DE10135106B4

DE10135106B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Zerkleinern von Partikeln

Info

Publication number: DE10135106B4
Application number: DE10135106A
Authority: DE
Inventors: Gustav Dr.-Ing. Hefle; Roland Schüssler; Hans-Peter Feuerpeil; Dieter Bläse
Original assignee: Pulsar GmbH
Current assignee: Pulsar GmbH
Priority date: 2000-09-13
Filing date: 2001-07-19
Publication date: 2005-11-17
Anticipated expiration: 2021-07-20
Also published as: MXPA03002153A; EP1337340B1; EP1337340A1; WO2002022271A1; ATE381385T1; AU2002210480A1; KR20020062740A; KR100554568B1; US20060054723A1; DE10135106A1; US20040124293A1; US7086619B2

Abstract

Verfahren zum Zerkleinern von Partikeln (2) gemäß Stammpatent DE 100 45 172 C2 umfassend folgende Verfahrensschritte
– Sammeln einer vorgegebenen Menge von Partikeln (2) in wenigstens einem Rohr (8, 8'), wobei die Partikel (2) in dem Rohr (8, 8') einen Pfropfen (12) bilden,
– Beaufschlagung des Pfropfens (12) mit einem Druckimpuls vorgegebener Stärke und Länge, so dass dieser über eine Austrittsöffnung des Rohres (8, 8') gegen eine dem Rohr (8, 8') nachgeordnete und Durchbrüche (7) aufweisende Prallplatte (6) geschossen wird,
– Sammeln der durch den Rückstoß an der Prallplatte (6) zerkleinerten und die Durchbrüche (7) durchsetzenden Partikel (2) in einer an die Prallplatte (6) anschließenden Auffangkammer (4),
dadurch gekennzeichnet, dass den Partikeln Trockeneisgranulat zu deren Versprödung zugegeben wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zerkleinern von Partikeln gemäß den Stammpatent DE 100 45 172 C1

Diese Vorrichtung weist wenigstens ein Rohr zum Sammeln einer vorgegebenen Menge von Partikeln auf, wobei die Partikel in dem Rohr einen Pfropfen bilden. Weiterhin weist die Vorrichtung wenigstens eine Druckimpulseinheit zur Erzeugung von Druckimpulsen auf, wobei durch Beaufschlagung des Pfropfens mit einem Druckimpuls dieser über eine Austrittsöffnung des Rohres gegen eine dem Rohr nachgeordnete und Durchbrüche aufweisende Prallplatte geschossen wird. Desweiteren weist die Vorrichtung eine an die Prallplatte anschließende Auffangkammer auf, in welcher die durch den Rückstoß an der Prallplatte zerkleinerten und die Durchbrüche durchsetzenden Partikel gesammelt werden.

Das Prinzip dieser Vorrichtung besteht somit darin, zur Zerkleinerung von in Form eines Pfropfens in einem Rohr gelagerten Partikeln diesen Pfropfen gegen eine Prallplatte mit Durchbrüchen zu schießen.

Die durch den Aufprall auf die Partikel ausgeübten Scherkräfte führen zu einer Zerkleinerung der Partikel, wobei typischerweise die Partikel von ursprünglichen Partikelgrößen von 10 mm auf Partikel mit Größen von einem oder wenigen μm erhalten werden.

Durch den mit der Druckimpulseinheit erzeugten Überdruck an der Vorderseite der Prallplatte werden die Partikel mit kleinen Korngrößen und daher kleinem Gewicht durch die Durchbrüche transportiert und gelangen in die Auffangkam mer. Demgegenüber durchdringen die schwereren Partikel die Durchbrüche nicht und werden vorzugsweise wieder dem Rohr zur Bildung eines neuen Pfropfens zugeführt.

Durch eine geeignete Wahl des Durchmessers des Rohres, der Größe und Form der Durchbrüche der Prallplatte und/oder der Größe der Auffangkammer können die Korngrößen und Korngrößenverteilungen der im Auffangraum gesammelten zerkleinerten Partikel vorgegeben werden.

Die Prallplatte kann bei Bedarf ausgewechselt werden. Somit kann durch einen Wechsel von verschiedenen Prallplatten mit unterschiedlichen Durchbrüchen die Korngrößenverteilung der in der Auffangkammer gesammelten zerkleinerten Partikel variiert werden.

Weiterhin ist das Volumen der Auffangkammer einstellbar, so dass auch dadurch die Korngrößenverteilung der in der Auffangkammer gesammelten zerkleinerten Partikel variiert werden kann.

