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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Änderung der Struktur
von Mineralien oder dgl., insbesondere zu deren Mikronisierung,
mit Rotoren, die Schikanen aufweisen, zwischen denen die Mineralien
oder dgl. in einem Gehäuse einem dynamischen Schlag- und/oder
Reibungsprozess ausgesetzt sind. Ferner betrifft die Erfindung mehrere
Verwendungen von mikronisierten Mineralien.
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Stand der Technik
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Aus
der
DE 197 55 921 ist
bereits ein Vorrichtung zur Verbesserung der Wirksamkeit von Wirkstoffen, die
mindestens aus Mineralstoffen bestehen, bekannt, in welcher diese
Wirkstoffe einer tribomechanischen Aktivierung unterzogen werden.
Hierbei vergrössert sich die Oberfläche der behandelten
Wirkstoffe und deren Struktur wird dabei destabilisiert, indem man
eine kinetische Energie auf diese einwirken lässt.
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Hierzu
weist die bekannte Vorrichtung drei konzentrisch angeordnete Kranzreihen
auf, die sich im Betriebszustand zueinander gegenläufig
mit relativ hoher Geschwindigkeit drehen, wobei auf jeder Kranzreihe
als Schikanen schaufelartige Vorsprünge befestigt sind.
Die einzelnen Kränze sind dabei hohl ausgebildet und tragen
in ihrem Inneren eine Vielzahl von schaufelartigen Vorsprüngen,
die beidseitig an den Kranzwänden befestigt sind.
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Im
Betriebszustand werden dann die zu mikronisierenden Mineralien durch
die aufkommenden Zentrifugalkräfte vom dem inneren über
den mittleren zum äusseren Kranz transportiert. Hierbei
geschieht eine Aktivierung der Mineralstoffe dadurch, dass durch
die auftretenden Kräfte in die Integrität der
Kristallgitter der Mineralstoffe eingegriffen wird. Dadurch ergibt
sich einer Art Beschädigung, die sich auch z. B. in einer
elektrischen/elektrostatischen Art und Weise bemerkbar machen kann.
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Diese
bekannte Bauart hat jedoch mehrere Nachteile, und zwar sind die
schaufelartigen Vorsprünge beidseitig zwischen den jeweiligen
Kränzen an diesen befestigt und sie sind aus mehreren Bauteilen
winklig zusammengeschweisst, sodass sich im Betriebszustand in den
Eckenbereichen der Vorsprünge leicht Anlagerungen sammeln
können, was wiederum zu einer Gewichtszunahme der Schaufeln
und letztlich zu einem erhöhten Energieverbrauch führt.
Auch können die Oberkanten der schaufelartigen Vorsprünge
relativ schnell abgenutzt werden. Schliesslich liegt die mit der
bekannten Vorrichtung zu erzielende Mikronisierung nur bei 20 μm
pro Teilchen, wobei nur ca. 78% aller Teilchen diese Grössenordnung
erreichen.
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Als
Verwendung der durch die Vorrichtung nach der
DE 197 55 921 erzeugten mikronisierten
Wirkstoffe ist vor allem an einen heilsamen Verzehr für
Menschen gedacht, der eine Verbesserung der Lebensqualität oder
eine Heilung von Leiden bewirken soll.
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Aufgabe der Erfindung
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Hier
setzt die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, eine gegenüber
dem aufgezeigten Stand der Technik verbesserte Vorrichtung zur insbesondere Mikronisierung
von Mineralstoffen und dgl. zu schaffen, die einen höheren
Wirkungsgrad und somit eine bessere Effektivität der Mikronisierung
aufweist, sowie neue Verwendungsmöglichkeiten von mikronisierten
Materialien aufzuzeigen.
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Lösung der Aufgabe
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäss zum einen durch eine Vorrichtung
gelöst, dass die gegenläufigen Rotoren als Rotorscheiben
ausgebildet sind, deren kranzförmig angeordnete Schikanen
sich derart axial in das Innere des Gehäuses erstrecken,
dass die Rotorscheiben im Betriebszustand berührungsfrei
aneinander vorbeilaufen.
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Nach
Massgabe der Erfindung wird eine wesentlich effizientere Mikronisierung
erreicht, und zwar unter gleichzeitiger Schonung der Vorrichtung
selbst, d. h., die üblicherweise mit der Feinmahlung einhergehende relativ
starke Abnutzung der Schikanen und damit der gesamten Kranzreihen,
was zu einem erhöhten Wartungsbedarf führt und
sehr kostenintensiv ist, wird vorteilhaft mit der vorliegenden Erfindung
vermieden.
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Dadurch,
dass die Rotorscheiben im Betriebszustand berührungsfrei
aneinander vorbeilaufen, wird die Abnutzung der Schikanen selbst
minimiert. Hierzu kann es zweckmässig sein, wenn sich die
kranzförmig angeordneten Schikanen stirnseitig jeweils
in einen in der angrenzenden Rotorscheibe vorgesehenen Ringkanal berührungsfrei
erstrecken, sodass der jeweilige Ringkanal zusammen mit den stirnseitigen
Endabschnitten der Schikanen eine Art Labyrinthdichtung bildet.
Hierbei wird bewusst ein Verbleiben von mikronisiertem Material innerhalb
der Ringkanäle in Kauf genommen, denn dadurch erhöht
sich wiederum der Widerstand an den Schikanen selbst, was dann letztlich
zu einem höheren Grad der Mikronisierung führt.
