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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zerkleinern von Papierstoff.
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Beim Recyceln von Getränkekartons (Tetrapak) wird der Papierstoff wie auch bei anderen Altpapiersorten einem Pulper zugeführt, in dem der Papierstoff zur Erzeugung einer Faserstoffsuspension aufgelöst wird. Angesichts des hohen Anteils an Primärfasern, der für den Recyclingprozess und damit für die Papierherstellung einen sehr hochwertigen Ausgangsstoff darstellt, besteht ein besonderes Interesse an dem Tetrapak-Recycling.
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Da Rohstoffe wie insbesondere Getränkekartons oder Tetrapak aus mehrlagigem Verbundmaterial relativ schwer auflösbar sind, wurde bereits vorgeschlagen, zur Verkürzung der Auflösezeit dem Pulper einen zusätzlichen Zerkleinerungsschritt in Form eines Schredders vorzuschalten. Der bei einem solchen Schreddern anfallende Energiebedarf pro Tonne Papierstoff ist jedoch relativ hoch.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Zerkleinerungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der in energiesparender Weise eine faserschonende, kontinuierliche Vereinzelung und vor allem Zerkleinerung von schwer auflösbaren, insbesondere in Form von Ballen zugeführten Rohstoffen wie z. B. Tetrapak oder Getränkekartons aus mehrlagigem Verbundmaterial ermöglicht wird, um die Auflöseeigenschaften solcher Rohstoffe zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zum Zerkleinern von Papierstoff mit einer um eine Achse rotierende Schlagwerkzeuge umfassenden Vereinzelungsstufe und einer Zuführung, über die der Papierstoff der Vereinzelungsstufe insbesondere in Form von gepressten Ballen zuführbar ist, wobei die Schlagwerkzeuge so ausgeführt sind und der Papierstoff der Vereinzelungsstufe über die Zuführung so zuführbar ist, dass aus dem Papierstoff bei dessen Vereinzelung durch die auf diesen auftreffenden Schlagwerkzeuge und den hierbei erfolgenden Impulsübertrag die betreffenden Stoffteile nicht herausgeschnitten, sondern herausgerissen werden.
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Aufgrund dieser Ausbildung ist auf energieeffiziente Art und Weise eine äußerst faserschonende kontinuierliche Vereinzelung und insbesondere Zerkleinerung von z. B. in Ballen zugeführten schwer auflösbaren Rohstoffen wie z. B. Tetrapak oder Getränkekartons aus mehrlagigem Verbundmaterial gewährleistet, wodurch die Auflöseeigenschaften solcher schwer auflösbarer Rohstoffe deutlich verbessert wird.
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Eine bevorzugte praktische Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zerkleinerungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass innerhalb wenigstens einer zur Rotationsachse senkrechten Ebene jeweils mehrere Schlagwerkzeuge in Umfangsrichtung vorzugsweise gleichmäßig verteilt und/oder die Schlagwerkzeuge auf mehrere zur Rotationsachse jeweils senkrechte Ebenen verteilt sind.
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Sind die Schlagwerkzeuge auf mehrere zur Rotationsachse jeweils senkrechte Ebenen verteilt, so können die Schlagwerkzeuge von Ebene zu Ebene in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sein.
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Von Vorteil ist insbesondere, wenn der der Vereinzelungsstufe in Form von gepressten Ballen zugeführte Papierstoff über die Zuführung so zuführbar ist, dass die Schlagwerkzeuge seitlich auf eine Kante des jeweiligen Papierstoffballens treffen.
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Bevorzugt ist der Papierstoff der Vereinzelungsstufe über die Zuführung zumindest im Wesentlichen tangential zuführbar.
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Gemäß einer zweckmäßigen praktischen Ausführungsform ist der Vereinzelungsstufe wenigstens eine Zerkleinerungsstufe nachgeordnet, die ebenfalls mit um eine Achse rotierenden Schlagwerkzeugen versehen ist, wobei diese vorzugsweise so ausgestaltet und angetrieben sind, dass das in die Zerkleinerungsstufe gelangende Papierstoffmaterial zerrissen wird.