Ein wesentlicher Vorteil der Vorrichtung besteht darin, dass die Größen der Durchbrüche in der Prallplatte so bemessen sind, dass diese eine Sichterfunktion ausübt. Dies bedeutet, dass die durch die Durchbrüche transportierten zerkleinerten Partikel in der Auffangkammer verbleiben und nicht durch die Durchbrüche zurück zum Rohr transportiert werden.

Durch die spezielle Ausbildung der Prallplatte und der hinter dieser angeordneten Auffangkammer werden die zerkleinerten Partikel mit den gewünschten Korngrößen in der Auffangkammer mit einem hohen Wirkungsgrad gesammelt und von schwereren Partikeln getrennt. Dabei ist in der Auffangkammer wenigstens eine Entnahmeöffnung vorgesehen, über welche die zerkleinerten Partikel aus der Auffangkammer entnommen werden können.

Ein weiterer Vorteil dieser Vorrichtung besteht darin, dass diese nahezu keine bewegten Teile aufweist, und dass das einzige verschleißbehaftete Teil von der Prallplatte gebildet ist, die auf einfache Weise auswechselbar ist. Daher weist die Vorrichtung einen kompakten, robusten und wartungsfreundlichen Aufbau auf, der nur geringe Investitions- und Instandhaltungskosten verursacht. Zudem kann die Zerkleinerung der Partikel mit einem geringen Energiebedarf durchgeführt werden, so dass auch die Betriebskosten der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechend niedrig sind. Da die Vorrichtung nahezu keine bewegten Teile aufweist und zudem vorzugsweise einen geschlossenen Aufbau aufweist, stellt diese keine Gefahr für das Bedienpersonal dar und ist somit hinsichtlich der Bestimmungen des Arbeitsschutzes unbedenklich.

Schließlich ist ein Vorteil der Vorrichtung darin zu sehen, dass ohne besondere Anforderungen an die vorzugsweise aus Stahl bestehende Prallplatte verschiedenartige Materialien, insbesondere auch harte Materialien effizient und zuverlässig zerkleinert werden können.

Die Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Zerkleinerung von harten Stoffen mit Mohs-Härtegraden im Bereich von 7 bis 10. Insbesondere können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung Nitride wie zum Beispiel TiN, ZrN, HiN, TaN und BN₃ zerkleinert werden. Ebenso können Carbide wie zum Beispiel TiC, ZrC, HfC, TaC, WC, WC und Ta_0-8 Hf_0-2 C zerkleinert werden. Desweiteren können Oxide wie Al₂O₃ sowie Boride und Silicide zerkleinert werden. Auch die Zerkleinerung von Hartmetallen wie zum Beispiel WC-Co von Korngrößen von etwa 5 mm auf Korngrößen kleiner als 10 μm ist möglich, wobei derartige Partikel bislang nur in Nassvermahlungsprozessen zerkleinert werden konnten.

Weiterhin ist die Vorrichtung im Bereich der Pulvermetallurgie einsetzbar, beispielsweise bei der Verglasung radioaktiver Abfälle, der Nitrit-Herstellung in Stickstoff Atmosphäre oder auch der Aktivierung von Fest körperreaktionen, wobei mittels des Verfahrens insbesondere Silizium-Carbid direkt aus den Elementen gewonnen werden kann.

Weiterhin können mit der Vorrichtung auch organische Stoffe wie zum Beispiel Nussschalen oder Knochen, die für die Herstellung von Gelatine benötigt werden, zerkleinert werden.

Besonders vorteilhaft können dabei auch unterschiedliche Partikel in dem Rohr gesammelt werden. Diese gegen die Prallplatte geschossenen Partikel werden dann nicht nur zerkleinert. Vielmehr findet auch eine homogene Durchmischung der unterschiedlichen, zerkleinerten Partikel statt.

Schließlich können prinzipiell auch weiche Stoffe wie zum Beispiel Polymere, Polyamide und Gummi zerkleinert werden, die vor der Zerkleinerung an der Prallplatte versprödet werden. Die Versprödung der Partikel kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass diese mit flüssigem Stickstoff gekühlt werden. Hiermit ist jedoch ein unerwünscht hoher Energieaufwand verbunden, da aufgrund hoher Energieverluste vorzugsweise die gesamte Vorrichtung gekühlt werden muss. Hierzu müssen Kühlmäntel und dergleichen vorgesehen sein, welche die Vorrichtung entsprechend abkühlen. Dies wiederum bedingt einen hohen konstruktiven Aufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren und die Vorrichtung gemäß dem Stammpatent DE 100 45 172 C2 derart weiterzubilden, dass mit geringem Konstruktions- und Energieaufwand einer Zerkleinerung weicher Partikel ermöglicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale der Ansprüche 1 und 11 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, den zu zerkleinernden weichen Partikeln Trockeneisgranulat, das heißt gefrorenes CO₂ zu deren Versprödung zuzuführen, so dass diese ohne weitere Zusatzmaßnahmen mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zerkleinert werden können. Vorzugsweise ist hierzu wenigstens eine Öffnung in der Vorrichtung vorgesehen, über welche das Trockeneisgranulat in den Innenraum, in welchem die Partikel gesammelt werden, eingeführt wird.