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Ferner
kann es von Vorteil sein, wenn die Rotorscheiben mehrere konzentrisch
angeordnete Kränze mit den Schikanen aufweisen, wobei sich
mindestens zwei Rotorscheiben bewährt haben, von denen
ein Rotorscheibe drei und die andere Rotorscheibe zwei Kränze
mit den Schikanen aufweisen, wobei die Kränze im Betriebszustand
berührungsfrei miteinander kämmen. Die drei Kränze
der einen Rotorscheibe können dabei gegenüber
den zwei Kränzen der anderen Rotorscheibe eine unterschiedliche
Breite, insbesondere eine geringere Breite aufweisen.
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Es
ist besonders effektiv, wenn die Schikanen der Rotorscheiben jeweils
als eine Art gebogene Ventilatorschaufel ausgebildet werden, deren
Innenflächen im eingebauten Zustand zum Zentrum des Gehäuses hin
gerichtet und als eine profilierte Kollisionsfläche ausgebildet
sind. Letztere Massnahme hat den Vorteil, dass sich das Ausgangsmaterial
in den profilierten Innenflächen der Ventilatorschaufeln
im Betriebszustand festsetzen kann, wodurch diese wiederum einen
Abnutzungsschutz erhalten, was sich auf die Verlängerung der
Lebensdauer der Ventilationsschaufeln positiv auswirkt. Hierbei
können die Ventilationsschaufeln z. B. aus einem gehärteten
Stahl, Keramik oder Gussstahl bestehen.
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Zur
Erhöhung der Lebensdauer der erfindungsgemässen
Vorrichtung kann es auch zweckmässig sein, dass an den
gebogenen Ventilatorschaufeln an diesen stirnseitig in Drehrichtung
Prallstifte vorgesehen werden, die zum einen den Ventilatorschaufeln
einen Aufprallschutz geben und zum anderen leichter ausgewechselt
werden können als die Ventilatorschaufeln selbst.
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Die
Prallstifte können zylindrisch ausgebildet und so angeordnet
sein, dass sich diese in Ausnehmungen abstützen, die korrespondierend
zu der Form der Prallstifte stirnseitig an den Ventilatorschaufeln
vorgesehen werden. Dabei hat es sich als zweckmässig erwiesen,
dass die Ausnehmungen eine Grösse von etwa 1/3 des Umfangs
der Prallstifte aufweisen und gegebenenfalls aus Porzellan bestehen
können.
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Die
mit der erfindungsgemässen Vorrichtung vorteilhaft mögliche
Feinmahlung von Mineralien oder dgl. basiert auf einer kontrollierten
Luftströmung, welche durch die speziell vorgesehenen gebogenen
Ventilatorschaufeln hervorgerufen wird, d h. durch deren Auswahl
bezüglich ihrer Einstellung und Neigung wird im Betriebszustand
eine turbulente Luftströmung erzeugt, welche die Effizienz
des Mikronisierungsprozesses steigert. Wie Messungen (Triboluminiszenz)
ergeben haben, wird durch die erfindungsgemässen gebogenen Ventilatorschaufeln
deren Lebensdauer im Verhältnis zu den bekannten Ventilatorschaufeln
um bis zu 30 Mal verlängert.
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Auch
sind die Ventilatorschaufeln und die Prallstifte so konstruiert,
dass sich diese auf einfache Weise bei ihrer Abnutzung austauschen
lassen, wodurch sich das Handling und die Instandhaltung vereinfacht.
Bei herkömmlichen derartigen Vorrichtungen war dies bisher
nicht möglich, denn dort mussten immer die ganzen Kränze
zu deren Erneuerung ausgetauscht werden.
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Ferner
bilden die vorgesehenen Ringkanäle, in welche die Ventilatorschaufeln
stirnseitig eingreifen, ein geschlossenes Labyrinthsystem für
die Materialverarbeitung, wodurch die Bewegung des zu bearbeitenden
Materials so bestimmt wird, dass die einzelnen Partikel immer einer
Schlag- und/oder Reibungsaktivität ausgesetzt sind und
nicht neben den Ventilatorschaufeln unbearbeitet vorbei strömen
können, womit die Effizienz der Verarbeitung um ein weiteres
optimiert wird.
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Schliesslich
liegt die erzielte Mirkronisierung bei etwa 96% aller Teilchen unter
etwa 4,3 μm, wobei ein Anteil von etwa 28% aller Teilchen
einen Durchmesser von etwas < als
0,5 μm aufweisen, was mit herkömmlichen derartigen
Vorrichtungen nicht erzielt werden kann.
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Durch
das Feinmahlen der Mineralien oder dgl. mittels der erfindungsgemässen
Vorrichtung, d. h. durch das Mikronisieren der Rohstoffkomponenten
werden an diesen diverse chemische und chemisch-physikalische Veränderungen
hervorgerufen, welche hauptsächlich durch die im Betriebszustand
innerhalb der Vorrichtung ablaufenden dynamischen Reibungsprozesse
entstehen. Letztere verleihen diesen Materialien neue Eigenschaften,
die sich bei der Herstellung diverser Produkte technologisch und
kommerziell nutzen lassen.
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Insbesondere
können die mit der erfindungsgemässen Vorrichtung
erzeugten mikronisierten Mineralien oder dgl. vorteilhaft als Wirkstoff
zur Stärkung von Pflanzen verwendet werden, wobei generell
hierfür auch andere mikronisierten Mineralien oder dgl.
eingesetzt werden können, und zwar solche Mineralien, die
in einer turbulenten Luftströmung einem dynamischen Schlag-
und/oder Reibungsprozess so lange ausgesetzt wurden, bis eine Änderung
von deren spezifischen Kontaktflächen durch eine Destabilisierung
ihrer Mineralsstrukturen erfolgt ist.
