auf grössere Feinheiten als bisher zerkleinern lassen, ohne dass es einer aufwendigen Kaltmahlung bedarf.

Die Lösung dieser Aufgabe basiert auf einem Verfahren zur Zerkleinerung von inelastischen Materialien der eingangs aufgezählten Stoffgruppen und ist nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das zu zerkleinernde Material zunächst durch eine Druckbeanspruchung in Aussparungen oder Hohlräume gedrängt wird, deren Abmessungen auf die zu erzielende Feinheit abgestimmt sind, und dass nach diesem Vorgang die Materialreste, welche die Teilpartikeln noch verbinden, durch Relativbewegungen der Teilpartikeln zerstört werden und die Teilpartikeln aus Aussparungen bzw. Hohlräumen entfernt werden und eine Presse zur Durchführung des Verfahrens, die dadurch gekennzeichnet ist, dass wenigstens in einer der Arbeitsflächen der Presse Aussparungen vorgesehen sind, deren Grösse der der zu erzielenden Teilpartikeln entspricht.

Das Verfahren gemäss der Erfindung ist mit vorteilhaften Ausgestaltungen in den abhängigen Patentansprüchen gekennzeichnet und umfasst folgende wesentliche Verfahrensschritte:

1. Das zu zerkleinernde Material, das in Form von kleinen Partikeln, Fäden, Platten oder Folien vorliegen kann,

wird, wenn es nicht von Natur aus ausreichend inelastisch ist, so temperiert, dass es bei einer nachfolgenden Druckbeanspruchung genügend inelastisch, insbesondere fliess-fähig wird, um in kleine Hohlräume oder Aussparungen gedrängt werden zu können. Diese Temperierung kann vor dem Beanspruchungsvorgang oder während diesem durch Wärmezufuhr und/oder die zugeführte mechanische Arbeit geschehen.

2. Das ursprünglich inelastische oder das temperierte, sich nun inelastisch verhaltende Material wird in entsprechend der zu erzielenden Feinheit kleine Aussparungen oder Hohlräume durch mechanisch bewirkten Druck gedrängt. Die Aussparungen oder Hohlräume können entweder in der Ober- oder Arbeitsfläche von Mahlwerkzeugen ausgebildet oder durch eine Schüttung von losen, dem Zweck entsprechend geformten und bemessenen Mahlkörpern gebildet sein.

Infolge des mechanisch bewirkten Druckes wird das Material in die Aussparungen oder Hohlräume gepresst, so dass Teilpartikeln der gewünschten Grösse bzw. Grössenverteilung entstehen. Diese Teilpartikeln sind fast immer noch durch lamellen- oder stegartige Materialreste verbunden.

3. Während des Verfahrensschrittes 2 oder danach werden die lamellen- oder stegartigen Verbindungen zwischen den Teilpartikeln durch eine Relativbewegung der Teilpartikeln gegeneinander zerstört und diese dadurch voneinander isoliert.

4. Teilpartikeln und Mahlwerkzeuge oder Mahlkörper werden voneinander getrennt, gegebenenfalls nach einem vorgeschalteten Desintegrationsschritt.

Durch die Verwendung von Mahlwerkzeugen mit Aussparungen, die eine der zu erzielenden Korngrössenverteilung ähnliche Grössenverteilung haben, oder durch Verwendung einer Schüttung aus Mahlkörpern mit einer bestimmten Korngrössenverteilung, so dass auch die sich zwischen Mahlkörpern ergebenden, nach aussen jeweils offenen Hohlräume eine der zu erzielenden Korngrössenverteilung ähnliche Hohlraum-volumenvèrteilung haben, lassen sich nicht nur monodisperse Pulver sondern auch solche gewinnen, die eine vorbestimmte Korngrössenverteilung aufweisen.

Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens eignen sich grundsätzlich bekannte Pressen, wie Walzenpressen, Schneckenpressen, Stempelpressen oder dgl., wobei diese jedoch zweckmässigerweise den besonderen Erfordernissen der vorgeschlagenen Feinzerkleinerung anzupassen sind.

