DE102005013716A1

DE102005013716A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Zerkleinern von Agglomeraten

Info

Publication number: DE102005013716A1
Application number: DE102005013716A
Authority: DE
Inventors: Martin Doerr; Hermann Schwinn
Original assignee: Maschinenfabrik Gustav Eirich GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Gustav Eirich GmbH and Co KG
Priority date: 2005-03-22
Filing date: 2005-03-22
Publication date: 2006-10-12
Also published as: CN101151100B; PL1861201T3; EP1861201A1; BRPI0609406A2; CN101151100A; JP2008534247A; WO2006100187A1; EP1861201B1; HUE035290T2; US20080283641A1; US7857245B2; RU2419491C2; ES2636541T3; BRPI0609406B1; JP5190357B2; RU2007138955A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zerkleinern von Agglomeraten und ähnlichem zu zerkleinernden Material, bestehend aus einem drehend antreibbaren Rotor (1) mit einer Mehrzahl flügelartiger Zerkleinerungswerkzeuge (24), welche mit dem Material in Kontakt bringbar sind, um dieses zu zerschneiden. Um eine Vorrichtung zum Zerkleinern von Agglomeraten und ähnlichem Material sowie ein entsprechendes Verfahren zu schaffen, welche eine bessere Zerkleinerungswirkung gewährleisten und dadurch sowie durch weitere Maßnahmen Materialanbackungen weitgehend verhindern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Zerkleinerungswerkzeuge aus schmalen Messern (24) bestehen, deren in Axialrichtung des Rotors gemessene Dicke 20 mm nicht übersteigt und deren Wiederholabstand in Axialrichtung maximal 50 mm beträgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Zerkleinerung von Agglomeraten und ähnlichem, durch mechanische Schläge zerkleinerungsfähigem Material, wobei die Vorrichtung aus einem drehend antreibbaren Rotor mit einer Mehrzahl von flügelartigen Zerkleinerungswerkzeugen besteht, welche mit dem zu zerkleinerten Material in Kontakt bringbar sind.

Eine entsprechende Vorrichtung ist beispielsweise aus dem Prospekt "Lockerungsschleuder" der Firma VHV Anlagenbau bekannt, die für die Zerkleinerung von Agglomeraten aus Gießereisand vorgesehen ist.

Bei der Aufbereitung feinstkörniger oder bindemittelhaltiger Stoffsysteme kann es beispielsweise am Austrag eines Silos oder nach einem Misch- oder Granulierprozeß zu einer unerwünschten Zusammenballung eines nicht unerheblichen Teils des Stoffstromes zu großen Agglomera ten oder Knollen kommen. Diese Agglomerate besitzen in der Regel eine geringe Druckfestigkeit und lassen sich relativ leicht auf die Primärkorngröße der Partikel oder Granulate zerkleinern.

Häufig werden solche Stoffsysteme einem nachgeschalteten Füll- und Verdichtungsprozeß zugeführt, der die geometrische Positiv- oder Negativform des Endproduktes erzeugt. Dabei ist es wichtig, daß die Form gleichmäßig befällt wird. Große Agglomerate und Klumpen können nun den Stofffluß im Füllprozeß stören und somit zu Fehlern in der endgültigen Form des Produktes führen. Aus diesem Grunde sollen die Agglomerate und Knollen so weit zerkleinert werden, daß sie in der gewünschten Primärkorn- bzw. Granulatgröße vorliegen.

Insbesondere ist für die Zerkleinerung von Knollen bei der Formsandaufbereitung das bereits erwähnte, als Lockerungsschleuder bezeichnete Zerkleinerungsgerät bekannt, welches in Form eines unabhängigen Aufsatzgerätes auf einem Gurtförderer montiert werden kann.

Die Zerkleinerung erfolgt dabei über verschleißgeschützte relativ dicke Schlegel, die spiralförmig auf einer horizontal laufenden Welle mit relativ großem seitlichem Abstand befestigt werden. Die schnell rotierende Welle wird quer zur Förderrichtung des Gurtförderers so befestigt, daß die rotierenden Schlegel durch das Schüttgut hindurchbewegt werden, dabei jedoch keine Berührung mit dem darunterliegenden Gurt des Gurtförderers haben. Die Innenflächen der relativ eng um die Schleudereinheit angeordneten Abdeckhaube wird beispielsweise mit verschleißfesten Antihaftauskleidungen versehen.

Die Problematik der bekannten Lösung besteht darin, daß insbesondere bei der Formsandaufbereitung das auf dem Gurtförderer befindliche Gut durch die relativ dicken Schlegel aus dem Gutbett herausgelöst und in Drehrichtung der rotierenden Welle tangential nach vorne und oben geschleudert wird. Die Knollen werden durch die Schlagbeanspruchung der Schlegel sowie beim Aufprall auf die Gehäusewandung zerkleinert. Insbesondere der Transport in vertikaler Richtung mit hohen Tangentialgeschwindigkeiten führt allerdings trotz Antihaftbeschichtung zu starken Anbackungen im Auffanggehäuse.

Die rotierenden Schlegel müssen sich daher sowohl durch das relativ lockere Fördergut als auch durch die verdichteten Anbackungen im Gehäuse hindurchbewegen, was zu hohem Verschleiß sowie unnötig hohen Antriebsleistungen an der rotierenden Welle führt.

Weiterhin kann aufgrund des relativ großen seitlichen Abstandes der Schlegel eine Teilmenge des Fördergutes ohne volle Berührung mit den rotierenden Schlegeln zwischen der Zerkleinerungseinheit unzerkleinert hindurchtreten.

Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Zerkleinern von Agglomeraten und ähnlichem Material sowie ein entsprechendes Verfahren zu schaffen, welche eine bessere Zerkleinerungswirkung gewährleisten und dadurch sowie durch weitere Maßnahmen Materialanbackungen weitgehend verhindern.

Hinsichtlich der Vorrichtung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Flügel aus schmalen Messern bestehen, deren in Axialrichtung des Rotors gemessene Dicke maximal 20 mm beträgt und deren Wiederholabstand entlang der Axialrichtung nicht mehr als 50 mm beträgt.

Der vorstehend angegebene Wiederholabstand bezieht sich dabei auf Messer, die in etwa unter demselben Winkel bezüglich der Rotorachse angeordnet, d.h in axialer Richtung benachbart sind und in Umfangsrichtung mindestens teilweise überlappend, also entweder unter derselben Winkelposition axial hintereinander oder z.B. mit kleineren relativen Versatzwinkeln spiralförmig umlaufend angeordnet sind. Ansonsten können selbstverständlich mehrere Messer unter unterschiedlichen Winkelpositionen und ohne wechselseitige Überlappung auch auf derselben axialen Höhe, d.h, unter einem Wiederholabstand 0 angeordnet werden.

Der geringe Wiederholabstand in Verbindung mit der geringen Dicke bzw. Stärke der Messer bedeutet dabei selbstverständlich bei einer gegebenen Breite bzw. axialen Länge des Rotors, daß die Zahl der Messer gegenüber der bekannten Vorrichtung wesentlich größer ist, wobei sich herausgestellt hat, daß aufgrund der großen Zahl relativ schmaler Messer die Zerkleinerungswirkung deutlich verbessert werden kann und außerdem Materialanbackungen besser vermieden bzw. durch die Messerbewegung leichter wieder abgelöst werden, was auch den Messerverschleiß reduziert, so daß die (in radialer Draufsicht) schmaleren Messer überraschenderweise auch im Hinblick auf den Verschleiß von Vorteil sind.

Dabei ist eine Ausführungsform der Erfindung besonders bevorzugt, bei welcher die Dicke der Messer weniger als 15 mm und insbesondere weniger als 10 mm jedoch mehr als 2 mm beträgt, wobei eine Dicke bzw. Stärke der Messer im Bereich von 3 mm bis 7 mm besonders bevorzugt ist.

Zweckmäßigerweise bestehen die Messer aus einem möglichst verschleißfesten Material, wofür insbesondere gehärtete Stähle, aber auch Hartmetall geeignet sind.

Die radiale Länge der Messer beträgt in der bevorzugten Ausführungsform mindestens 25% des Rotordurchmessers, vorzugsweise mindestens 30% des gesamten Rotordurchmessers.

Zweckmäßigerweise sind die Messer jeweils an Rotorelementen vorgesehen, die aus mehreren zusammenhängenden, unter in etwa gleichen Winkelabständen angeordneten Messern bestehen, welche beispielsweise über einen zentralen Ring miteinander verbunden sind, wobei dieser zentrale Ring beispielsweise auf eine drehbar angetriebene, zentrale Welle des Rotors aufschiebbar ist.

Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die Messer so ausgestaltet sind, daß sie dem zu zerkleinernden Material neben dem der Rotationsrichtung entsprechenden Vorwärtsimpuls auch einen leichten seitlichen Impuls mitgeben. Dies kann man beispielsweise dadurch erreichen, daß die einzelnen Messer, die im wesentlichen aus verschleißfesten, flachen, leistenförmigen Elementen bestehen, entweder leicht aus einer Radialebene heraus verdreht, in ihrer Längsrichtung in sich verdreht oder an ihren freien Enden aus einer Radialebene heraus in axialer Richtung abgewinkelt sind. Dabei sind diese unterschiedlichen Messergestaltungen auch miteinander kombinierbar. Jedes der vorgenannten Merkmale einer Abwinklung oder Verdrehung des Messerblattes hat den Effekt, daß dem Material, welches durch die Messer durchschnitten wird, auch eine seitliche Bewegungskomponente mitgegeben wird. Ungeachtet einer etwaigen Profilierung weist jedes Messer eine vordere Kante, eine hintere Kante sowie zwei entgegengesetzt liegende Seitenflächen auf, welche die vordere und die hintere Kante miteinander verbinden. Die vorstehende definierte Verdrehung oder Abwinkelung der Messer bezieht sich jeweils auf eine oder beide dieser Seitenflächen.

Dabei ist eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders bevorzugt, bei welcher die Zahl der in der einen Richtung verdrehten oder abgewinkelten Messer in etwa gleich der Zahl der in der jeweils entgegengesetzten Richtung verdrehten oder abgewinkelten Messer ist, so daß sich die dem Material insgesamt mitgegebenen Bewegungskomponenten senkrecht zu der eigentlichen Transportrichtung im wesentlichen aufheben, wobei durch diese entgegengesetzten seitlichen Bewegungen ein besserer Zerkleinerungseffekt erzielt wird, insbesondere auch dadurch, daß ein Teil des von einem Messer durchschnittenen Materials, welches nicht unmittelbar von dem Messer beaufschlagt wird, etwas in seitlicher Richtung abge lenkt und damit genau in die Bewegungsbahn eines in Umfangsrichtung und axialer Richtung nachfolgenden bzw. benachbarten Messers gebracht wird.