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Die
vorstehend erwähnten mikronisierten Mineralien oder dgl.
können vorteilhaft als Blattdünger für Grünpflanzen
und als Pflanzenschutzmittel verwendet werden, denn Mineralien,
insbesondere Kalzite (aber auch Dolomite sowie Kalzium und Magnesium-Karbonate),
die mit der erfindungsgemässen Vorrichtung dynamisch feingemahlen
und somit mikronisiert wurden, zeigen bei deren oben genannten Einsatz überraschende Eigenschaften,
die den Pflanzenwuchs optimieren bzw. beschleunigen, wodurch die
Vegetationsperiode verkürzt werden kann. Ferner kann dadurch
die Widerstandskraft der Grünpflanzen gegen Schädlinge
erhöht werden, wodurch eine Ertrags- und Qualitätssteigerung
einer Ernte einhergeht.
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Verursacht
werden diese Anwendungsvorteile durch die ultra kleine Vermahlung
der einzelnen Minerale und die dabei erfolgende Anhebung ihrer Aktivität,
wobei die Vermahlung (Granulometrie) des jeweiligen Materials von
folgenden Parametern abhängig ist:
- – Granulometrie
des Ausgangsmaterials
- – Drehzahl (Winkelgeschwindigkeit) der Rotorscheiben
- – Anzahl der Ventilatorschaufeln und deren Kränze
- – Einstellung der Ventilatorschaufeln
- – Mögliche Wiederholung der Mahlvorgänge
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Diese
Parameter bestimmen auch die Eigenschaften des verarbeiteten Materials
und auch die spezifische (Kontakt) Oberfläche des Materials
sowie dessen Destabilisierung der Materialstruktur und die Anhebung
der chemischen Reaktionsfähigkeit. Insbesondere die Zusammenstösse
und die dabei erfolgende unelastische Reibung der Oberflächen
des Materials führen zu einer erhöhten chemischen
Reaktionsfähigkeit des mikronisierten Materials, was folgende
Vorteile mit sich bringt:
Vor allem wird die Austauschfähigkeit
der Ionen (verwiegend Kationen) deutlich angehoben, und zwar um
etwa 300% gegenüber einem herkömmlich zerkleinerten
Material. Da ferner die so genannten Tracheen an Blättern und
Nadeln von Pflanzen einen durchschnittlichen Durchmesser von 15 μm
haben, sind diese geeignet, mikronisierte Teilchen mit einem Durchmesser < 10 μm
in das Blattinnere aufzunehmen.
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Auch
durch die Spaltung von CaCo3 und MgCO3 zu Kalzium und Magnesium einerseits und
CO2 andererseits, wird die energetische
Bilanz (Input) einer Pflanze günstig beeinflusst. Hierbei
wird die Pflanze derart versorgt, dass die Extrahierung des CO2 aus der Luft praktisch unnötig
wird. Somit wird der energetische Output der Pflanze wesentlich
vermindert und die Pflanze spart Energie.
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Eine
Verbesserung des energetischen Inputs einer Pflanze wird auch dadurch
wesentlich verbessert, da die in Kalziten sich befindenden Spurenelemente
wie Magnesium, Eisen usw. eine Neubildung von Chlorophyll unterstützen,
wodurch wiederum die Photosynthese effizienter werden kann.
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Insgesamt
führt somit die Positivierung der energetischen Bilanz
zu einer Beschleunigung des Pflanzenwachstums und des Reifungsprozesses.
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Bezüglich
der Wirkungsmechanismen eines feingemahlenen, d. h. eines mikronisierten
Minerals oder dgl. im Zusammenhang mit der Verwendung als Pflanzenschutzmittel,
d. h. zum Schutz gegen und zur Bekämpfung von Schädlingen,
kann folgendes hervorgehoben werden:
Als Pflanzenschutzmittel
ist vor allem eine pH-Reaktion des Mittels hervorzuheben, und zwar
bedingt durch dessen Gehalt an Kalzium und Magnesium wirkt dieses
alkalisch (pH 9,0–9,5), wodurch sich die Oberfläche der
mit dem Mittel behandelten (besprüht oder bestäubt)
Blätter von Grünpflanzen leicht alkalisch gestaltet, was
dann für alle Arten von Schädlingen eine unbekannte
neue Eigenschaft der Angriffsfläche darstellt. Somit ist
eine Kolonisierung der Pflanzenblätter seitens Insekten,
Pilzen, Bakterien und anderen Schädlingen wesentlich erschwert.
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Die
Feinteilchen der mikronisierten Mineralien oder dgl. können
auch eine spezifische mechanische Wirkung gegen Insekten haben,
und zwar können die auf den Blattoberflächen durch
ein vorheriges z. B. Aufsprühen sich angesammelten Feinteilchen
in die Atemwege, Tracheen und Augen der Insekten eindringen und dadurch
Irritationen in der Weise verursachen, dass sie von den Blattflächen
migrieren. Bei mehrmaliger Wiederholung der Ausbringung des feingemahlenen
Materials (z. B. alle 10–14 Tage) wird die Abwesenheit
von Insekten permanent sein.
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Auch
hat sich eine starke Wirkung als Insektizid gezeigt, wenn man Samen
des Neam Baumes mit einem tribomechanischem Verfahren zerkleinert
und zusammen mit Zeolit 10–15%, Kalzit etwa 70–80%
vermischt und als 0,3–0,5% Lösung auf Blätter
versprüht.