Bei einer Walzenpresse zur Durchführung des Verfahrens ist vorgesehen, dass in der Arbeitsfläche wenigstens einer der Walzen Aussparungen vorgesehen sind, deren Grösse der Grössenverteilung der zu erzielenden Teilpartikeln entspricht oder ähnelt. Die Aussparungen können dadurch gebildet sein, dass in den Arbeitsflächen der Walzen Rillen und Nocken vorgesehen sind und die Nocken der einen Walze in die Rillen der anderen Walze eingreifen. Dadurch werden zahnradähnlich in Umfangs- und Achsrichtung kleine Aussparungen

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im Bereich des Walzenspalts ausgebildet. Die Aussparungen an sich und insbesondere die zwischen den Nocken und Ste-.gen sind vorzugsweise nach aussen konisch erweitert, um das Ausstossen der Teilpartikeln zu erleichtern.

Zum Druckbeanspruchen von Gemischen aus Mahlkörpern und Mahlgut können auch Walzenpressen dienen, die glatte Walzen haben, oder solche nach Art von Brikettpressen, bei denen in der Arbeitsfläche wenigstens einer Walze Aussparungen vorgesehen sind, deren Grösse zur Bildung von Presslingen ein Mehrfaches der der zusammen mit dem zu zerkleinernden Material zu beanspruchenden Mahlkörper ist. Es entstehen so brikettartige Presslinge aus Mahlkörpern und Mahlgut. Um das Zertrennen der gebildeten Teilpartikeln zu bewirken, ist fakultativ vorgesehen, die Walzen mit unterschiedlichen Drehzahlen anzutreiben. Auf diese Weise lassen sich auch mit vergleichsweise grossen Aussparungen vergleichsweise kleine Teilchen erzielen.

Naturgemäss neigen insbesondere die reinen Mahlgutpartikeln dazu, an der Walzenoberfläche und insbesondere in den ausgebildeten Aussparungen zu haften. Eine Ausgestaltung der Walzenpresse sieht daher vor, dass neben den Walzen eine Vorrichtung zum Ausstossen des in die Aussparungen hineingedrängten Materials vorgesehen ist. Derartige Ausstossvorrichtungen können als Bürste, als in die Aussparungen eingreifende Zahnräder mit gerader oder schräger Zahnfläche oder in Form von auf die Aussparungen gerichteten Strahldüsen für Druckgas oder Druckflüssigkeit ausgebildet sein. Es kommen auch andere Ausgestaltungen von Ausstossvorrichtungen in Frage, wie sie bei Pressgranulatoren und Brikettierwalzen bekannt sind.

Um ein leichtes Einziehen von granulatförmigem Mahlgut in den Walzenspalt zu ermöglichen, ist es zweckmässig, oberhalb des Walzenspalts einen ausreichend hohen Fallschacht vorzusehen. Für die Zerkleinerung unter Zuhilfenahme von Mahlkörpern kann es dann zweckmässig sein, einen Doppelfallschacht aus einem inneren Fallschacht für das Mahlgut und einem äusseren Fallschacht für die Mahlkörper vorzusehen.

Ausser Walzenpressen eignen sich auch Schneckenpressen für die kontinuierliche Feinzerkleinerung. Die Schneckenspindel kann zylindrisch oder insbesondere konisch ausgebildet sein. Bei einer solchen Schneckenpresse kann das Gegenlager zur Pressschnecke, also das Lager, gegen das die Schnecke das Aufgabegut fördert, nachgiebig abgestützt sein, beispielsweise durch Federn oder durch einen hydropneuma-tischen Zylinder. Dadurch lässt sich ein bestimmter maximaler Pressdruck im Verdichtungsraum einhalten. Es werden Presslinge gebildet, die durch im Austrittsspalt gegenläufig angetriebene ineinander kämmende Stift- oder Nockenkränze zerstört werden. Je nach Drehzahldifferenz kann eine mehr oder minder grosse Auflösung des Presslings in die einzelnen Mahlgutpartikeln und Mahlkörper erfolgen.

Die Feinzerkleinerung kleinerer Chargen kann auch in einer Stempelpresse mit einem Presskolben und einem Gegenkolben vorgenommen werden, wobei letzterer nach einem vollendeten Presshub von dem Pressraum zurückgezogen wird, so dass durch weiteres Vorfahren des Presskolbens der gebildete Pressling ausgestossen werden kann. Diese Stempelpresse eignet sich für die Druckbeanspruchung eines Ge-mischs aus Mahlkörpern und Mahlgut. Eine Ausgestaltung einer solchen an sich bekannten Stempelpresse zur besonders vorteilhaften Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens sieht vor, dass wenigstens der Gegenkolben drehbar ist und mit in den Pressraum ragenden Scherstiften versehen ist. Dadurch kann eine weitgehende Desintegration des gebildeten Presslings in dem Pressraum erreicht werden, so dass. die anschliessende Trennung der Mahlkörper von den gebildeten Partikeln und die Zerstörung der diese Partikeln miteinander verbindenden Stege bereits im Pressraum begonnen werden kann.