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Die Stufen, d. h. die Vereinzelungsstufe und die wenigstens eine Zerkleinerungsstufe, sind vorteilhafterweise in Reihe geschaltet. Dabei sind unmittelbar aneinander grenzende Stufen vorzugsweise jeweils über eine in einem Zwischenboden vorgesehene Durchlassöffnung miteinander verbunden.
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Die Oberflächen der Schlagwerkzeuge sind bevorzugt glatt ausgeführt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Schlagwerkzeuge jeweils mehrgliedrig ausgeführt, wobei die einzelnen Glieder eines jeweiligen Schlagwerkzeugs bevorzugt beweglich miteinander verbunden sind.
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Gemäß einer zweckmäßigen praktischen Ausgestaltung können die Schlagwerkzeuge in Form mehrgliedriger Ketten ausgeführt sein.
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Sind die Schlagwerkzeuge der Vereinzelungsstufe und einer jeweiligen Zerkleinerungsstufe jeweils mehrgliedrig ausgeführt, so besitzen die Glieder eines jeweiligen einer Zerkleinerungsstufe zugeordneten Schlagwerkzeugs eine geringere Masse als die Glieder eines jeweiligen der Vereinzelungsstufe zugeordneten Schlagwerkzeugs.
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Von Vorteil ist zudem, wenn ein jeweiliges Schlagwerkzeug einer jeweiligen Zerkleinerungsstufe mit einer höheren Rotationsgeschwindigkeit angetrieben ist als ein jeweiliges Schlagwerkzeug der Vereinzelungsstufe.
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Es ist also insbesondere eine solche Ausführung der erfindungsgemäßen Zerkleinerungsvorrichtung denkbar, bei der mehrere am Umfang und zusätzlich in beliebig vielen Ebenen angeordnete Schlagwerkzeuge, vorzugsweise mehrgliedrige Ketten mit spezifischen Eigenschaften, um eine feste Achse rotieren. Beispielsweise zur Vereinzelung von zugeführten Papierstoffballen treffen die Schlagwerkzeuge auf den gepressten Ballen, wobei durch Impulsübertrag Teile des Ballens herausgerissen werden, so dass der lokale Zusammenhalt aufgehoben wird. Hierbei können die Schlagwerkzeuge seitlich auf eine Kante des Ballens treffen. Durch das Nachschieben des Ballens wird dieser kontinuierlich abgetragen.
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Das Material kann durch die Schlagwerkzeuge und den entstehenden Luftstrom abtransportiert werden. Durch eine Öffnung kann das Material in eine darauf folgende Stufe gelangen.
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Die Schlagwerkzeuge sind bevorzugt sehr massiv ausgeführt, wobei hauptsächlich Masse an den äußeren Radien vorgesehen ist. Sie besitzen bevorzugt glatte Oberflächen, und deren einzelne Glieder sind zweckmäßigerweise beweglich miteinander verbunden, so dass jeweils eine hinreichende Elastizität des gesamten Schlagwerkzeugs gewährleistet ist. Die Glieder sind zweckmäßigerweise so konstruiert, dass keine Verhakungsmöglichkeit mit dem Rohstoff gegeben und damit ausgeschlossen ist, dass sich Rohstoffteile verhaken und dauerhaft mitgedreht werden.
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Die nächste Stufe kann bis auf den Unterschied vergleichbar aufgebaut sein, dass deren Schlagwerkzeuge schneller rotieren und eine andere Geometrie bzw. Eigenschaft besitzen. Erneut treffen die Schlagwerkzeuge auf den Rohstoff und zerreißen diesen durch Impulsübertrag. In einer solchen Zerkleinerungsstufe werden an die Schlagwerkzeuge jedoch andere Anforderungen als an die der Vereinzelungsstufe gestellt. So müssen die Glieder eines jeweiligen Schlagwerkzeugs einer solchen der Vereinzelungsstufe nachgeordneten Zerkleinerungsstufe weniger massiv ausgestaltet und deren Oberfläche geometrisch so gestaltet sein, dass das Material angerissen wird, sich die Glieder jedoch nicht im Material verhaken können.