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Auch
hat sich gezeigt, dass mikronisierte Mineralien oder dgl. eine negative
Wirkung gegen diverse Pilzkrankheiten entfalten. Pilzkrankheiten
wie Pheronospora, Botritis, Oidium u. a. entstehen bei Pflanzen hauptsächlich
dann, wenn deren Blätter oder Früchte (z. B. Weintrauben,
Erdbeeren) noch einige Stickstoffverbindungen, insbesondere Ammonium,
enthalten. Da die Ionenaustauschfähigkeit und das selektive
Adsorbtionsverhalten der mikronisierten Mineralen oder dgl. die
Stickstoffverbindungen schnell bindet, sind die Pilze nicht in der
Lage, sich von diesen Stoffen zu ernähren. Die Folge ist,
dass den Pilzen dadurch jegliche Lebensgrundlage fehlt, um sich überhaupt
auf den zu behandelten Pflanzen ansiedeln zu können.
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Ferner
wird eine schnellere Vegetationsentwicklung der Pflanzen erreicht,
da zwischen dem Vegetationsfortschritt der Pflanzen und der Ansiedelung
von Schädlingen eine Korrelation besteht. Wird nun durch
die Beschleunigung des Pflanzenwachstums und der Pflanzenentwicklung
diese Korrelation gestört, so erfolgt der Versuch der Schädlinge,
sich anzusiedeln, vielfach verspätet, d. h. zu einem Zeitpunkt,
in dem die Pflanzen bereits so entwickelt sind, dass sie sich selbst
gegen die Schädlinge erfolgreich wehren können.
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Schliesslich
kann bei der Verwendung von einem Gemisch aus mikonisierten Mineralstoffen
wie Kalziten und Zeolithen sowie einem mikrogrossen chlorophyllhaltigen
Zusatz in der Form von Spirulina-Algen eine verbesserte Entwicklung
von Chlorophyll erreicht werden. Hierbei haben sich folgende Mischungsverhältnisse bewährt:
Kalzite 79–90%; Zeolithe 5–15% und Algen 5–15%.
Das Chlorophyll hat sich bei der Verwendung derartiger Mischungsverhältnisse
um das 3 bis 4-fache vermehrt, wobei die Anzahl der Chloroplasten
um 300–400% im Vergleich mit nicht behandelten Flächen
wuchs. Solche Zuwachsraten an Chlorophyll verursachen auch eine
Positivierung der energetischen Bilanz bei den behandelten Pflanzen
und unterstützen einen signifikanten Mehrertrag, eine verbesserte
Immunität sowie eine gestärkten antioxydativen
Status.
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Ausserdem
eignen sich die klassischen Mineralstoffe der Dünger von
Pflanzen (Stickstoff, Phosphat, Kali) beziehungsweise deren Ausgangsstoffe,
Huminsäure für N phosphathaltige, Minerale wie
Apatit, Phosphatfelsen u. ä. sowie Kali in den verschiedenen
natürlich vorkommenden Formen wie KCL, K2O
oder K2SO4 bestens
zur Mikronisierung mit diesem Verfahren. Es werden dabei die Partikel
in so kleine Teile aufgerieben, dass sie kolloidale Lösungen
bilden und somit für die Pflanze sofort nutzbar (assimilierfähig)
im Rahmen ihres Wachstums sind. Dabei kann festgestellt werden,
dass die einzelnen Komponenten höchst wirksam werden mit
dem Faktor 2–10. Die möglichen Kombinationen der
einzelnen Komponenten zu NP, NK PK oder NPK Kombinationen ermöglichen
eine umfassende Ernährung der Pflanzen. Dies umso mehr,
da zahlreiche Spurenelemente in den Basisstoffen Kalzit oder Zeolite
zu finden sind. Die Reaktionszeit ist erheblich schneller, da die
Komponenten direkt über die Blätter aufgenommen
werden können. Somit können Mangelerscheinung
an den Pflanzen schneller behoben werden.
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Ferner
eignen sich mikronisierte Mineralstoffe oder dgl., ganz allgemein
und im Besonderen solche nach der Erfindung hergestellte mikronisierte
Mineralstoffe oder dgl., zur Verbesserung des Düngewertes
von tierischen Abfällen oder als Mittel für die
Beschleunigung der Kompostierung von Abfällen.
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Insbesondere
können mikronisierte Mineralstoffe oder dgl. bei der Verwendung
für eine Bindung von unangenehmen Gerüchen insbesondere
aus dem Tierbereich erfolgreich eingesetzt werden. Durch die mechanische
Aktivierung der jeweiligen Kornoberfläche der behandelten
Mineralien wird deren Aufnahmefähigkeit von Ammoniumionen
sowie der Ionenaustausch selbst bis zu 300% (im Vergleich zu einer
nicht aktivierten Grundsubstanz) gesteigert, sodass sich derart
behandelte Mineralien besonders zur Bindung unangenehmer Gerüche
organischen Ursprungs eignen.
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Dies
bedeutet bezüglich der oben erwähnten Verbesserung
der Düngewerte von tierischen Abfällen, dass durch
die Bindung der unangenehmen Gerüche der Stickstoffanteil
der organischen Abfälle nicht durch eine Verdunstung oder
Ausspülung verloren geht und somit für die Düngung
erhalten bleibt. Ferner erhöht die Bindung des Stickstoffs
nicht nur den Düngewert, sondern diese Bindung kommt auch
der Schonung der Umwelt zu gute, und zwar insbesondere dem Erdreich
und dem Grundwasser, da die Stickstoffionen derart gebunden sind,
dass sie durch Regenwasser nicht ausgespült werden und
so nicht ins Grundwasser gelangen können.
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Bei
der Geruchsbindung ist vor allem an Gerüche gedacht, die
bei Schweine-, Kälber- und Geflügelfarmen entstehen.