Bei der Variante mit abgewinkelten Enden ist es bevorzugt, wenn die abgewinkelten Enden sich über weniger als ein Viertel der radialen Messerlänge erstrecken. Die Abwinkelung sollte weniger als 30°, insbesondere weniger als 20°, jedoch nach Möglichkeit auch über 3°, z.B. zwischen etwa 5° und 10°, betragen. Alternativ könnten die Enden auch gekrümmt verlaufen, wobei die Krümmung in der Weise gestaltet ist, daß eine Tangente an dem gekrümmten Bereich an der Spitze des Messers um maximal 30° von der Radialrichtung abweicht.

Es versteht sich, daß an ein und demselben Rotor sowohl Messer mit abgewinkelten Enden als auch einfache gerade, flache Messer gleichzeitig angeordnet sein können, wobei es generell bevorzugt ist, wenn von den Messern, welche abgewinkelte Enden aufweisen, jeweils die Hälfte in der einen und die andere Hälfte in der anderen Richtung abgewinkelt ist.

Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn auf gleicher axialer Höhe angeordnete und in Umfangsrichtung aufeinanderfolgende Messer jeweils in entgegengesetzten Richtungen abgewinkelt sind, wobei auch Abfolgen möglich sind, bei denen jeweils zwei in Umfangsrichtung aufeinanderfolgende Messer in der einen und die nächsten zwei in Umfangsrichtung folgenden Messer in der anderen Richtung abgewinkelt sind.

Zweckmäßigerweise sind die einzelnen Rotorelemente, welche entweder 2, 4, 6 oder 8 Messer aufweisen, jeweils identisch ausgestaltet, so daß eine Mehrzahl von axial hintereinander ausgerichteten, gleichartigen Rotorelementen den Rotor bilden. Wie bereits erwähnt, weisen die Rotorelemente zweckmäßigerweise einen zentralen Ring auf, der auf eine passende Welle aufgeschoben wird, wobei eine Variante besonders bevorzugt ist, bei welcher der Ring einen radial einwärts ragenden Vorsprung aufweist, der passend in eine sich axial oder auch leicht spiralförmig oder wellenförmig entlang der Welle erstreckende Nut eingeschoben wird. Wenn ein entsprechender Vorsprung an dem Ring bezüglich der Messer immer in derselben Winkelposition angeordnet ist, so bedeutet dies, daß auch die einzelnen Messer axial aufeinander folgender Rotorelemente dem Verlauf der Nut entlang der Welle folgen.

Selbstverständlich könnte an der Welle auch eine radial vorspringende Leiste oder dergleichen vorgesehen sein, die in eine entsprechende Nut im Innenumfang der Ringe der Rotorelemente eingreift.

Generell ist es jedoch bevorzugt, wenn die axial miteinander ausgerichteten Messer, die gegebenenfalls anstelle einer exakten axialen Ausrichtung auch leicht spiralförmig oder wellenförmig verlaufen könnten, jeweils identisch ausgebildete Messer haben, d.h. Messer, deren Spitzen jeweils in die gleiche Richtung abgewinkelt sind, während eine Gruppe von Messern, die zu der erstgenannten Gruppe in Umfangsrichtung benachbart ist, eine Abwinklung oder auch Verdrehung in einer anderen Richtung aufweisen könnte, wobei aber jedenfalls die Messer einer solchen in axialer Richtung im wesentlichen hintereinander ausgerichteten Gruppe jeweils identisch sind. Diese Ausgestaltung ist besonders platzsparend und hat gleichmäßige Spaltbreiten zwischen benachbarten Messern derselben Umfangsposition.

Als eine mögliche Alternative oder auch Ergänzung zu den abgewinkelten bzw. verdrehten Enden der Messer ist eine Ausführungsform der Erfindung bevorzugt, bei welcher der Rotor axial bewegbar gelagert ist, wobei Einrichtungen vorgesehen sind, die dem Rotor während der Drehung eine oszillatorische Axialbewegung mitgeben. Die oszillatorische Axialbewegung wird dann der Rotationsbewegung der Messer überlagert, so daß die Messer während des Durchschneidens des zu zerkleinernden Materials gleichzeitig auch eine Bewegungskomponente in Axialrichtung, d.h. quer zur Förderrichtung des Materials, haben und so in ähnlicher Weise wie Abwinklungen oder Verdrehungen der Messerspitze dem zu zerkleinernden Material eine leichte seitliche Komponente bezüglich der Förderrichtung mitgeben.

Bei dem entsprechenden Verfahren, welches der Rotationsbewegung die axiale Hin- und Herbewegung des Rotors überlagert, wird zweckmäßigerweise die Frequenz der Oszillationsbewegung mit der Rotationsbewegung synchronisiert. Dabei beträgt in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die axiale Oszillationsfrequenz vorzugsweise zwischen dem Ein- und dem Vierfachen der Rotationsfrequenz, wobei der Faktor zwischen Rotationsfrequenz und Oszillationsfrequenz zweckmäßigerweise von der Anzahl der entlang des Umfangs des Rotors verteilten Messerreihen abhängig gemacht wird. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Oszillationsfrequenz das m-fache der Rotationsfrequenz, wobei m gleich der Anzahl n der in verschiedenen Winkelpositionen angeordneten Messerreihen, geteilt durch zwei, ist (m = n/2). Die axiale Hin- und Herbewegung erfolgt dabei vorzugsweise sinusförmig, wobei zweckmäßigerweise der gesamte Rotor einschließlich seiner Lager axial hin- und herbewegbar angeordnet ist und die entsprechende Rotorhalterung insgesamt mit der erwähnten Frequenz axial hin und herbewegt wird.