Die Erfindung ist mit vorteilhaften Einzelheiten an Ausführungsbeispielen anhand einer Zeichnung näher erläutert, in der zeigt:

Fig. 1 eine Prinzipskizze verschiedener Stufen der Zerkleinerung eines einzelnen Mahlgutpartikels,

Fig. 2 drei Arbeitsstellungen einer Stempelpresse zur Zerkleinerung von Mahlgutpartikeln in einem Kollektiv mit Mahlkörpern,

Fig. 3 eine Stempelpresse mit Scherstiften am Pressstempel und am Gegenstempel in teilweiser und vollständiger Schliessstellung,

Fig. 4 eine Walzenpresse mit profilierten Walzen zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, und zwar Fig. 4a eine Schnittansicht, Fig. 4b eine Stirnansicht der Press walze in vergrössertem Massstab mit einer Vorrichtung zum Ausstossen der Teilpartikeln, Fig. 4c eine Draufsicht auf das Presswalzenpaar, Fig. 4d eine einer Presswalze zugeordnete Ausstossvorrichtung in Form von Strahldüsen, Fig. 4e einen Teilausschnitt der miteinander kämmenden Presswal-zen im Bereich des Walzenspalts im achsnormalen und ächs-parallelen Schnitt, Fig. 4f einen Ausschnitt der miteinander kämmenden Presswalzen im Bereich des Walzenspalts, wobei diese konische Nocken aufweisen, im achsnormalen und achsparallelen Schnitt, Fig. 4g ein Walzenpaar im Bereich des Walzenspalts mit ineinandergreifenden Stegen, die achsparallele Bohrungen aufweisen.

Fig. 5 eine Walzenpresse mit Glattwalzen zur Verarbeitung von Gemischen aus Mahlgutpartikeln und MahlkÖrpern und

Fig. 6 eine Schneckenpresse im Längsschnitt.

Fig. 1 zeigt eine Verwirklichungsform des Erfindungsgedankens mit Mahlwerkzeugen in Form von Platten 1 und 1' mit nutenförmigen Aussparungen und stehenbleibenden Stegen in verschiedenen aufeinanderfolgenden Relativstel-lungen [(a.) 1. Öffnungsstellung, (b.) 1. Schliessstellung, (e.) 2. Schliessstellung (nach Relativverschiebung der Platten), (d.) 2. Öffnungsstellung (vor Ausstossen der Teilpartikeln) und (e.) 3. Öffnungsstellung (nach Ausstossen der Teilpartikeln)] in zwei orthogonalen Ansichten. Beide Platten 1 und 1' sind gegeneinander und parallel zueinander beweglich. Ein Mahlgutpartikel 2 wird während des Schliesshubes erfasst, gedrückt und in mehrere Aussparungen gedrängt. Die entstandenen Teilpartikeln 3 in den Aussparungen sind fast immer durch lamellenartige Materialreste 4 verbunden, deren Dicke konstruktiv bedingt ist. Diese Lamellen oder Materialreste werden durch eine Relativbewegung in tangentialer Richtung zerstört. Während des Öffnungshubes oder danach stösst eine Auswurf Vorrichtung 5 die nunmehr getrennten Teilpartikeln 3 aus den Aussparungen aus. Bei der nutartigen Profilierung der Arbeitsflächen der Mahlwerkzeuge entstehen längliche Teilpartikeln. Durch nochmalige Aufgabe mit bevorzugter Ausrichtung quer zu den Aussparungen können die länglichen Teilpartikeln in kubische überführt werden.