Da die Geruchsbindung in relativ kurzer Zeit erfolgt, eignen sich
die mikronisierten Mineralstoffe oder dgl. auch zum Aussprühen
von geruchsbelasteten Räumen der Tierzucht, wodurch eine
angenehmere Atmosphäre für Mensch und Tier entstehen
kann.
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Eine
Geruchsbindung wurde auch erfolgreich bei Gülle, Hühnerjauche
und Stallmist erzielt. Für den Zweck der Geruchsbindung
bzw. der Bindung von Stickstoffverbindungen (Ammonium, Nitrate,
Nitrite, Kaptane) reicht eine Zugabe des behandelten Materials,
die den Festanteil der erwähnten Abfälle in der
Masse entspricht. Für die Beschleunigung der Kompostierung
und der Herstellung von mineralischen und organischen Düngemitteln
ist ein Feststoffverhältnis von 70%:30% zugunsten des behandelten
Materials bevorzugt.
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Grundsätzlich
können die mikronisierten Mineralstoffe oder dgl. in Pulverform
oder als wässrige Lösung oder Suspension verwendet
und insbesondere auch so auf die Pflanzen aufgebracht werden. Als
wässrige Lösung oder Suspension hat sich eine
Konzentration zwischen 0,3 und 0,6% bewährt, wobei eine
Partikelgrösse von < 15 μm
anzustreben ist.
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Figurenbeschreibung
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten und eines weiteren
Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung sowie
Ausführungsbeispiele für die Verwendung. In der
Zeichnung zeigen
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1 eine
perspektivischen Ansicht der erfindungsgemässen Vorrichtung,
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2 einen
vertikalen Schnitt durch die Vorrichtung gemäss 1,
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3 einen
vergrösserten vertikalen Schnitt durch zwei miteinander
kämmende Rotorscheiben gemäss 2,
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4 einen
vergrösserten schematisch dargestellten vertikalen Schnitt
durch die obere Hälfte von zwei miteinander kämmenden
Rotorscheiben gemäss 2,
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4a eine
Ausschnittsvergrösserung einer Labyrinthdichtung gemäss 4,
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5 einen
vergrösserten Ausschnitt aus der Schnittdarstellung durch
zwei miteinander kämmende Rotorscheiben gemäss 3 mit
einem schematischen Verlauf der Luftströme zwischen den
Ventilatorschaufeln,
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6 den
vergrösserten Ausschnitt gemäss 5,
jedoch mit angedeuteten zu zerkleinernden Mineralien oder dgl. entlang
der Ventilatorschaufeln,
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7 eine
schematische Stirnansicht einer Ventilatorschaufel mit einem angesetzten
Prallstift,
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7a eine
perspektivische Ansicht auf die Innenfläche der Ventilatorschaufel
gemäss 7,
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7b zwei
vergrössert dargestellte Schnitte durch eine Rotorscheibe
gemäss 3,
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8 eine
schematische Stirnansicht einer Segment-Ventilatorschaufel,
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8a eine
perspektivische Ansicht der Segment-Ventilatorschaufel gemäss 8 mit
Blick auf deren Innenfläche und
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8b einen
Schnitt gemäss der Linie A-A in 8 durch
die an eine Rotorschaufel einseitig befestigte Segment-Ventilatorschaufel
gemäss 8.
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In 1 ist
schematisch eine Vorrichtung 1 gezeigt, mit der die Struktur
von Mineralien oder dgl. geändert, d. h. mit der diese
mikronisiert werden können.
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Als
Kernstück weist die Vorrichtung 1 ein im Wesentlichen
zweiteiliges, auseinander klappbares Gehäuse 2 auf,
dessen zwei Gehäuseteile 2.1 und 2.2 über
Schnellverschlüsse 2.3 miteinander verbunden sind. In
dem Gehäuse 2 sind zwei gegenläufige
Rotorscheiben 3 und 4 (2) angeordnet,
die durch jeweils einen Elektromotor 5 und 6 mit
gleicher Winkelgeschwindigkeit über Riemen 7 und 8 antreibbar
sind.
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Zum
Einfüllen des zu mikronisierenden Ausgangsmaterials besitzt
das Gehäuse 2 einen Einfüllstutzen 9,
wobei dann das nach seiner Bearbeitung vorliegende mikronisierte
Material dem Gehäuse 2 über einen Abgabestutzen 10 (2)
wieder entnommen werden kann.
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Die
gesamte Vorrichtung 1 ist auf einem rüttelfesten
Fundamentrahmen 11 befestigt und bildet eine unabhängige
Einheit.
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In 2 ist
die Vorrichtung 1 vertikal geschnitten dargestellt und
zeigt die zwei innerhalb des Gehäuses 2 angeordneten
Rotorscheiben 3 und 4. Diese können wiederum
jeweils über kugelgelagerte Antriebswellen 12 und 13 mittels
der Elektromotoren 5 und 6 gegenläufig
angetrieben werden. Um eine stabile Konstruktion zu erhalten, sind
die Antriebswellen 12 und 13 über eine
Reihe von Stegblechen 14 mit dem Gehäuse 2 verbunden.
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In 3 und 4 sind
die zwei Rotorscheiben 3 und 4 in einem miteinander
kämmenden Zustand gezeigt, und zwar besitzt die Rotorscheibe 3 drei
kranzförmige angeordnete Kränze 3.1–3.3 und
die Rotorscheibe 4 zwei kranzförmig angeordnete
Kränze 4.1 und 4.2. Die jeweiligen Kränze 3.1–3.3 und 4.1 sowie 4.2 sind
gleichmässig mit Schikanen in der Form von gleichen Ventilatorschaufeln 15 bestückt,
wobei die Rotorscheiben 3 und 4 im Betriebszustand
gegenläufig umlaufen, was durch die Drehrichtungspfeile 16 und 17 angedeutet
ist.