Bereits bei Einleiten des Trockeneisgranulates und der zu zerkleinernden Partikel in die Vorrichtung findet eine effiziente Durchmischung beider Komponenten statt. Die Durchmischung wird zudem durch die Zerkleinerungsvorgänge in der Vorrichtung gefördert, da bei Abschießen eines Pfropfens gegen die Prallplatte größere Partikel von der Prallplatte zurück zu dem Bereich geführt werden, in welchem das Trockeneisgranulat und die zu zerkleinernden Partikel gesammelt werden.

Damit werden über das Trockeneisgranulat unmittelbar und lokal die zu zerkleinernden Partikel gekühlt und dabei versprödet. Eine Kühlung der gesamten Vorrichtung und des Mahlguts vor der Aufgabe ist hierfür nicht erforderlich. Dementsprechend gering sind der Energieaufwand sowie der Kosten- und Konstruktionsaufwand zur Versprödung der Partikel.

Ein Vorteil in der Verwendung von Trockeneisgranulat besteht darin, dass dieses im Vergleich zu flüssigem Stickstoff billiger herstellbar und einfacher handhabbar ist.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Verwendung von Trockeneisgranulat besteht darin, dass mittels dessen nicht nur eine Versprödung der zu zerkleinernden Partikel erfolgt, sondern auch der Zerkleinerungsvorgang der Partikel unterstützt wird. Dies beruht darauf dass Trockeneisgranulat in Form von scharfkantigen kleinen Kristallen gebildet ist, welches abrasiv wirkt und insbesondere bei Schießen eines Pfropfens gegen die Prallplatte andere Partikel zerschneidet und so zerkleinert.

Je nach Materialeigenschaft der zu zerkleinernden Partikel kann die Dosierung der Trockeneisgranulatzufuhr geeignet gewählt werden. Damit ist eine einfache Anpassung der zur Versprödung der Partikel benötigten Kühlmenge möglich.