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Die Vorteile des der Erfindung zugrunde liegenden Prinzips liegen u. a. darin, dass der Rohstoff nicht geschnitten, sondern zerrissen wird. Dabei ist der Rand der zerkleinerten Materialstücke sehr ausgefranst und nicht glatt wie bei einem Schnitt. Fasern werden nicht zerstört, und das Wasser kann bei der Auflösung gut in den Faserverbund eindringen.
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Ein sich zusätzlich ergebender Effekt besteht darin, dass die Faserschichten von den kunststoffhaltigen und metallischen Beschichtungen abgetrennt werden, wodurch einerseits der Sortieraufwand minimiert wird und andererseits die Auflösung der Papieranteile in den beispielsweise Tetrapaks umfassenden Ausgangsrohstoffen begünstigt wird.
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Zudem konnte in Versuchen festgestellt werden, dass Rejecte aus Kunststoff und kleineren metallischen Verunreinigungen keinen nennenswerten Einfluss auf die Prozesssicherheit haben. Die erfindungsgemäße Konstruktion weist aufgrund ihrer Einfachheit eine sehr geringe Anfälligkeit gegenüber Rejecten auf, so dass eine hohe Prozesssicherheit gewährleistet ist. Da die Schlagwerkzeuge durch ihre Konstruktionsweise massiven Rejecten ausweichen können, unterliegen sie einem geringen Verschleiß. Rejecte werden nicht weiter zerkleinert, womit der Sortieraufwand nachgeschalteter Prozessschritte reduziert und vereinfacht wird.
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Die Qualität der Zerkleinerung ist insbesondere durch einen oder mehrere der folgenden Parameter beeinflussbar:
- – Rotationsgeschwindigkeiten,
- – Anzahl und Länge der Schlagwerkzeuge,
- – Abstand der Schlagwerkzeugebenen,
- – Winkelversatz der Schlagwerkzeuge innerhalb einer Ebene und übergreifend,
- – Form der Schlagwerkzeuge,
- – Form und Lage der Übergangsöffnungen zwischen den Stufen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigen:
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1 eine schematische Teildarstellung von rotierenden Schlagwerkzeugen einer beispielhaften Ausführungsform einer Vorrichtung zum Zerkleinern von Papierstoff,
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2 eine schematische Darstellung des Aufbrechens eines zugeführten Papierstoffballens,
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3 eine schematische Draufsicht einer beispielhaften Ausführungsform der Zerkleinerungsvorrichtung und
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4 eine schematische Seitenansicht der Zerkleinerungsvorrichtung gemäß 3.
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Wie insbesondere anhand der 3 und 4 zu erkennen ist, umfasst eine Vorrichtung 10 zum Zerkleinern von Papierstoff 12 eine Vereinzelungsstufe 14 mit um eine Achse 16 rotierenden Schlagwerkzeugen 18 und eine Zuführung 20, über die der Papierstoff 12 der Vereinzelungsstufe 14 insbesondere in Form von gepressten Ballen zuführbar ist.
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Dabei sind die Schlagwerkzeuge 18 so ausgeführt und der Papierstoff 12 der Vereinzelungsstufe 14 über die Zuführung 20 so zuführbar, dass aus dem Papierstoff 12 bei dessen Vereinzelung durch die auf diesen auftreffenden Schlagwerkzeuge 18 und dem hierbei erfolgenden Impulsübertrag Stoffteile nicht herausgeschnitten, sondern herausgerissen werden.
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Es können innerhalb wenigstens einer zur Rotationsachse 16 senkrechten Ebene jeweils mehrere Schlagwerkzeuge 18 in Umfangsrichtung U vorzugsweise gleichmäßig verteilt sein, und/oder die Schlagwerkzeuge 18 können auf mehrere zur Rotationsachse 16 jeweils senkrechte Ebenen verteilt sein. Gemäß der Darstellung in der 3 sind die Schlagwerkzeuge 18 beispielsweise auf drei Ebenen verteilt, wobei die Schlagwerkzeuge 18 1 einer obersten Schlagwerkzeugebene, die Schlagwerkzeuge 18 2 einer mittleren Schlagwerkzeugebene und die Schlagwerkzeuge 18 3 einer unteren Schlagwerkzeugebene zugeordnet sind. In der Darstellung gemäß 4 sind lediglich zwei solche Schlagwerkzeugebenen vorgesehen.