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Die
Kränze 3.1–3.3 und die Kränze 4.1 sowie 4.2 sind
je Rotorscheibe in ihrer Breite unterschiedlich ausgebildet und
können mit ihren gleichen Ventilatorschaufeln 15 berührungsfrei
miteinander kämmen, was in 4 und 4a deutlich
zu sehen ist. Letzteres wird vor allem durch Ringkanäle 18 ermöglicht,
die jeweils in den Rotorscheiben 3 und 4 entsprechend
dem Verlauf der einzelnen Kränze 3.1–3.3 und 4.1 sowie 4.2 in diesen
ausgespart sind, sodass sich die jeweiligen Ventilatorschaufeln 15 mit
ihren Stirnseiten in die jeweiligen Ringkanäle 18 erstrecken
und eine Art Labyrinthdichtungen bilden können. Dabei verhindern
diese Ringkanäle 18 einen Materialdurchgang unter
den Ventilatorschaufeln 15, wobei die jeweilige Spaltbreite – bezeichnet
mit a – 2 bis 5 mm betragen kann. Ferner bewirken diese
Art Labyrinthdichtungen, dass sich der Widerstand für die
Strömung unter den Ventilatorschaufeln 15 dadurch
verstärkt, sodass sich die Körnchen des Ausgangsmaterials
in einer Hauptströmung 19 (5) zwischen
den Ventilatorschaufeln 15 bewegen müssen. Wie
sich dabei das mit 20 bezeichnete Ausgangsmaterial verhält,
ist in 6 angedeutet.
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In
den 7 und 7a, b ist die Geometrie eines
ersten Ausführungsbeispiels für die Ventilatorschaufeln 15 gezeigt,
deren Innenflächen – bezeichnet mit 23 – im
eingebauten Zustand zum Zentrum des Gehäuses 2 hin
gerichtet sind. Der Biegungsgrad dieser Ventilatorschaufeln 15 ist
dabei so definiert, dass dieser durch das Verhältnis der
in den 7 und 8 gezeigten Längen
a und b bestimmt wird, wobei hier zweckmässigerweise die
Länge b ca. 10% der Sehnenlänge entsprechen sollte.
Der mit α bezeichnete Neigungswinkel dagegen, kann in Bezug
auf die Horizontale zwischen 4–15°, vorzugsweise
zwischen 8–10° liegen.
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Die
Ventilatorschaufeln 15 werden einseitig mittels eines Bolzens 21 auf
die jeweiligen Rotorscheiben 3 und 4 gesteckt
und ansonsten mit diesen verschweisst, angedeutet bei 22 in 7b.
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Ferner
sind die jeweiligen Innenflächen 23 der Ventilatorschaufeln 15 mit
einer profilierten Kollisionsfläche ausgebildet, die sich
im Betriebszustand mit dem Ausgangsmaterial 20 auffüllt
und dadurch die Ventilatorschaufeln 15 vor einer frühzeitigen
Abnutzung schützt. Hierbei ist die Anordnung und die Grösse
der Verzahnung der Innenflächen 23 von der Anzahl
der Ventilatorschaufeln 15 abhängig, d. h. der
mit β bezeichnete Winkel kann zwischen 30 und 120° und
der mit γ bezeichnete Winkel kann zwischen 50 und 120° liegen.
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Um
eine Abnutzung der Ventilatorschaufeln 15 möglichst
gering zu halten, können diese stirnseitig in Drehrichtung
mit jeweils einem Prallstift 24 versehen werden. Letzterer
kann zylindrisch ausgebildet sein, wobei dieser dann derart angeordnet
wird, dass sich dieser in einer Ausnehmung 25 abstützt,
die korrespondierend zu der Form des Prallstiftes 24 stirnseitig
an jeder Ventilatorschaufeln 15 vorgesehen ist. Dabei können die
Ausnehmungen 25 eine Grösse von etwa 1/3 des Umfangs
der Prallstifte 24 aufweisen, wodurch sicher gestellt ist,
dass keine Probleme bezüglich Vibration und Festigkeit
der Prallstifte 24 auftreten können.
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Die
Prallstifte 24 werden von der Rückseite aus durch
die Rotorscheiben 3 und 4 gesteckt und an diesen
durch einen rückseitig erweiterten Konus 26 z.
B. durch einen Presssitz gehalten. Die Prallstifte 24 sowie die
Ventilatorschaufeln 15 können z. B. aus Porzellan,
Keramik, gehärtetem Stahl, Stahlguss und dgl. bestehen.
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Schliesslich
zeigen die 8 und 8a, b
ein zweites Ausführungsbeispiel für Ventilatorschaufeln 15.1 in
der Form einer so genannten Segment-Ventilatorschaufel, deren Geometrie
im Prinzip mit der Geometrie des ersten Ausführungsbeispiels
der Ventilatorschaufel 15 übereinstimmt, jedoch
ist hier die Ausnehmung 25 weggelassen, da kein Prallstift 24 vorgesehen
ist. Dafür sind diese Segment-Ventilatorschaufeln 15.1 mit einem
Flansch 27 versehen und werden durch die Rotorscheiben 3 und 4 derart
gesteckt, dass sie mit ihrem Flansch 27 rückseitig
an den Rotorscheiben 3 und 4 versenkt und bündig
mit diesen z. B. durch einen Presssitz gehalten sind.
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Vorteilhaft
werden bei der Herstellung der Ventilatorschaufeln 15 (15.1.),
diese durch ein Kaltpressen oder durch einen Schmiedevorgang verformt,
wobei beim Schmieden eine bessere Härtung erreicht wird.