Ein weiterer Vorteil in der Verwendung von Trockeneisgranulat zur Versprödung der Partikel ist darin zu sehen, dass das Trockeneisgranulat weitgehend inert ist und nicht mit den zu versprödenden Partikeln reagiert. Zudem entweicht das Trockeneisgranulat nach Erwärmung nahezu rückstandslos als gasförmiges CO₂ und hinterlässt so in den Partikeln keine Rückstände. Dabei ist weiter vorteilhaft, dass durch das Verdampfen des Trockeneisgranulates die gesammelten Partikel aufgelockert werden, wodurch deren Rieselfähigkeit erhöht wird. Generell verbessert das Trockeneisgranulat die rheologischen Eigenschaften der Partikel, das heißt deren Fließfähigkeit, wodurch die Prozesse in der Vorrichtung gefördert werden.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können weiche Partikel wie zum Beispiel Gummi, Polymere und Polyamide zerkleinert werden. Insbesondere kann als Polyamid Polycaprolactam zerkleinert werden. Auch die Zerkleinerung von Polyvinylchlorid ist möglich.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen
1: Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
2: Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Zerkleinern von Partikeln 2. Die Vorrichtung 1 weist eine hohlzylindrische Zerkleinerungskammer 3 und eine ebenfalls hohlzylindrische Auffangkammer 4 auf. Die Zerkleinerungskammer 3 und die Auffangkammer 4 weisen denselben Durchmesser auf und sind längs einer vertikal verlaufenden Symmetrieachse koaxial angeordnet. Dabei schließt die Auffangkammer 4 mit ihrer offenen Unterseite an die ebenfalls offene Oberseite der Zerkleinerungskammer 3 an.
Die Zerkleinerungskammer 3 und die Auffangkammer 4 weisen an ihren zugewandten offenen Enden jeweils einen Ringflansch 5, 5' auf. Zwischen den Ringflanschen 5, 5' ist eine kreisscheibenförmige, vorzugsweise aus Stahl bestehende Prallplatte 6 gelagert. Die Prallplatte 6 weist eine vorgegebene Anzahl von Durchbrüchen 7 auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Durchbrüche 7 als runde Bohrungen ausgebildet.
Die Prallplatte 6 kann an den Ringflanschen 5, 5' auf einfache Weise an der Vorrichtung 1 montiert werden. Insbesondere kann die Prallplatte 6 ohne großen Montageaufwand ausgewechselt und durch andere Prallplatten 6, die unterschiedliche Anordnungen von Durchbrüchen 7 aufweisen können, ersetzt werden. Die Durchbrüche 7 können dabei nicht nur die Form von runden Bohrungen aufweisen sondern auch als eckigen Bohrungen ausgebildet sein. Auch eine Ausbildung der Durchbrüche 7 in Form von Ringspalten oder dergleichen ist möglich.
Im Innern der Zerkleinerungskammer 3 verlaufen zwei Rohre 8, 8' parallel zur Längsachse der Zerkleinerungskammer 3. Prinzipiell kann auch nur ein Rohr 8, oder 8' vorgesehen sein. Desweiteren kann auch eine größere Anzahl von Rohren 8, 8' vorgesehen sein.
Die Rohre 8, 8' verlaufen dicht nebeneinander liegend im Zentrum der Zerkleinerungskammer 3 und münden an deren Boden 9 aus. Die Austrittsöffnungen der Rohre 8, 8' an deren oberen Enden stehen der Prallplatte 6 in vorgegebenem Abstand gegenüber.
In der Seitenwand der Zerkleinerungskammer 3 ist eine Öffnung 10 vorgesehen. Über diese Öffnung 10 wird der Innenraum der Zerkleinerungskammer 3 bis zu einer bestimmten Füllhöhe mit den zu zerkleinernden Partikeln 2 befüllt.