Fig. 2 dient der Erläuterung der Verwirklichung des Erfindungsgedankens mit Mahlkugeln vön etwa gleicher Grösse als Mahlwerkzeugen. Eine Mischung von Mahlgutpartikeln 2 und Mahlkugeln 6 befindet sich zunächst lose in einem Pressraum 8 (Fig. 2a). Die Kugeln sind kleiner als die Partikeln, um einen brauchbaren Zerkleinerüngsgrad zu erhalten; das Grössenverhältnis kann zwischen 1:3 bis 1:20 liegen und richtet sich nach dem geforderten Zerkleinerungsgrad und nach dem Verformungswiderstand der Partikeln, der bei gegebener Grösse der Mahlkugeln den aufzubringenden Druck be-stimmt. Das Mischungsverhältnis von zu zerkleinerndem Material (Mahlgut) zu Mahlkugeln wird so abgestimmt, dass das Mahlgutvolumen in etwa dem Hohlraumvolumen der Kugel-

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schüttung entspricht. Es kann betriebstechnisch günstiger sein, mit Mahlgutüberschuss zu arbeiten, damit nicht in Teilbereichen Mahlkugelbrücken zwischen Kolben und Widerlager entstehen. Mittels eines Presskolbens 9 wird die Mischung dann gegen einen Gegenkolben 10 komprimiert bis eine möglichst dichte Packung der Kugeln vorliegt (Fig. 2b und Einzelheit «A»). Das Mahlgut wird dabei durch die Komprimierung in die Hohlräume zwischen den Kugeln gedrängt. Dabei entstehen Teilpartikeln 3, die noch durch stegartige Materialreste 7 zusammenhängen. Dieser Komprimiervorgang produziert eine ArtPressling 12, dessen Zusammenhalt im wesentlichen durch die Kohäsion im Mahlgut, daneben aber auch durch die Haftkräfte zwischen Mahlgut und Mahl-kugein bestimmt wird. Im Extremfall kann sich ein kompakter Pressling 12 mit dem Mahlgut als verbindende Matrix und den Mahlkugeln als Einlagerungen bilden. Nach der Komprimierung wird der Pressling 12 ausgestossen durch weiteres Vorfahren des Presskolbens 9 und Rückfahren des Gegenkolbens 10 (Fig. 2c). Der Pressling 12 wird anschliessend durch Prall oder Reibung zerstört; dabei zerreissen die stegartigen Materialreste 7 zwischen den Teilpartikeln 3. In einem nachgeschalteten Trennvorgang werden die Mahlkugeln vom Mahlgut getrennt. Die Trennung kann nach einem der bekannten Trennverfahren durchgeführt werden.

Die dichteste Kugelpackung aus gleichgrossen Kugeln besitzt Hohlräume zwei verschiedener Grössen, nämlich ca. 22% und ca. 42% des Kugeldurchmessers. Bei einer Fraktion von Kugeln von etwas verschiedener Grösse und bei nicht vollkommen regelmässiger Packung entstehen Hohlräume bis zu ca. 50% des Kugeldurchmessers d. Daraus ergibt sich für den Zerkleinerungsgrad z, wenn dieser das Verhältnis der maximalen Aufgabepartikelgrösse xniax zur maximalen Teil-partikelgrösse dmax = 0,5 d definiert wird, z = 2xmax/d. Um ein Mahlprodukt mit einer Korngrösse von weniger als 50 [im zu erzeugen, sind Mahlkugeln mit einem Durchmesser von 100 {im einzusetzen.

Fig. 3 zeigt in einer weitgehend offenen (Fig. 3 a) und einer weitgehend geschlossenen Stellung (Fig. 3b) eine modifizierte Pressvorrichtung, deren Presskolben 9 und Gegenkolben 10 drehbar sind und jeweils Scherstifte 14 aufweisen. Ein langsames Drehen des Presskolbens verhindert die Entstehung von Brücken zwischen den Stiften zwischen Presskolben und Gegenkolben und bewirkt die Zerstörung der Materialreste und Verbindungen zwischen den Teilpartikeln 3 bereits während des Komprimiervorganges.

Im folgenden werden drei Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens beschrieben.