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Die
Funktionsweise der vorliegenden Erfindung ist wie folgt:
Die
erfindungsgemässe Vorrichtung 1 dient zum Feinmahlen
bzw. zur Mikronisierung von mineralischen und/oder organischen Mineralien
und kann dazu 3–7 Kranzreihen aufweisen, wobei bevorzugt
5 Kranzreihen, gleichmässig auf die gegenläufigen
Rotorscheiben verteilt, vorgesehen sind. Die Drehzahlen der Rotorscheiben
können bei 3000–4000, vorzugsweise bei ca. 3600
RPM liegen und die Kapazität der Vorrichtung sollte 300–500
kg/h betragen, damit sich ein wirtschaftlicher Erfolg einstellen
kann.
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Hierzu
wird das Ausgangsmaterial 20 über den Einfüllstutzen 9 in
den Zentralteil der durch die Elektromotoren 5 und 6 gegenläufig
angetriebenen Rotorscheiben 3 und 4 eingeführt,
was durch die vorhandene Sogkraft noch unterstützt wird,
die aufgrund der Zentrifugalkräfte entsteht, welche die
Körnchen des Rohstoffs in Richtung des äusseren
Randes des Gehäuses 2 beschleunigt. Dabei schlagen
die Körnchen auf die Ventilatorschaufeln 15 (15.1)
der gegenläufigen Kränze 3.1–3.3 sowie 4.1 und 4.2 und
wechseln hierbei in schneller Folge dauernd ihre Bewegungsrichtung.
Hierbei schlagen und reiben sich die Körnchen auch untereinander und
durchströmen so die einzelnen Kränze (5),
und zwar so lange bis sie fein zerkleinert, d. h. mikronisiert sind,
und dann mit einer erhöhten freien Energie und Reaktionsfähigkeit
das Schaufelsystem über den Abgabestutzen 10 wieder
verlassen.
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Bei
einem derartigen Feinmahlen des Ausgangsmaterials 20 ist
zu beachten, dass die Grösse der Abstände a im
Bereich der Ringkanäle 18 jeweils von der Beschaffenheit
der zu verarbeitenden Rohstoffkomponenten abhängig sind,
d. h. von deren Feuchtigkeitsgehalt, Härte, Ursprung, chemischen
Zusammensetzung und dgl. Wenn z. B. die Eingangsgranulation des
Materials < 1 mm
beträgt, bedeutet dies, dass der minimale Abstand für
a zwischen den Ventilatorschaufeln 15 (15.1) und
den Ringkanälen 18 > als 1 mm sein sollte, um überhaupt
einen Durchgang des Materials zu ermöglichen. Als Mass
für den Spalt und die Überdeckung a hat sich hier
ein Abstand von 2 mm bewährt.
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Auch
bei der Montage insbesondere der Rotorscheiben 3 und 4 muss
auf deren möglichst hohe Parallelität geachtet
werden, damit die einzelnen Ventilatorschaufeln 15 (15.1)
auch einwandfrei berührungslos mit ihren Endabschnitten
in den Ringkanälen 18 laufen können,
was bei einem gegenüber dem Stand der Technik relativ grossen
Durchmesser der Rotorscheiben 3 und 4 von vorzugsweise
500 mm eine gewisse Genauigkeit erfordert.
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Hinsichtlich
der Verwendung von den insbesondere mit der erfindungsgemässen
Vorrichtung hergestellten mikronisierten Mineralien oder dgl. oder
von allgemein hergestellten mikronisierten Mineralien als Wirkstoff
zur Stärkung von Pflanzen wurde folgendes
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1. Ausführungsbeispiel
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durchgeführt:
Auf einem Weingut in Österreich wurden bestimmte Weinsorten
wie Welsch-Riesling, Grüner Veltliner usw. auf einer Fläche
von 14 Hektar mit mikronisierten Kalziten behandelt, und zwar mit
dem Ziel einer Ertragssteigerung und als Pflanzenschutz. Die Weinstöcke
hatten ein Alter von 15 bis 20 Jahren und standen auf einem sandig
bis sandiglehmigen Boden. Es wurde bewusst ein panonisches Klima
mit relativ hoher Luftfeuchtigkeit ausgewählt, da unter
diesen Bedingungen häufiger Befall von Pilzkrankheiten
wie Peronospora, Oidium usw. zu beobachten ist. Als Vergleichsfläche
diente ein benachbarter 500 Hektar grosser Weinberg mit gleichen
Rebsorten und ähnlichen Bodenverhältnissen.
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Bei
dem Standortversuch wurde zu Beginn die gesamte Bodenfläche
mit einer 40 kg mikronisierte Kalzite enthaltende Lösung
pro Hektar besprüht. Eine weitere Bodendüngung
wurde während der gesamten Versuchzeit nicht mehr durchgeführt.
Als Blattdüngung erfolgte dann in bestimmte Perioden von
Anfang Mai bis Mitte September jeden Jahres eine feine Beregnung
mit 800 l Wasser pro Hektar, in dem sich jeweils 5 kg gelöste
mikronisierte Kalzite befanden, wobei deren Korngrösse
unterhalb 10 μm lag.
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Überraschenderweise
konnte bei diesem Standortversuch die Erntezeit im Vergleich zu
den vorhergegangen Jahren und im Vergleich zu den benachbarten Weinbergen
deutlich verkürzt werden, d. h. sie war um rund 3 Wochen
kürzer. Auch die Qualität der Trauben und des
Mostes wurde deutlich verbessert. Sie betrug je nach Sorte 3–4
Klosterneuburg-Grade (entsprechend 18–24 Oechsle-Grade),
sodass bereits bei normalen Reifzeiten Spätlesecharakter
erzielt werden konnte. Der Ertrag verbesserte sich um ca. 8–10%
je nach Weinsorte.