In der Seitenwand der Zerkleinerungskammer 3 ist eine weitere Öffnung 10a vorgesehen, über welche Trockeneisgranulat einführbar ist. Das Trockeneisgranulat wird dann über die Öffnung 10a eingeführt, wenn mittels der Vorrichtung 1 weiche Partikel 2 wie Gummi oder Polymere zerkleinert werden sollen. Durch das Einführen des Trockeneisgranulates über die Öffnung 10a einerseits und die zu zerkleinernden Partikel 2 über die Öffnung 10 andererseits werden beide Komponenten effizient durchmischt. Die Durchmischung wird durch den Partikelfluss im Innern der Vorrichtung 1 während des Zerkleinerungsvorganges weiter gefördert. Durch die Zugabe des Trockeneisgranulates werden die zu zerkleinernden Partikel 2 versprödet, so dass diese nachfolgend zerkleinert werden können.
Das Trockeneisgranulat wird über eine nicht dargestellte Dosiereinheit in die Öffnung 10a eingeleitet, so dass die zur Versprödung der Partikel 2 benötigte Menge an Trockeneisgranulat genau einstellbar ist.
Prinzipiell können die Partikel und das Trockeneisgranulat auch über eine gemeinsame Öffnung 10 in die Zerkleinerungskammer 3 eingeleitet werden. Da das beim Verdampfen des Trockeneisgranulates frei werdende CO₂ für das Bedienpersonal ein Sicherheitsrisiko in Form von Erstickungsgefahr darstellt, sind die genannte Vorrichtung sowie deren Zu- und Abgänge gasdicht verschlossen. Weiterhin sind insbesondere an Stellen der Vorrichtung 1, an welchen ein Gas austritt nicht völlig ausgeschlossen werden kann, nicht dargestellte Gaswarngeräte vorgesehen, welche bei übergroßem CO₂-Konzentrationen Alarmsignale abgegeben.
An dem Boden 9 der Zerkleinerungskammer 3 münden zwei Zuführrohre 11, 11' aus. Die Zuführrohre 11, 11' verlaufen in ihren oberen Abschnitten parallel zu den über die Zerkleinerungskammer 3 hervorstehenden Abschnitten der Rohre 8, 8'. Die Zuführrohre 11, 11' sind an ihren unteren Enden gekrümmt und verlaufen auf die Rohre 8, 8' zu. Dabei mündet jeweils ein Zuführrohr 11, 11' in eines der Rohre 8, 8' ein. Durch diese Ausbildung der Rohre 8, 8' wird ein Teil der Partikel 2 von der Zerkleinerungskammer 3 über die Zuführrohre 11, 11' in die unteren Enden der Rohre 8, 8' eingeleitet, so dass diese dort einen Pfropfen 12 mit bestimmter Füllhöhe bilden. In 1 liegt ein derartiger Pfropfen 12 am unteren Ende des rechten Rohres 8'.
An die unteren Enden der Rohre 8, 8' schließt jeweils eine Druckimpulseinheit 13, 13' mit einem Ventil 14, 14' an. Über die Druckimpulseinheit 13, 13' ist der Pfropfen 12 am unteren Ende mit einem Druckimpuls vorgegebener Höhe und Dauer beaufschlagbar. Zur Erzeugung des Druckimpulses steht an dem Ventil 14, 14' Gas mit einem vorgegebenen Gasdruck an. Das Gas ist vorzugsweise von Luft gebildet. Alternativ kann ein Inertgas, ein Kryogengas oder Heißgas verwendet werden. Durch schlagartiges Öffnen eines Ventils 14, 14' strömt das Gas explosionsartig in das darüber liegende Rohr 8, 8' und schießt den Pfropfen 12 durch das Rohr 8, 8' auf die Prallplatte 6. Typischerweise liegt die Höhe eines Druckimpulses im Bereich zwischen 5 bar und 10 bar. Mit derartigen Druckimpulsen werden Fluggeschwindigkeiten der Pfropfen 12 im Bereich zwischen 70 m/s und 100 m/s erzielt.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Ventil 14' der an das rechte Rohr 8' anschließenden Druckimpulseinheit 13' geschlossen, so dass der Pfropfen 12 in seiner Ruhestellung am Boden 9 des Rohres 8' liegt.
Der Pfropfen 12 im linken Rohr 8 wird durch Öffnen des Ventils 14, der entsprechenden Druckimpulseinheit 13 nach oben geschossen. Dabei zeigt 1 eine Momentaufnahme, in welcher sich der Pfropfen 12 am oberen Ende des Rohres 8 kurz vor der Austrittsöffnung befindet.
Nach Austritt aus dem jeweiligen Rohr 8, 8' trifft der Pfropfen 12 auf die Prallplatte 6, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Flugrichtung senkrecht zur Oberfläche der Prallplatte 6 verläuft.