In den Fig. 4a bis 4g ist eine Walzenpresse mit zwei parallelen profilierten Arbeitsflächen 16, die von Presswalzen gebildet werden, deren Umfangsgeschwindigkeiten unterschiedlich eingestellt werden können, dargestellt. Die Mahlgutpartikeln werden gegebenenfalls in einem Vorwärmer bis zum inelastischen Verhalten vorgewärmt und fallen über einen trichterförmigen Aufgabeschacht 15 in den Walzenspalt. Jede Walze besitzt Umfangrillen 17 (Fig. 4b bis 4e) der Tiefe t' und der Breite b' (Fig. 4e). Stege 18 zwischen den Rillen 17 haben die Breite b und sind mit konischen eingefrästen Aussparungen 19 der Weite w und der Tiefe t versehen. Diese Aussparungen 19 reichen nicht auf den Grund der Umfangsrillen 17, so dass t kleiner als t' ist. Zwischen den Aussparungen 19 verbleiben Nocken 20 der Länge 1, der Breite b und der Höhe t. Beide Presswalzen 16 sind so justiert, dass die Stege 18 der einen in den Rillen 17 der anderen Walze laufen und die Stege so tief eintauchen, dass ihre Oberkante jeweils unterhalb der Aussparungssohle verläuft. Das zugeführte Mahlgut in Form von Partikeln 2 oder Folien wird während des Einzugs in mehrere Aussparungen 19 beider Presswalzen 16 gedrückt; es entstehen Teilpartikeln 3, die die Nuten ganz oder teilweise ausfüllen. Infolge der Differenzbewegung zwischen den Presswalzen 16 werden die Verbindungslamellen zwischen den Teilpartikeln zerstört. Um dies zu gewährleisten, muss der Differenzweg zwischen der Überschneidung mindestens die Grösse (w + 1) haben. Als Ausstossvorrichtungen dienen Zahnräder 21 oder mitrotierende Bürsten 22 oder Stössel, wie sie an Zahnradgranulatoren oder Brikettierwalzenpressen üblich sind. Das Ausstossen kann auch durch Druckluft oder Druckflüssigkeit geschehen, die aus seitlich angeordneten Düsen 23 (Fig. 4d) auströmt. Bei manchen Materialien genügt es, die Nuten mit einer benetzenden Flüssigkeit, z.B. Wasser oder Methanol, einzusprü-hen, damit die Fliehkraft allein ausreicht, um die Teilpartikel auszuwerfen. Diese Methode wird durch eine konische Form der Nuten begünstigt. Weite und Tiefe der Aussparungen 19 können genauso gross wie die Breite b der Stege 18 sein, also w = t = b; es sind auch verschiedene Abmessungen möglich, also w ^ b, t ^ b und w ^ t; auch andere Formen der Aussparungen sind möglich. Eine Walze kann Rillen und Aussparungen verschiedener Abmessungen, also z.B. bj < b2 < b3 u.s.f. sowie tj < t2 < t3 u.s.f., und unterschiedliche Formen haben, so dass ein Partikelkollektiv mit unterschiedlich grossen und geformten Partikeln entsteht,

falls eine derartige Produktspezifikation gefordert wird.

Eine andere Ausbildung der Profilierung zeigt Fig. 4f. Rillen und Stege sind radial konisch. Bei ebenfalls konischen Flanken der Nocken erhalten die Aussparungen eine Form, die das Auswerfen der Teilpartikeln begünstigt. Die Presswalzenapparatur kann auch so betrieben werden, dass die Teilpartikeln bei nachfolgenden Umdrehungen von neu eingespeisten Mahlgutpartikeln seitlich herausgedrückt werden. Da beide Walzen mit verschiedenen Umfangsgeschwindigkeiten rotieren, schneiden die Nocken der anderen Walze die sich herausschiebenden Teilpartikeln in Teile; es entsteht ein Kollektiv von Partikeln verschiedener Grösse bis herab zu einem Zehntel oder Zwanzigstel der Grösse der Aussparungen. Bei dieser Betriebsweise können auch Presswalzen eingesetzt werden, deren Stege 18 zwischen den Rillen achsparallele Bohrungen 24 erhalten (Fig. 4g).

Nockenwalzen können mit Partikeln beschickt werden, deren lineare Abmessungen bis zu zehnmal grösser sind als die Abmessungen der Aussparungen. Aus konstruktiven Gründen liegt die untere Grenze von Ausfräsungen bei ca. 0,3 mm X 0,3 mm. Als untere Grenze für Bohrungen kann 0,1 mm angesehen werden.