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Wie sich am besten aus der 3 ergibt, können die Schlagwerkzeuge 18 von Ebene zu Ebene in Umfangsrichtung U gegeneinander versetzt sein.
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Der der Vereinzelungsstufe 14 bevorzugt in Form von gepressten Ballen zugeführte Papierstoff kann der Vereinzelungsstufe 14 über die Zuführung 20 so zugeführt werden, dass die Schlagwerkzeuge 18 seitlich auf eine Kante 22 (vgl. insbesondere die 2 und 3) des jeweiligen Papierstoffballens treffen.
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Wie sich am besten aus der 3 ergibt, kann der Papierstoff 12 bzw. Papierstoffballen der Vereinzelungsstufe 14 über die Zuführung 20 zumindest im Wesentlichen tangential zugeführt werden.
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Wie sich insbesondere aus der 4 ergibt, kann der Vereinzelungsstufe 14 wenigstens eine Zerkleinerungsstufe 24 nachgeordnet sein, die ebenfalls mit um eine Achse 16' rotierenden Schlagwerkzeugen 18' versehen ist. Dabei sind die Schlagwerkzeuge 18' einer solchen Zerkleinerungsstufe 24 zweckmäßigerweise so ausgestaltet und angetrieben, dass das in die Zerkleinerungsstufe 24 gelangende Papierstoffmaterial nicht geschnitten, sondern zerrissen wird.
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Sind mehrere Stufen, d. h. die Vereinzelungsstufe 14 und wenigstens eine Zerkleinerungsstufe 24 vorgesehen, so sind diese zweckmäßigerweise in Reihe geschaltet. Dabei können unmittelbar aufeinander folgende Stufen 14, 24 jeweils über eine in einem Zwischenboden 26 vorgesehene Durchlassöffnung 28 (vgl. insbesondere 3) miteinander verbunden sein.
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Die Oberflächen der Schlagwerkzeuge 18 sind bevorzugt glatt ausgeführt.
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Vorteilhafterweise sind die Schlagwerkzeuge 18 jeweils mehrgliedrig ausgeführt, wobei die einzelnen Glieder eines jeweiligen Schlagwerkzeugs 18 vorzugsweise beweglich miteinander verbunden sind. Dabei können die Schlagwerkzeuge 18 beispielsweise in Form mehrgliedriger Ketten ausgeführt sind.
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Sind die Schlagwerkzeuge 18 der Vereinzelungsstufe 14 und einer jeweiligen Zerkleinerungsstufe 24 jeweils mehrgliedrig ausgeführt, so besitzen die Glieder eines jeweiligen einer Zerkleinerungsstufe 24 zugeordneten Schlagwerkzeugs zweckmäßigerweise eine geringere Masse als die Glieder eines jeweiligen der Vereinzelungsstufe 14 zugeordneten Schlagwerkzeugs.
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Ein jeweiliges Schlagwerkzeug 18 einer jeweiligen Zerkleinerungsstufe 24 kann mit einer höheren Rotationsgeschwindigkeit angetrieben sein als ein jeweiliges Schlagwerkzeug 18 der Vereinzelungsstufe 14.
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Es können also mehrere am Umfang und zusätzlich in beliebig vielen Ebenen angeordnete Schlagwerkzeuge 18, vorzugsweise mehrgliedrige Ketten mit spezifischen Eigenschaften, um eine feste Achse 16 bzw. 16' rotieren.
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In 1 sind beispielsweise in drei verschiedenen Ebenen 30 angeordnete, um eine Achse 16 rotierende Schlagwerkzeuge 18 der Vereinzelungsstufe 14 dargestellt.
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Dabei treffen die Schlagwerkzeuge 18 auf den beispielsweise in Form von gepressten Ballen zugeführten Papierstoff 12. Durch Impulsübertrag werden Teile des Ballens herausgerissen, so dass der lokale Zusammenhalt aufgehoben wird. Die Schlagwerkzeuge 18 treffen hierbei seitlich auf eine Kante 22 (vgl. auch 2) des Ballens. Durch das Nachschieben des Ballens wird dieser kontinuierlich abgetragen.