Wesentlich ist, dass die Dauer des Druckimpulses kleiner als die Laufzeit des Pfropfens 12 im jeweiligen Rohr 8, 8' gewählt wird. Somit wird der Pfropfen 12 auf der Flugstrecke zwischen Austrittsöffnung des Rohres 8 8' und der Prallplatte 6 nicht mehr mit dem Druckimpuls beaufschlagt. Dadurch wird ein unerwünschtes Auffächern der Partikel 2 vor dem Auftreffen der Partikel 2 auf die Prallplatte 6 vermieden, so dass die Form des Pfropfens 12 bis zum Auftreffen der Partikel 2 auf der Prallplatte 6 wenigstens annähernd erhalten bleibt. Da die Partikel 2 somit in kompakter Form auf die Prallplatte 6 treffen, pflanzt sich der durch die Prallplatte 6 ausgeübte Rückstoß durch sämtliche Partikel 2 des Pfropfens 12 fort, so dass aufgrund der auf die Partikel wirkenden Scherkräfte eine effiziente und vollständige Zerkleinerung der Partikel 2 erzielt wird.
Für den Fall, dass den Partikeln 2 Trockeneisgranulat zu deren Versprödung beigemischt ist, unterstützt das Trockeneisgranulat aufgrund seiner scharfkantigen kristallinen Struktur den Zerkleinerungsprozess. Das Trockeneisgranulat weist ein abrasives Verhalten auf und zerschneidet mit seinen scharfkantigen Strukturen Partikel 2 in seiner Umgebung.
Wie aus 1 ersichtlich, sind an der Auftrefffläche der Partikel 2 an der Prallplatte 6 keine Durchbrüche 7 vorgesehen, so dass keine Partikel 2 direkt durch die Durchbrüche 7 in die Auffangkammer 4 geschossen werden.
1 zeigt schematisch die an der Prallplatte 6 reflektierten und zerkleinerten Partikel 2, die eine Staubwolke 15 bilden. Durch den Druckimpuls herrscht an der Vorderseite der Prallplatte 6 ein Überdruck, so dass die zerkleinerten Partikel 2 durch die Durchbrüche 7 in die Auffangkammer 4 transportiert werden. Dabei werden nur die Partikel 2 bis zu einer vorgegebenen Korngröße durch die Durchbrüche 7 transportiert und in der dahinter liegenden Auffangkammer 4 gesammelt, während größere Partikel 2 aufgrund ihres höheren Gewichtes in den Innenraum der Zerkleinerungskammer 3 zurückfallen und von neuem zur Bildung weiterer Pfropfen 12 den Rohren 8, 8' zugeführt werden. Typischerweise werden mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 Partikel 2 mit Partikelgrößen von etwa 10 mm Aufgabegröße bis zu Zielkorngrößen von etwa 1 μm zerkleinert.
Durch eine geeignete Dimensionierung der Durchmesser der Rohre 8, 8', der Anzahl und Größen der Durchbrüche 7 der Prallplatte 6 sowie des Volumens der Auffangkammer 4 können die Korngrößen und Korngrößenverteilungen der in der Auffangkammer 4 gesammelten zerkleinerten Partikel 2 vorgegeben werden.
Die Anzahl und Größen der Durchbrüche 7 lassen sich durch Auswechseln verschiedener Prallplatten 6 auf einfache Weise variieren.
Besonders vorteilhaft kann auch die Größe der Auffangkammer 4 variiert werden. Hierzu können höhenverstellbare Wellkompensatoren, Stopfbuchsen, Schiebemuffen oder dergleichen vorgesehen sein, die in den Zeichnungen nicht dargestellt sind. Dabei ist die Korngrößenverteilung der in der Auffangkammer 4 gesammelten zerkleinerten Partikel umso schärfer, je größer das Volumen der Auffangkammer 4 ist.
An der Seitenwand der Auffangkammer 4 ist eine Entnahmeöffnung 16 vorgesehen. Über diese Entnahmeöffnung 16 können die zerkleinerten Partikel 2 zu vorgegebenen Zeiten entnommen werden.