In Fig. 5a ist eine Walzenpresse dargestellt, bei der eine Mischung aus Mahlgut 2 und Mahlkugeln 6 zwischen zwei rotierenden glatten Presswalzen 28 gepresst wird. Die Mischung, die gegebenenfalls in einem Vorwärmer zunächst auf eine ein vorwiegend inelastisches Verhalten des Mahlguts sicherstellende Temperatur vorzuwärmen ist, wird über einen Fallschacht 29 entsprechender Höhe von oben in den Walzenspalt 34 zugeführt und tritt mit einer Geschwindigkeit ein, die etwa der Walzenumfangsgeschwindigkeit entspricht. Eine Walze ist beweglich angeordnet und wird mittels vorgespannten Federn 30 oder hydraulisch gegen einen Anschlag 31 gepresst. Mahlgut und Mahlkugeln können entweder als Mischung (Fig. 5a) oder auch schichtweise (Fig. 5b) zugegeben werden, indem die Mahlgutteilchen 2 durch einen inneren Fallschacht 32 und die Mahlkugeln 6 durch einen äusseren Fallschacht 33 eingespeist werden, so dass zu beiden Seiten des Mahlgutes die Mahlkugeln dem Walzenspalt zustreben. Bei folien- oder plattenartig geformten Mahlgutteilchen ist diese unterteilte Art der Aufgabe ebenfalls sinnvoll. Im Walzenspalt 34 wird die Mischung kom'paktiert und dabei das Mahlgut in die Hohlräume zwischen den Mahlkugeln 6 gedrängt. Es entstehen fladenförmige Presslinge 35, die an-

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schliessend zerstört werden müssen. Mahlgut und Mahlkugeln werden nach der Aufteilung mittels Siebung, Windsichtung oder Magnetscheidung voneinander getrennt. Es kann auch eine Kombination der Trennverfahren benutzt werden.

Die Grösse der Hohlräume zwischen den Mahlkugeln hängt von deren Grösse und Form ab. Durch Variation der Grössenzusammensetzung der Mahlkugeln lässt sich eine gewünschte Partikelgrössenverteilung des Mahlproduktes einstellen. Mit Kugeln von 100 [im Durchmesser lassen sich Kollektive zwischen 10 (im und 60 [im erzeugen.

Anstelle von Mahlkugeln können auch Zylinderabschnitte oder unregelmässig geformte Mahlkörper eingesetzt werden.

Eine Mischung aus Mahlgutteilchen 2 und Mahlkörpern 6 kann auch in einer Schneckenpresse komprimiert werden, wie sie Fig. 6 zeigt. Eine Pressschnecke (Schneckenspindel) 38 fördert die Mischung gegen ein nachgiebiges Gegenlager 39, das mittels Federn 40 in axialer Richtung nach oben gedrückt wird. Damit lässt sich ein fest vorgegebener maximaler Druck im Pressraum einstellen. Das Gegenlager 39 weicht entsprechend der Förderleistung der Schnecke und des eingestellten Drucks nach unten aus, so dass die Mahlgut-Mahlkörper-Mischung radial durch einen Austrittsspalt 37 austreten kann. Die Welle 41 der Pressschnecke 38 ist im Pressraum zwischen dieser und dem Austrittsspalt 37 mit einem Scherstift 42 bestückt, der mitrotiert. Entstehende Brücken aus Mahlkörpern 6 und Mahlgut werden zerstört sowie der Mischung eine Relativbewegung aufgeprägt, welche die Trennung der Teilpartikeln voneinander unterstützt. Das Gegenlager 39 rotiert ebenfalls und besitzt weiter aussen im horizontalen Austrittsspalt 37 einen Kranz von Scherstiften 44, in deren Nachbarschaft ein weiterer Scherstiftkranz 43 am Gehäuse 45 der 5 Schneckenpresse angebracht ist, mit dem der Kranz 44 kämmt Diese Scherstifte haben die Aufgabe, den Presskuchen zu zerstören, damit die nachfolgende Trennung von Mahlgut und Mahlkörpern möglich wird. Entsprechend dem Bedarf kann die Schneckenpresse auch mit mehr als zwei' io Scherstiftkränzen bestückt werdén. Das Schneckengehäuse 45 und das Gegenlager 39 besitzen gegebenenfalls Kanäle 46 für Kühl- bzw. Heizflüssigkeiten, um die Temperatur im Pressraum auf dem verfahrenstechnisch optimalen Punkt zu halten. .

15 Neben diesen beschriebenen drei Ausführüngsbeispielen einer Presse zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung sind auch andere entwickelbar, mit denen das neue Zerkleinerungsverfahren durchgeführt werden kann, das hinsichtlich Durchsatz und Arbeitsbedarf günstigere 2o Werte als die bisherigen Verfahren aufweist.