Dabei erfolgt die Synchronisation vorzugsweise in der Weise, daß die Geschwindigkeit der axialen Oszillationsbewegung gerade dann maximal ist, wenn sich eine Messerreihe (= Gruppe von Messer in im wesentlichen derselben Winkelposition bezüglich der Rotorachse) in ihrer tiefsten Position in Eingriff mit dem Agglomerat befindet. Bei Verwendung der obigen Regel für das Verhältnis der Oszillationsfrequenz zu Rotationsfrequenz des Rotors führt dies im Ergebnis dazu, daß eine Messerreihe das Agglomerat in die eine Richtung und die nächstfolgende Messerreihe das Agglomerat in die andere Richtung seitlich bewegt, wobei allerdings nach wie vor die Hauptkomponente der dem Agglomerat mitgegebenen Bewegung in oder entgegen der Förderrichtung verläuft, weil die konkreten (maximalen) Geschwindigkeiten der axialen Oszillationsbewegung in der Praxis klein sind im Verhältnis zur Umlaufgeschwindigkeit der Messerspitzen.

Die Amplitude der axialen Oszillationsbewegung sollte in der bevorzugten Ausführungsform nicht mehr als der axiale Wiederholabstand benachbarter Messer der gleichen Winkelposition betragen, vorzugsweise sollte die Amplitude nur bei etwa 1/3 bis 2/3 des axialen Wiederholabstandes der Messer betragen.

Unter Berücksichtigung der bereits erwähnten bevorzugten Maße für den Axialabstand und den Rotordurchmesser und bei Verwendung eines Rotors mit vier Messerreihen, also beispielsweise der Rotorelemente nach 3 und 4 in der Anordnung nach 5 rechts, ergibt sich aus den Angaben für die Rotationsfrequenz, dem bevorzugten Wiederholabstand und dem typischen Durchmesser entsprechende Rotoren, daß dann die maximale Axialgeschwindigkeit im allgemeinen zwischen 1/10 und 1/20 der Umlaufgeschwindigkeit der Messerspitze liegt, wobei allerdings auch ein größerer Bereich von 1/5 bis 1/50 für das Verhältnis dieser Geschwindigkeiten zueinander sinnvoll genutzt werden kann.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der entsprechende Rotor in einem quer zur Rotorachse länglich ausgebildeten und auf eine Fördereinrichtung aufsetzbaren Gehäuse untergebracht.

Das Gehäuse ist dabei so ausgestaltet, daß es einen Raum oberhalb einer Fördereinrichtung, beispielsweise eines Förderbandes, nach oben und seitlich abschließt, wobei die Seitenwände des Gehäuses sich in der Nähe der Ränder des Förderbandes bis unmittelbar oberhalb dieses Förderbandes erstrecken und wobei das Gehäuse im Bereich des Rotors eine lichte Höhe hat, die zweckmäßigerweise zwischen dem 1,5 und 3-fachen des Rotordurchmessers liegt, insbesondere zwischen dem 1,7 und 2,3-fachen dieser Höhe.

Die Länge des Gehäuses beträgt dabei ein Mehrfaches seiner Höhe, da in der bevorzugten Ausrichtung des Rotors das zu zerkleinernde Material durch die rotierenden Messer nach vorn geworfen wird und im Abstand von den Messern besser aufgefangen werden kann. Zweckmäßigerweise wird hierzu ein Vorhang aus flexiblem Bahnmaterial verwendet, der in einem Abstand, welcher einem Mehrfachen und mindestens dem Doppelten des Rotordurchmessers entspricht, am Ende oder kurz vor dem Ende des Gehäuses herabhängt und auf der Fördereinrichtung bzw. dem darauf transportierten Material aufliegt. Dieser Vorhang aus flexiblem Material kann insbesondere auch aus mehreren parallelen Streifen bestehen und es können gegebenenfalls auch in kurzem Abstand hintereinander zwei oder mehr derartige Vorhänge angeordnet sein, um sicherzustellen, daß keinerlei Material mit hoher Geschwindigkeit nach vorn aus dem Gehäuse ausgeworfen wird.

Auch die Oberseite des Gehäuses ist zweckmäßigerweise mit einem flexiblen und vorzugsweise verschleißfesten Bahnmaterial ausgekleidet, wobei unter Auskleidung hier allerdings kein enger Kontakt oder gar eine Beschichtung der Gehäuseinnenwand zu verstehen ist, sondern vielmehr dieses flexible Bahnmaterial lose von der Oberseite des Gehäuses herabhängt bzw. im Abstand unter der oberen Gehäuseinnenwand lose aufgehängt ist.

Es hat sich herausgestellt, daß eine solche, lose herabhängende Materialbahn Anbackungen wesentlich besser verhindert als irgendeine Antihaftbeschichtung oder feste Auskleidung der Gehäuseinnenwand. Dies liegt insbesondere daran, daß durch Bewegungen, die das flexible Bahnmaterial allein durch auftreffende Materialteilchen erfährt, eventuell anhaftendes Material immer wieder abplatzt. Dies kann man gegebenenfalls auch noch durch gezieltes, aktives Bewegen der flexiblen Materialbahn unterstützen. Auch hier kann diese lose herabhängende Bahn wiederum aus mehreren, parallelen Streifen bestehen, die noch beweglicher und flexibler sind als alle durchgehenden Bahnen in voller Breite. Selbstverständlich sind auch für die flexible Bahn verschleißfeste Materialien mit möglichst geringer Haftfähigkeit für Materialanbackungen bevorzugt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Rotor mit den oben genannten Merkmalen verwendet wird, wobei in einer bevorzugten Ausführungsform der Rotor so angeordnet wird, daß die Messer beim Eingriff in das auf einem unter dem Rotor transportierte Material in Förderrichtung durch dieses Material hindurch bewegt werden. Insbesondere diese Relativbewegung der durch das Material hindurchtretenden Messer bei gleichzeitigem Transport des Materials entlang einer Förderrichtung ist es auch, die bei abgewinkelten Messerspitzen effektiv dem Material eine seitliche Bewegungskomponente mitgibt.