Die Druckimpulseinheiten 13, 13' werden von einer nicht dargestellten Steuereinheit gesteuert und erzeugen in einem vorgegebenen Zeittakt Folgen von Druckimpulsen. Die Druckimpulseinheiten 13, 13' werden vorzugsweise alternierend gesteuert, so dass abwechselnd ein Pfropfen 12 aus dem linken oder rechten Rohr 8 oder 8' gegen die Prallplatte 6 geschossen wird. Die Zyklen, innerhalb derer die Rohre 8, 8' mit den einzelnen Pfropfen 12 befüllt werden, liegen im Sekunden- oder sogar im Millisekundenbereich, so dass die Taktrate der Druckimpulse entsprechend hoch gewählt werden kann. Auf diese Weise werden die einzelnen Pfropfen 12 rasch nacheinander gegen die Prallplatte 6 geschossen, so dass mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ein quasi kontinuierlicher Zerkleinerungsprozess und ein entsprechend hoher Durchsatz erzielt wird.
Nachdem ein Pfropfen 12 aus einem der Rohre 8, 8' geschossen worden ist, wird das entsprechende Rohr 8, 8' über das jeweilige Zuführrohr 11, 11' wieder mit Partikeln 2 zur Bildung eines neuen Pfropfens 12 befüllt. Vorteilhaft hierbei ist, dass durch den bei Abschießen eines Pfropfens 12 entstehenden Schock die Partikel 2 in der Zerkleinerungskammer 3 gerüttelt werden und so verstärkt dem Zuführrohr 11, 11' zugeführt werden, wodurch das Nachladen des Rohres 8, 8' mit einem Pfropfen 12 unterstützt wird. Diese Ladefunktion wird weiterhin durch den beim Auftreffen des Pfropfens 12 auf der Prallplatte 6 im oberen Bereich der Zerkleinerungskammer 3 herrschenden Überdruck verstärkt.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 können insbesondere harte Werkstoffe mit Mohs-Härtegraden vorzugsweise im Bereich zwischen 7 und 10 effizient zerkleinert werden.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Die dort dargestellte Vorrichtung 1 entspricht in ihrem Aufbau nahezu vollständig dem Ausführugsbeispiel gemäß 1.
Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 weist die Vorrichtung 1 gemäß 2 zwei Öffnungen 10, 10' an der Seitenwand der Zerkleinerungskammer 3 auf an welchen Einfüllstutzen 17, 17' zur Befüllung des Innenraumes der Zerkleinerungskammer 3 mit den Partikeln 2 ausmünden.
Weiterhin sind analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 weitere Öffnungen 10a, 10a' zur Einleitung von Trockeneisgranulat vorgesehen.
Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass an den unteren Enden der Rohre 8, 8', an welchen jeweils die Pfropfen 12 liegen, geneigt zu den Rohren 8, 8' verlaufende Zuführstutzen 18, 18' ausmünden. In diesen Zuführstutzen 18, 18' sind die Ventile 14, 14' der nicht gesondert dargestellten Druckimpulseinheiten 13, 13' angeordnet.
Die Längsachsen der Zuführrohre 8, 8' können in einer horizontalen, senkrecht zur Längsachse der Vorrichtung 1 orientierten Ebene verlaufen oder wie in 2 dargestellt in einem Neigungswinkel, der vorzugsweise maximal bei 20° liegt, geneigt zu dieser Ebene verlaufen.
Schließlich weist die Auffangkammer 4 zwei gegenüberliegend angeordnete Entnahmeöffnungen 16, 16' auf, wobei an jeweils einer Entnahmeöffnung 16 oder 16' ein Stutzen 19, 19' ausmündet.
Schließlich besteht ein Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß 1 darin, dass die Zerkleinerungskammer 3 ein Oberteil 20 aufweist, dessen Querschnitt geringfügig kleiner ist als der Querschnitt des Unterteils 21 der Zerkleinerungskammer 3. Prinzipiell können das Ober- und Unterteil 20, 21 auch zweiteilig ausgebildet sein. An den aneinander angrenzenden offenen Enden des Oberteils 20 der Zerkleinerungskammer 3 und der Auffangkammer 4 ist die Prallplatte 6 wieder lösbar befestigt, so dass diese bei Bedarf ausgewechselt werden kann.