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Ferner
konnte überraschend ein Rückgang der Schädlinge
festgestellt werden. Während der gesamten Versuchszeit
wurde keine prophylaktische herkömmliche Schädlingsbekämpfung
vorgenommen. Trotzdem gab es kein Auftreten von Pilzkrankheiten.
Zum Vergleich musste bei den benachbarten Weinbergen, welche auf
herkömmliche Art gedüngt wurden, trotz Prophylaxe
8–10 Mal pro Saison eine radikale Bekämpfung, insbesondere
gegen Peronospora-Befall, durchgeführt werden.
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Früher
wurde etwa ein Drittel der Gesamtfläche des Versuchsgebietes,
verteilt durch alle Kulturen, insbesondere bei der Sorte Grüner
Veltlinger, jahrelang von der Pilzkrankheit Chlorose (Chlorophyll-Mangel) heimgesucht.
Etwa 5% der Gesamtfläche wies auch die Symptome der Nekrose
aus. Während der Gesamtversuchsperiode wurden jedoch keine
Symptome beider Pilzkrankheiten festgestellt, d. h. der verursachende Mangel
bei den Pflanzen wurde durch das Behandeln mit den erfindungsgemässen
Kalziten erfolgreich behoben.
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Hinsichtlich
der Verwendung von den insbesondere mit der erfindungsgemässen
Vorrichtung hergestellten mikronisierten Mineralien oder dgl. oder
von allgemein hergestellten mikronisierten Mineralien als Wirkstoff
zur Geruchsminderung wurde folgendes
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2. Ausführungsbeispiel
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durchgeführt:
Hier wurde zuerst ganz allgemein die Retentionskapazität
der einzusetzenden mikronisierten Kalzite bestimmt, und zwar wurde
hierbei eine Wassermenge von 10 l, die mit Ammonium in einer Konzentration
von 780 ppm angereichert war, durch einen Papierfilter langsam durchgegossen,
der mit 200 g Kalziten belegt wurde. Dabei sank die Konzentration
der Ammoniumionen auf 35 ppm, also um 95,7%, wobei Feldversuche
dies bestätigten, wie nachfolgende Ausführungsbeispiele
zeigen:
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3. Ausführungsbeispiel
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Bei
diesem Versuch wurden 20 l Schweinegülle 200 g mikronisierte
Kalzite beigemengt und in diese eingerührt. Dabei wurde
eine sofortige Geruchsminderung festgestellt, und zwar war diese
so deutlich, dass kaum noch eine Spur eines Gestanks wahrzunehmen
war.
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4. Ausführungsbeispiel
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Hier
wurde in einem Grossversuch auf einer Schweinefarm mit 3000 Mastschweinen
(im Alter von 4 Monaten) eine Flächenstreuung vorgenommen,
und zwar mit einer Dosierung an mikronisierten Kalziten von 40 g/qm
der Bodenfläche. Auch hier wurde eine sofortige Atmosphärenveränderung
festgestellt, d. h. die Grobbelastung sank um 80 bis 85%. Danach
wurde der Schweinestall noch 90 Tage weiterbehandelt, wobei die Ausbringung
jeweils der gleichen Menge alle drei Tage erfolgte. Hierbei konnte
ein viel ruhigeres Verhalten der Tiere beobachtet werden, wobei
Krankheiten völlig ausblieben.
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5. Ausführungsbeispiel
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Schliesslich
wurde noch ein Versuch über die Beschleunigung der Kompostierung
von Abfällen erfolgreich durchgeführt. Hierbei
wurde ein Gemisch aus 50 Gew.% Hühnermist und 50 Gew.%
mikronisierte Kalziten hergestellt und dann einem Kompostierungsprozess
ausgesetzt. Dabei konnte eine Kompostbeschleunigung von über
70% festgestellt werden. Selbst bei einem Mischungsverhältnis
von 30% Kalziten und 70% Hühnermist wurde immer noch eine
Verkürzung der Kompostierungsdauer von knapp 70% erhalten.
Die Anwendung dieser Gemische als Düngemittel bei diversen
Pflanzen zeigte, dass die Wertigkeit derartiger Gemische als relativ
hoch bezeichnet werden kann. Bezugszeichenliste
| 1 | Vorrichtung |
| 2 2.1 2.2 2.3 | Gehäuse
Gehäuseteil
Gehäuseteil
Schnellverschluss |
| 3 3.1
3.2
3.3 | Rotorscheibe
Kranz
Kranz
Kranz |
| 4
4.1
4.2 | Rotorscheibe
Kranz
Kranz |
| 5 | Elektromotor |
| 6 | Elektromotor |
| 7 | Riemen |
| 8 | Riemen |
| 9 | Einfüllstutzen |
| 10 | Abgabestutzen |
| 11 | Fundamentrahmen |
| 12 | Antriebswelle |
| 13 | Antriebswelle |
| 14 | Stegblech |
| 15
15.1 | Ventilatorschaufel
Segment-Ventilatorschaufel |
| 16 | Drehrichtung |
| 17 | Drehrichtung |
| 18 | Ringkanal |
| 19 | Hauptströmung |
| 20 | Ausgangsmaterial |
| 21 | Bolzen |
| 22 | Schweissen |
| 23 | Innenfläche |
| 24 | Prallstift |
| 25 | Ausnehmung |
| 26 | Konus |
| 27 | Flansch |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19755921 [0002, 0006]