Erfindungsgemäß wird die betreffende Vorrichtung auf eine Förderrichtung aufgesetzt, wobei darauf zu achten ist, daß die Messer in das auf einem Förderband oder einer ähnlichen Bahn transportierte Material eingreifen, dabei jedoch auf jeden Fall einen Sicherheitsabstand zu dem Förderband selbst einhalten, um dieses nicht zu beschädigen.

Die Umfangsgeschwindigkeiten an den äußeren Enden der Messer liegt zweckmäßig zwischen 5 und 20 m/s, vorzugsweise zwischen 10 und 15 m/s Dabei liegt die Fördergeschwindigkeit in der Größenordnung von 0,5 bis 2 m/s, insbesondere etwa 1 m/s. Bei abweichender Fördergeschwindigkeit kann auch die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors entsprechend angepaßt werden, so daß sich insgesamt die oben genannten Relativgeschwindigkeiten ergeben, die aber auch materialabhängig sein und insofern von den obigen Werten abweichen können.

Zweckmäßigerweise wird das Material durch die Messer nicht nur in Rotationsrichtung der Messer, sondern auch senkrecht hierzu hin- und herbewegt, während die Messer das Material durchschneiden. Dies geschieht vor allem durch Verwendung entsprechend geformter Messer.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und der dazugehörigen Figuren. Es zeigen:
1 eine Seitenansicht einer auf einem Gurtförderer und in einem Gehäuse montierten Zerkleinerungsvorrichtung,
2 eine Vorderansicht der Zerkleinerungsvorrichtung nach 1,
3 eine Draufsicht auf ein Rotorelement,
4 eine Seitenansicht eines Rotorelementes und
5 schematisch eine Seitenansicht einer Variante mit mehreren hintereinander und oberhalb eines Gurtes montierten Rotoren bzw. Rotorelementen.
Die erfindungsgemäße Zerkleinerungsvorrichtung wird in 1 in Seitenansicht und in 2 in Vorderansicht dargestellt. Die Zerkleinerungsvorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Rotor 7 und ist mittels eines Tragrahmens 2 auf einem Gurtförderer 3 befestigt. Das Fördergut, wie z.B. Gießereiformsand, liegt auf einem flachlaufenden Gurt 4 auf, der sich über Tragrollen 5 auf dem Rahmen des Gurtförderers 6 abstützt. Der Rotor 7 bzw. dessen Welle 13 wird seitlich in Lagern 8 gehalten, die am Tragrahmen 2 befestigt sind. Der Antrieb des Rotors 7 erfolgt über einen Motor 9 mit Keilriemengetriebe 10. Der Motor 9 wird auf einer Motorwippe 11 befestigt, so daß das Keilriemengetriebe 10 über eine Druckschraube 12 gespannt werden kann. Auf der zentralen Welle 13 des Rotors 7 sind Rotorelemente 14 befestigt, die messerartige Zerkleinerungsmittel, kurz als „Messer 24" bezeichnet, mit abgewinkelten Enden 27 aufweisen. Zwischen dem äußeren Ende der Zerkleinerungsmittel und dem Gurt 4 kann ein Spalt über eine entsprechend höhenverstellbare Haltevorrichtung 15 eingestellt werden. Das Abdeckgehäuse (16) der Zerkleinerungsvorrichtung wird zwischen dem Tragrahmen 2 aufgespannt. Um den Austritt von Sand in Drehrichtung des Rotors 7 zu verhindern, wird das Abdeckgehäuse 16 in Drehrichtung des Rotors 7 lang ausgebildet und hat hinter dem Rotor beispielsweise noch eine Länge, die etwa das 4–6 fache des Rotordurchmessers beträgt.
Der Innenraum des Abdeckgehäuses 16 wird mit einem Vorhang aus flexiblem Material 17, wie beispielsweise Gummi, versehen. In der bevorzugten Ausführungsform wird dieser Vorhang aus parallel angeordneten Streifen des flexiblen Materials gefertigt, die in Längs- oder Querrichtung von dem Abdeckgehäuse 16, d.h. von den Seitenwänden oder von der oberen Wand, abgehängt werden. Der Vorhang 17 wird beispielsweise über Klemmleisten 18 an dem Abdeckgehäuse 16 befestigt. Am Ende des Abdeckgehäuses in Drehrichtung des Rotors (hier gemeint als die Bewegungsrichtung der Messer 24 im jeweils unteren, mit dem Agglomerat in Eingriff befindlichen Abschnitten) wird der Vorhang so abgehängt, daß er schleifend auf dem Gurt bzw. dem Fördergut aufliegt und so einen unerwünschten Austritt von Produkt, welches von der schnell laufenden Rotor 7 in geringen Teilmengen hochgeschleudert wird, in Förderrichtung des Förderbandes verhindert. Um einen Produktaustritt ganz sicher zu verhindern, können zwei oder mehrere Vorhänge 19 aus flexiblem Material hintereinander angebracht werden.