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Das Papiermaterial wird durch die Schlagwerkzeuge 18 und den entsprechenden Luftstrom abtransportiert. Durch eine Öffnung 28 (vgl. auch 3) gelangt das Papiermaterial in die nächste Stufe.
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Die Schlagwerkzeuge 18 sind sehr massiv ausgeführt und benötigen hauptsächlich Masse an den äußeren Radien. Die Schlagwerkzeuge 18 besitzen glatte Oberflächen, und die einzelnen Glieder dieser Schlagwerkzeuge 18 sind beweglich miteinander verbunden, so dass jeweils eine hinreichende Elastizität des gesamten Schlagwerkzeugs gegeben ist. Die Glieder sind so konstruiert, dass keine Verhakungsmöglichkeit mit dem Rohstoff gegeben und ausgeschlossen ist, dass sich Rohstoffteile verhaken und dauerhaft mitgedreht werden.
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In 2 ist schematisch dargestellt, wie in der Vereinzelungsstufe 14 in Form eines Ballens zugeführter Papierstoff 12 durch die seitlich auf eine Kante 22 des Ballens treffenden Schlagwerkzeuge 18 vereinzelt wird, indem Teile 32 vom Ballen abgerissen werden.
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Die auf die Vereinzelungsstufe 14 folgende wenigstens eine weitere Stufe 24 (Zerkleinerungsstufe) ist ähnlich wie die Vereinzelungsstufe 14 aufgebaut und unterscheidet sich von dieser im Wesentlichen dadurch, dass die Schlagwerkzeuge 18 schneller rotieren und eine andere Geometrie bzw. Eigenschaft besitzen. Erneut treffen die Schlagwerkzeuge auf den Rohstoff und zerreißen diesen durch Impulsübertrag. Hier werden an die Schlagwerkzeuge jedoch andere Anforderungen gestellt. So müssen die Glieder der betreffenden Schlagwerkzeuge weniger massiv ausgestaltet und deren Oberfläche geometrisch so gestaltet sein, dass das Material angerissen wird und sich die Schlagwerkzeuge bzw. deren Glieder nicht im Papiermaterial verhaken können.
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Die Vorteile dieses Prinzips liegen u. a. darin, dass der Rohrstoff nicht geschnitten sondern zerrissen wird. Der Rand der zerkleinerten Materialstücke ist sehr ausgefranst und nicht glatt über einem Schnitt. Es werden keine Fasern zerstört, und das Wasser kann bei der Auflösung gut in den Faserverbund eindringen.
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Zudem werden die Faserschichten von den kunststoffhaltigen und metallischen Beschichtungen abgetrennt, wodurch einerseits der Sortieraufwand minimiert und andererseits die Auflösung der Papieranteile in den Tetrapaks begünstigt wird.
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Wie bereits erwähnt und insbesondere aus den 3 und 4 ersichtlich, kann die Zerkleinerungsvorrichtung 10 insbesondere eine Zuführung 20, eine Vereinzelungsstufe 14 und wenigstens eine Zerkleinerungsstufe 24 umfassen. Dabei kann die Zerkleinerungsvorrichtung 10 überdies beispielsweise wie folgt ausgeführt sein:
Über eine Fördereinheit wird der gepresste Papierstoffballen 12 der Vereinzelungsstufe 14 tangential zugeführt. Die Zuführung 20 besitzt einen rechteckigen Querschnitt und dient dazu, dass einerseits der Papierstoffballen 12 kontrolliert geführt wird und andererseits der Rohstoff nicht ausgetragen werden kann. Schließlich dient die Zuführung 20 als Schutzvorrichtung.