1: Vorrichtung
2: Partikel
3: Zerkleinerungskammer
4: Auffangkammer
5: Ringflansch
5': Ringflansch
6: Prallplatte
7: Durchbruch
8: Rohr
8': Rohr
9: Boden
10: Öffnung
10': Öffnung
10a: Öffnung
10a': Öffnung
11: Zuführrohr
11': Zuführrohr
12: Pfropfen
13: Druckimpulseinheit
13': Druckimpulseinheit
14: Ventil
14': Ventil
15: Staubwolke
16: Entnahmeöffnung
16': Entnahmeöffnung
17: Einfüllstutzen
17': Einfüllstutzen
18: Zuführstutzen
18': Zuführstutzen
19: Stutzen
19': Stutzen
20: Oberteil
21: Unterteil

Claims

Verfahren zum Zerkleinern von Partikeln (2) gemäß Stammpatent DE 100 45 172 C2 umfassend folgende Verfahrensschritte – Sammeln einer vorgegebenen Menge von Partikeln (2) in wenigstens einem Rohr (8, 8'), wobei die Partikel (2) in dem Rohr (8, 8') einen Pfropfen (12) bilden, – Beaufschlagung des Pfropfens (12) mit einem Druckimpuls vorgegebener Stärke und Länge, so dass dieser über eine Austrittsöffnung des Rohres (8, 8') gegen eine dem Rohr (8, 8') nachgeordnete und Durchbrüche (7) aufweisende Prallplatte (6) geschossen wird, – Sammeln der durch den Rückstoß an der Prallplatte (6) zerkleinerten und die Durchbrüche (7) durchsetzenden Partikel (2) in einer an die Prallplatte (6) anschließenden Auffangkammer (4), dadurch gekennzeichnet, dass den Partikeln Trockeneisgranulat zu deren Versprödung zugegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trockeneisgranulat den gesammelten Partikeln zugegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trockeneisgranulat den Partikeln in einem einstellbaren Mengenverhältnis zugegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 – 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer des Druckimpulses kleiner ist als die Laufzeit des Pfropfens (12) im Rohr (8, 8').
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 – 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Druckimpulses im Bereich zwischen 5 bar und 10 bar liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 – 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluggeschwindigkeit des Pfropfens (12) im Bereich zwischen 70 m/s und 100 m/s liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 – 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngrößen und Korngrößenverteilungen der in der Auffangkammer (4) gesammelten zerkleinerten Partikel (2) durch den Durchmesser des Rohres (8, 8'), die Größen der Durchbrüche (7) der Prallplatte (6) und/oder die Größe der Auffangkammer (4) vorgegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Rückstoß an der Prallplatte (6) fein zerkleinerte Partikel (2) die Durchbrüche (7) der Prallplatte (6) durchsetzen, während gröbere Partikel (2) wieder dem Rohr (8, 8') zugeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngrößen der zerkleinerten Partikel (2) im unteren μm Bereich liegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 – 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Rohr (8, 8') unterschiedliche Partikel (2) gesammelt werden, welche durch das Zerkleinern an der Prallplatte (6) zu einem homogenen Gemisch vermengt werden.
Vorrichtung (1) zum Zerkleinern von Partikeln (2) gemäß Stammpatent DE 100 45 172 C2 insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 – 10 mit wenigstens einem Rohr (8, 8') zum Sammeln einer vorgegebenen Menge von Partikeln (2), wobei die Partikel (2) in dem Rohr (8, 8') einen Pfropfen (12) bilden, mit wenigstens einer Druckimpulseinheit (13, 13') zur Erzeugung von Druckimpulsen, wobei durch Beaufschlagung des Pfropfens (12) mit einem Druckimpuls dieser über eine Austrittsöffnung des Rohres (8, 8') gegen eine dem Rohr (8, 8') nachgeordnete und Durchbrüche (7) aufweisende Prallplatte (6) geschossen wird, sowie mit einer an die Prallplatte (6) anschließenden Auffangkammer (4), in welcher die durch den Rückstoß an der Prallplatte (6) zerkleinerten und die Durchbrüche (7) durchsetzenden Partikel (2) gesammelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Zuführung von Trockeneisgranulat vorgesehen sind, welches mit den gesammelten Partikeln durchmischbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Abschnitt des Rohres (8, 8') im Innern einer Zerkleinerungskammer (3) angeordnet ist, auf deren offene Oberseite die Prallplatte (6) anschließt, auf welcher die Auffangkammer (4) aufsitzt.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Seitenwand der Zerkleinerungskammer (3) Öffnungen (10, 10') zur Befüllung deren Innenraumes mit unzerkleinerten Partikeln (2) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Seitenwand der Zerkleinerungskammer (3) Öffnungen (10a, 10a') zur Befüllung deren Innenraums mit Trockeneisgranulat vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Trokkeneisgranulat über eine Dosiereinheit der Zerkleinerungskammer zuführbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 – 15, dadurch gekennzeichnet, dass diese gasdicht abgeschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Auffangkammer (4) und die Zerkleinerungskammer (3) jeweils einen hohlzylindrischen Aufbau aufweisen, wobei die Hohlzylinder gleiche Durchmesser aufweisen und koaxial angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Auffangkammer (4) und die Zerkleinerungskammer (3) an ihren zugewandten offenen Enden jeweils einen Ringflansch (5, 5') aufweisen, wobei die Prallplatte (6) zwischen den Ringflanschen (5, 5') gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Ringflanschen (5, 5') unterschiedliche Prallplatten (6) mit verschiedenen Durchbrüchen (7) anbringbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (7) in Form von eckigen oder runden Bohrungen und/oder in Form von Ringspalten ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 – 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen im Innern der Auffangkammer (4) einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung des Volumens der Auffangkammer (4) wenigstens ein Wellkompensator, eine Stopfbuchse oder eine Schiebemuffe vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 – 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Auffangkammer (4) wenigstens eine Entnahmeöffnung (16, 16') zur Entnahme der zerkleinerten Partikel (2) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 – 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (8, 8') in Richtung der vertikal verlaufenden Längsachse der Zerkleinerungskammer (3) verläuft, wobei die Austrittsöffnung am oberen Ende des Rohres (8, 8') in vorgegebenem Abstand der Prallplatte (6) gegenüberliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere parallel verlaufende Rohre (8, 8') vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 – 25, dadurch gekennzeichnet, dass in das oder in jedes Rohr (8, 8') zur Bildung des Pfropfens (12) in vorgegebenem Abstand zur Austrittsöffnung eine vorgegebene Menge von Partikeln (2) einbringbar ist, und dass unterhalb des Bereiches des Rohres (8, 8') zur Aufnahme des Pfropfens (12) ein Anschluss für die oder eine Druckimpulseinheit (13, 13') vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Drukkimpulseinheit (13, 13') ein Ventil (14, 14') aufweist, über welches der Pfropfen (12) mit unter Druck stehendem Gas beaufschlagbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas von Luft, einem Inertgas oder Heißgas gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 – 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt des Rohres (8, 8') zur Aufnahme des Pfropfens (12) in dem unteren, über die Unterseite der Zerkleinerungskammer (3) hervorstehenden Teil des Rohres (8, 8') liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass an der Unterseite der Zerkleinerungskammer (3) wenigstens ein Zuführrohr (11, 11') ausmündet, welches in den über die Zerkleinerungskammer (3) hervorstehenden unteren Teil des Rohres (8, 8') einmündet, so dass zur Bildung des Pfropfens (12) Partikel (2) aus der Zerkleinerungskammer (3) über das Zuführrohr (11, 11') dem Rohr (8, 8') zuführbar sind.