Die Drehung des Rotors 7 erfolgt vorzugsweise in einer Richtung, die im unteren Eingriffsbereich des Rotors mit der Transportrichtung des Gurtes 4 des Gurtförderers 3 übereinstimmt. Ein Betrieb in gegensinniger Richtung ist allerdings ebenso möglich, wenn auch derzeit nicht bevorzugt.
Die Form des Gehäuses ist in der bevorzugten Ausführungsform in Richtung Austrittsöffnung des Gurtes 4 keilförmig verjüngt, wobei die Höhe oberhalb des Gurtes 4 im Bereich des Rotors 7 zwischen dem 1,5 und 3-fachen des Rotordurchmessers D, vorzugsweise zwischen dem 1,7 und 2,3-fachen des Durchmessers D, beträgt. Im Austrittsbereich am Vorhang 19 beträgt die Höhe oberhalb des Gurtes 4 zwischen dem 0,5 und 1,5-fachen des Durchmessers D des Rotors 7, vorzugsweise zwischen dem 0,7 und 1,3-fachen des Durchmessers D.
Die seitliche Abdichtung der Zerkleinerungsvorrichtung 1 auf dem Gurt 4 erfolgt durch Gummilippen 20, die auf dem Gurt 4 schleifend am Gehäuse 16 befestigt sind. Die Einstellung des Dichtspaltes erfolgt bei Verwendung der Gummilippen beispielsweise über Verschraubungen mittels Klemmleisten 21, die mit Langlöchern versehen sind.
Der Rotor 7 besteht aus einer Vielzahl von nebeneinander auf der zentralen Welle 13 aufgereihter Rotorelemente 14. Die Rotorelemente 14 können austauschbar oder auch nicht austauschbar mit der zentralen Welle 13 verbunden sein. Weiterhin kann der komplette Rotor 4 aus einem Stück gefertigt sein. In der bevorzugten Ausführungsform werden die Rotorelemente 14 lösbar mit der zentralen Welle 13 verbunden und haben jeweils um 45°, 60°, 90° oder 180° zueinander versetzte Rotorflügel bzw. Messer 24. Der zwischen den Messern 24 bzw. zwischen den Rotorelementen 14 notwendige Abstand wird über dazwischen befindliche Abstandshalter 22 eingestellt. Neben den oben angegebenen Winkelanordnungen der Messer 24 sind auch beliebige andere Winkeleinstellungen möglich. Die axial unmittelbar nebeneinander unter der gleichen Winkelposition angeordneten, abgewinkelten Enden 27 der Messer 24 zeigen dabei jeweils in die gleiche Richtung, während die Enden 27 der in einer (bezüglich der Achse der Welle 13) anderen festen Winkelposition angeordneten Messer 24 gemeinsam in die entgegengesetzte Richtung abgewinkelt sind
Eine bevorzugte Variante des Rotorelementes 14 in einer (axialen) Draufsicht zeigt 3. Die dazugehörige, radiale Seitenansicht zeigt 4. Ein beispielsweise aus einem Blech oder einer Platte mit einem zentralen Ring 23 ausgeschnittener Streifen, der ein Rotorelement 14 bildet, besitzt zwei in entgegengesetzter Richtung angeordnete messerartige Arme, im folgenden kurz als Messer 24 bezeichnet. Am Innenrand 25 des ringförmigen Ausschnitts 23 ist eine Nase 26 angeformt, die über eine entsprechende Nut auf der zentralen Welle eine verdrehsichere Montage erlaubt.
Die Enden 27 der Messer 24 sind in entgegengesetzter Richtung um einen Winkel α aus der Ebene hinaus abgewinkelt. Der Winkel α beträgt zwischen 3° und 20°, bevorzugt zwischen 5° und 10°.
Der in 2 dargestellte Rotor ist aus den Rotorelementen 14 aufgebaut, wie sie in den 3 und 4 dargestellt sind. Dabei sind zwei axial unmittelbar aufeinanderfolgende Rotorelemente 14 jeweils um 90° gegeneinander verdreht, so daß sich in der axialen Draufsicht eine Gestalt des Rotors ergibt, wie sie bei dem in 5 rechts erkennbaren Rotor zu sehen ist. Dabei sind die vier Rotorarme bzw. Messer 24, wie dies auch in 5 rechts gezeigt ist, an zwei axial hintereinander angeordneten Rotorelementringen 23 angeordnet, wobei immer zwei Messer 24 paarweise gegenüberliegend einstückig mit einem solchen Ring 23 ausgebildet sind und die betreffenden Ringe jeweils um 90° gegeneinander verdreht sind, wie man dies auch anhand der Nasen 26 erkennen kann, die in zwei entsprechende, achsparallel verlaufende Nuten einer zentralen Welle 13 eingreifen. Auf diese Weise können alle Rotorelemente 14 identisch hergestellt werden in der in den 3 und 4 dargestellten Ausgestaltung, wobei die vier einzelnen Messer 24, die jeweils an vier verschiedenen Winkelpositionen zwei verschiedenen Axialpositionen hintereinander angeordnet sind, jeweils an zwei aufeinanderfolgenden Positionen in der einen Richtung und in den nächsten beiden aufeinanderfolgenden Positionen in der anderen Richtung abgewinkelt sind. Es wäre jedoch ebensogut möglich, die Abwinklung der Messerspitzen 27 an jedem der Rotorelemente 14 jeweils in die gleiche Richtung vorzunehmen und dann die jeweils um 90° gegeneinander verdrehten und axial unmittelbar aufeinanderfolgenden Rotorelemente 14 relativ zueinander auch um ihre Längsachse zu verdrehen, so daß für zwei unmittelbar benachbart angeordnete Rotorelemente die Abwinkelungsrichtung der Messerspitzen nach jeweils 90° in Umfangsrichtung wechselt.