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Der Vereinzelungsstufe 14 kommt insbesondere die Aufgabe zu, den Papierballen 12 in einigermaßen gleich große Teile zu zerstückeln. Dabei kann diese Vereinzelungsstufe 14 beispielsweise wie folgt aufgebaut sein:
An einer rotierenden Trommel 34 sind beispielsweise in drei bis vier Ebenen gleichen Abstands jeweils beispielsweise vier Schlagwerkzeuge 18 gleichmäßig über den Umfang U verteilt. Die Ebenen sind um die Rotationsachse 16 um einen beliebigen Winkel gegeneinander verdreht, wodurch erreicht wird, dass stets wenigstens ein Schlagwerkzeug 18 in Kontakt mit dem Papierstoffballen ist, der seitlich von den Schlagwerkzeugen getroffen wird. Die Trommel 34 ist zweckmäßigerweise so gestaltet, dass sie auch als Schwungrad dient, so dass die stoßartige Belastung durch das Auftreffen der Schlagwerkzeuge 18 auf den Ballen nicht in vollem Umfang an die zugeordneten Antriebselemente weitergegeben wird.
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Die Schlagwerkzeuge brechen kontinuierlich Teile vom Ballen ab und transportieren den Rohstoff auf einer kreisförmigen Bahn, eingeschränkt durch ein Gehäuse 36, nahezu über den ganzen Umfang U mit. Bevor der Rohstoff wieder bei der Zuführung 20 ankommen würde, fällt dieser durch eine in einem Zwischenboden 26 vorgesehene Durchlassöffnung 28, die in ihrer Größe zweckmäßigerweise beispielsweise durch eine Schiebevorrichtung verstellbar ist. Durch das betreffende Verstellelement kann der Stofffluss reguliert werden. Beim Hoch- und Runterfahren der Zerkleinerungsvorrichtung bzw. des Rotors kann die Durchlassöffnung verschlossen werden, um ein Verhaken der mehrgliedrigen Schlagwerkzeuge bzw. Ketten an der Durchlassöffnung und eine Beschädigung der Öffnung zu verhindern. Die Rotationsgeschwindigkeit in dieser ersten Stufe kann niedriger sein als in der zweiten Stufe, da in dieser ersten Stufe nur eine Vereinzelung und keine Zerkleinerung erfolgt.
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Der Rohstoff fällt dann in die durch eine Zerkleinerungsstufe gebildete zweite Stufe, in der die Schlagwerkzeuge vorzugsweise schneller rotieren als in der ersten Stufe und das Material zerfetzen. Der Durchmesser dieser zweiten Stufe kann kleiner sein als der der ersten Stufe bzw. Vereinzelungsstufe, da hier das Material bereits vereinzelt vorliegt und die Ballenbreite keine Rolle mehr spielt. Der Vereinzelungsstufe 14 können eine oder mehrere Zerkleinerungsstufen 24 nachgeordnet sein. Dabei können beispielsweise so viele Zerkleinerungsstufen insbesondere gleicher Bauart vorgesehen sein, bis die gewünschte Zerkleinerungsqualität erreicht wird. Die Stufen 14, 24 können, wie bereits erwähnt, in Zwischenböden 26 vorgesehene Durchlassöffnungen 28 aufweisen. Dabei können diese Öffnungen so relativ zueinander angeordnet bzw. in Umfangsrichtung versetzt sein, dass ausgeschlossen ist, dass der Rohstoff ohne Zwischenbodenkontakt durch die Stufen fällt, wodurch die Verweilzeit in einer jeweiligen Stufe erhöht und das Zerkleinerungsergebnis verbessert wird.
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Das zerkleinerte Material fällt durch eine Durchlassöffnung 28 aus der letzten Stufe auf eine Fördereinrichtung, durch die das zerkleinerte Material zum nächsten Prozessschritt transportiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Zerkleinerungsvorrichtung
- 12
- Papierstoff, Papierstoffballen
- 14
- Vereinzelungsstufe
- 16
- Rotationsachse
- 16'
- Rotationsachse
- 18
- Schlagwerkzeug
- 18'
- Schlagwerkzeug
- 20
- Zuführung
- 22
- Kante
- 24
- Zerkleinerungsstufe
- 26
- Zwischenboden
- 28
- Durchlassöffnung
- 30
- Ebene
- 32
- abgerissene Teile
- 34
- Trommel
- 36
- Gehäuse
- U
- Umfangsrichtung