Beispielsweise ist für die Zerkleinerung von Hochdruck-polyäthylen-Granülat auf ein Produkt mit einer Partikelgrösse von 100% < 250 [im, 50% < 150 [im und 30%. < 100 [im ein Arbeitsbedarf von ca. 50 bis 80 kWh/t not-25 wendig. Erfindungsgemässe Vorrichtungen von einer Grösse der üblicherweise eingesetzten Prallmühlen erreichen dabei Durchsätze bis zu 200 kg/h. Bei der Prallmahlung liegt der Arbeitsbedarf dagegen über 500 kWh/t, die Durchsätze sind kleiner als 50 kg/h.

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5 Blätter Zeichnungen

Claims (15)

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1. Verfahren zur Feinzerkleinerung von inelastischen Materialien und von Materialien, die durch Wärme und/oder durch Zufuhr und Umwandlung mechanischer Energie in Wärme in einen Zustand inelastischen Verhaltens gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass das zu zerkleinernde Material zunächst durch eine Druckbeanspruchung in Aussparungen oder Hohlräume gedrängt wird, deren Abmessungen auf die zu erzielende Feinheit abgestimmt sind, und dass nach diesem Vorgang die Materialreste, welche die Teilpartikeln noch verbinden, durch Relativbewegungen der Teilpartikeln zerstört werden und die Teilpartikeln aus den Aussparungen bzw. Hohlräumen entfernt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zu zerkleinernde Material in Aussparungen gedrängt wird, die in den Arbeitsflächen von die Druckbeanspruchung aufbringenden Mahlwerkzeugen ausgebildet sind,

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zu zerkleinernde Material in Aussparungen unterschiedlicher Grösse und/oder Form gedrängt wird, deren Grössen- und/oder Form-Verteilung der Grössen- und/oder Form-Verteilung der zu erzielenden Teilpartikeln entspricht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass das zu zerkleinernde Material in Hohlräume einer Schüttung aus Mahlkörpern grösserer Festigkeit als das zu zerkleinernde Material, insbesondere nach vorheriger Mischung mit den Mahlkörpern, gedrückt und nach Entfernung aus den Hohlräumen von den Mahlkörpern getrennt wird.

5 zeichnet, dass die Ausstossvorrichtung in die Aussparungen

(19) eingreifende Zahnräder (21) mit geraden oder schrägen Zahnflächen aufweist.

16. Walzenpresse nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausstossvorrichtung in die Aussparungen

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zu zerkleinernde Material und die Mahlkörper vor der Druckbeanspruchung schichtweise angeordnet werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zu zerkleinernde Material in die Hohlräume einer Schüttung aus Mahlkörpern unterschiedlicher Grösse gedrängt wird, die eine Hohlraumvolumenverteilung bilden, die der zu erzielenden Teilchengrössen-verteilung entspricht.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die die Mahlgutteilpartikeln verbindenden Materialreste durch eine Prallbeanspruchung oder durch eine Druck-Schubbeanspruchung des Gemisches in Form eines Presslings aus Mahlkörpern und Mahlgut zerstört werden.

8. Walzenpresse zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens in einer der Arbeitsflächen der Presswalze Aussparungen (19) vorgesehen sind, deren Grösse der der zu erzielenden Teilpartikeln entspricht.

9. Walzenpresse nach Anspruch 8, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (19) eine Grössenverteilung aufweisen, die der Grössenverteilung der zu erzielenden Teilpartikeln entspricht.

10 (19) gerichtete Strahldüsen (23) für Druckgas oder Druckflüssigkeit aufweist.

17. Walzenpresse nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb eines Walzenspaltes (34) ein Fallschacht (29) für das zu zerkleinernde Mahlgut vorge-

10. Walzenpresse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in den Arbeitsflächen der Presswalzen (16) Rillen (17) und Nocken (20) vorgesehen sind und die Nocken der einen Walze in die Rillen der anderen Walze eingreifen.

11. Walzenpresse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (19) zwischen den Nocken (20) und die Rillen (17) sich nach aussen konisch erweiternd ausgebildet sind.

12. Walzenpresse nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Presswalzen (16) mit unterschiedlichen Drehzahlen antreibbar sind.

13. Walzenpresse nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass neben den Presswalzen (16) eine Vorrichtung zum Ausstossen des in die Aussparungen (19) hineingedrängten Materials vorgesehen ist.

14. Walzenpresse nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausstossvorrichtung an den Walzen (16) angreifende, mitrotierende Bürsten (22) aufweist.

15. Walzenpresse nach Anspruch 13, dadurch gekenn-

15 sehen ist.