Es versteht sich, daß bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, bei welcher die Rotorelemente 14 jeweils zwei Messer 24 gemäß 3 und 4 aufweisen, wobei jeweils zwei aufeinander folgende Rotorelemente, wie in 5 rechts erkennbar, um 90° um die Achse bzw. Welle 13 des Rotors 7 gegeneinander verdreht sind, der Wiederholabstand der in einer Reihe benachbarten Messer 24 das Doppelte des Wiederholabstandes der Rotorelemente 14 beträgt. Auf zusätzliche Abstandhalter zwischen den Rotorelementen kann man bei einer solchen Ausführungsform oder anderen aus zweiflügligen Rotorelementen 14 aufgebauten Rotoren eventuell ganz verzichten.
In weiteren nicht dargestellten Varianten und unabhängig von der einstückigen Ausgestaltung mit dem (bzw. ohne den) zentralen Ring 23, sind neben der abgewinkelten Form der Enden auch aus der Ebene des Blechstreifens (Papierebene in 3) leicht herausgedrehte Enden, d.h. in sich verdrehte Messer 24 möglich. Die flügelartigen Messer können aber auch insgesamt um einen gewissen (festen) Winkel aus der Papierebene der 3 herausgedreht sein. Wobei in beiden vorgenannten Fällen der Verdrehwinkel einen Maximalwert von 30°, vorzugsweise von 10°, nicht übersteigen sollte. Bei in sich verdrehten Messern ist es im Übrigen sinnvoll, wenn der Verdrehwinkel an dem näher zur Achse liegenden Ende des Messers maximal und an der Messerspitze minimal ist, da die Umlaufgeschwindigkeit der Messerspitze größer ist und damit auch der Impulsübertrag in axialer Richtung bei gleichem Verdrehwinkel an der Messerspitze höher ist als an den näher zur Achse hin gelegenen Abschnitten. Allerdings wird es in den meisten praktischen Fällen auf den Verdrehwinkel der Messer in einem nahe der Achse bzw. Welle 13 gelegenen Abschnitt der Messer 24 nicht ankommen, da die Messer überwiegend nur mit ihren radial äußeren Abschnitten mit dem Agglomerat in Eingriff treten.
Die Dicke des Messers im Bereich des Eingriffs in das Fördergut beträgt im allgemeinen zwischen 2 mm und 10 mm, vorzugsweise zwischen 3 mm und 5 mm. Die Abstände zwischen den Armen 24 sowie den Enden 2 des Zerkleinerungsmittels beträgt zwischen 3 mm und 15 mm, vorzugsweise zwischen 3 mm und 7 mm, so sich daraus ein Wiederholabstand der Rotorelemente 14 in axialer Richtung von minimal etwa 5 bis (vorzugsweise) maximal 25 mm ergibt, wobei auch Wiederholabstände bis zu 50 mm noch durchaus sinnvoll erscheinen. Der Gesamtdurchmesser D des Rotors 4 beträgt zwischen 150 mm und 400 mm, vorzugsweise zwischen 250 mm und 300 mm. Die axiale Länge des Rotors 7 wird an die Breite des Gurtförderers angepaßt und beträgt zwischen 80% und 100% der Gesamtbreite, vorzugsweise zwischen 90 und 95% der Gesamtbreite des Fördergurtes 4.
Die Umfangsgeschwindigkeit an den äußeren Enden 27 der Rotorelemente 14 beträgt zwischen 5 m/s und 20 m/s, vorzugsweise zwischen 10 m/s und 15 m/s. Entscheidend für einen effizienten Betrieb ist die Relativgeschwindigkeit zum Gurtförderer, die bei einer Fördergeschwindigkeit von 1 m/s je nach Drehrichtung des Rotors zwischen 4 m/s und 21 m/s, vorzugsweise zwischen 9 m/s und 16 m/s liegt.
Eine weitere Variante einer Zerkleinerungsvorrichtung zeigt 5. Neben der Verwendung eines einzelnen Rotors ist demnach auch die Anordnung von zwei oder mehr hintereinandergeschalteten Rotoren 7, 7' möglich. Die Drehrichtung der Rotoren 7, 7' kann in eine Richtung, aber auch in unterschiedlichen Richtungen erfolgen. Die Umfangsgeschwindigkeiten der Rotoren können gleich groß oder auch unterschiedlich groß sein. Weiterhin ist neben der Verwendung von gleichartig und gleich groß ausgeführten Rotoren die Verwendung von im Durchmesser unterschiedlich großen Rotoren möglich. Auch können sich die Form und der axiale Abstand der Rotorelemente auf den unterschiedlichen Rotoren unterscheiden.

Claims

Vorrichtung zum Zerkleinern von Agglomeraten und ähnlichem zu zerkleinerndem Material, bestehend aus einem drehend antreibbaren Rotor (1) mit einer Mehrzahl flügelartiger Zerkleinerungswerkzeuge (24), welche mit dem Material in Kontakt bringbar sind, um dieses zu zerschneiden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerkleinerungswerkzeuge aus schmalen Messern (24) bestehen, deren in Axialrichtung des Rotors gemessene Dicke 20 mm nicht übersteigt und deren Wiederholabstand in Axialrichtung maximal 50 mm beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Messer weniger als 15 mm, insbesondere weniger als 10 mm und besonders bevorzugt mindestens 3 mm und höchstens 7 mm, beträgt und daß der Wiederholabstand weniger als 30 mm, insbesondere weniger als 20 mm und mindestens 5 mm, vorzugsweise mindestens 8 mm, beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Länge der einzelnen Messer mindestens 25%, vorzugsweise mindestens 30% des gesamten Rotordurchmessers, beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor aus mehreren, axial hintereinander angeordneten Rotorelementen besteht, die jeweils in gleichen Winkelabständen verteilt mehrere Messer aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor axial beweglich gelagert ist, wobei Einrichtungen zum axialen Hin- und Herbewegen des Rotors während der Drehung des Rotors um seine Achse vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Synchronisiereinrichtungen zum Synchronisieren der axialen Hin- und Herbewegung mit der Rotationsbewegung des Rotors vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die sich in radialer Richtung des Rotors erstreckenden Messer (24) vom Zentrum nach außen in sich verdreht sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der in einer ersten Richtung verdrehten Messer in etwa gleich der Zahl der in einer zweiten Richtung verdrehten Messer ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Messer an ihren freien Enden aus einer Radialebene in Achsrichtung abgewinkelt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die abgewinkelten Enden weniger als ein Viertel der radialen Messerlänge ausmachen.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Messer (24) um einen Winkel α abgewinkelt sind, der weniger als 30°, insbesondere weniger als 20°, jedoch mindestens 3° und insbesondere zwischen 5° und 10° beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Messer aus einer Radialebene heraus in Axialrichtung gekrümmt sind, wobei die Tangente an der Messerspitz einen Winkel von weniger als 30° mit der Radialrichtung einschließt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß von der Gesamtheit der Messer eines Rotors in etwa die Hälfte der Messerenden in der einen Axialrichtung und die andere Hälfte der Messer in der entgegengesetzten Axialrichtung abgewinkelt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder einem der auf Anspruch 4 rückbezogenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorelemente jeweils 2, 4, 6 oder 8 Messer aufweisen, die in gleichen Winkelabständen zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 14, in welcher mehrere Rotorelemente axial hintereinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die in gleicher Richtung abgewinkelten Enden aufeinanderfolgender Rotoren in etwa in derselben Winkelposition angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor in einem quer zur Rotorachse länglich ausgebildeten, auf eine Fördereinrichtung aufsetzbaren Gehäuse angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse auf seiner Innenseite mit einem lose von der oberen Innenwand des Gehäuses herabhängenden, flexiblen Bahnmaterial ausgestattet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Bahnmaterial aus mehreren parallelen Streifen besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Bahnmaterial verschleißfest ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Bahnmaterial in Förderrichtung einen auf das transportierte unzerkleinerte Material herabhängenden Vorhang bildet.
Verfahren zum Zerkleinern von Agglomeraten und ähnlichem, durch mechanische Schläge zerkleinerungsfähigem Material, wobei für die Zerkleinerung eine Vorrichtung mit einem mit dem Material in Kontakt zu bringenden Rotor verwendet wird, der flügelartige Zerkleinerungswerkzeuge trägt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rotor verwendet wird, dessen Zerkleinerungswerkzeuge aus Messern bestehen, die eine in Axialrichtung des Rotors gemessene Dicke von höchstens 20 mm und einen axialen Wiederholabstand von höchstens 50 mm haben.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Messer höchstens 15 mm, bevorzugt höchstens 10 mm und insbesondere zwischen 3 mm und 7 mm beträgt und daß der axiale Wiederholabstand weniger als 30 mm, insbesondere weniger als 20 mm und bevorzugt zwischen 8 mm und 15 mm beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung auf eine Fördereinrichtung aufgesetzt wird, wobei die Drehrichtung des Rotors so gewählt ist, daß die Messer in Förderrichtung durch das auf der Fördereinrichtung transportierte Material hindurchschneiden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abfangen von durch den Rotor hochgeschleudertem Material ein von der oberen Innen wand des Gehäuses der Vorrichtung herabhängendes, flexibles Bahnmaterial verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (1) während seiner Drehbewegung zusätzlich axial hin- und herbewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale axiale Geschwindigkeit des Rotors weniger als 1/2, vorzugsweise weniger als 1/10 der Umfangsgeschwindigkeit des Rotors beträgt.
Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Hin- und Herbewegung ein ganzzahlige Vielfaches der Frequenz der Rotation des Rotors ist, wobei das ganzzahlige Vielfache vorzugsweise der Anzahl in unterschiedlichen Winkelpositionen angeordneter Messerreihen dividiert zu zwei entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der axialen Hin- und Herbewegung kleiner gleich dem Messerabstand ist und vorzugsweise zwischen 1/3 und 2/3 des axialen Messerabstandes zwischen benachbarten Messern der gleichen Winkelposition beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsfrequenz des Rotors und axiale Hin- und Herbewegungsfrequenz in der Weise miteinander synchronisiert ist, daß der Rotor immer dann eine maximale Axialgeschwindigkeit hat, wenn die Spitzen einer axial ausgerichteten Messerreihe ihren tiefsten Punkt erreichen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Messer in sich verdreht und/oder an ihren Enden abgewinkelt sind, um das Material beim Durchschneiden teilweise in axialer Richtung des Rotors abzulenken.
Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der in einer Richtung verdrehten und/oder an ihrer Spitze in einer Richtung abgewinkelten Messer in etwa der Zahl der in der entgegengesetzten Richtung verdrehten bzw. in der entgegengesetzten Richtung abgewinkelten Messer entspricht.