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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Zerkleinern von
Pflanzenteilen, insbesondere von verpressten Pflanzenteilen, mit
zumindest einem Zerkleinerer für
die Pflanzenteile und wenigstens einer Fördereinrichtung zum Zuführen der
Pflanzenteile zum Zerkleinerer.
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Vorrichtungen
vorbekannter Gattung werden beispielsweise beim Zerkleinern von
Pflanzenteilen eingesetzt, wie zum Beispiel Maissilage, um einen sich
möglicherweise
daran anschließenden
Weiterverarbeitungsprozess zu vereinfachen. Speziell bei der Erzeugung
von Biogas in Biogasanlagen erfolgt vor der Beschickung des Reaktionsbehälters mit
einem aus Pflanzenteilen bestehenden Substrat üblicherweise eine Zerkleinerung
dessen auf eine vorteilhafte Größe.
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Vorrichtungen
vorbekannter Gattung weisen diesbezüglich zumindest einen Zerkleinerer
für die Pflanzenteile
und wenigstens eine Fördereinrichtung zum
Zuführen
der Pflanzenteile zum Zerkleinerer auf. Mit Hilfe derartiger Vorrichtungen
lässt sich
die im Bereich der Biogaserzeugung vorrangig zum Einsatz kommende
Maissilage, aufgrund ihrer relativ weichen Struktur, problemlos
zerkleinern und im Anschluss daran vergären. In der Vergangenheit konnte die
Nachfrage nach Maissilage im Bereich der Biogaserzeugung nur noch
teilweise gedeckt werden, weshalb hier, um eine hohe Auslastung
der bestehenden Biogasanlagen zu erreichen, andere Pflanzensilagen,
wie zum Beispiel Stroh, eingesetzt werden. Die sonst zur Zerkleinerung
der Maissilage eingesetzten Zerkleinerungsvorrichtungen genügen jedoch
nicht, um die insbesondere Zellulose enthaltenden Strohbestandteile
in der Form zu zerkleinern, dass eine vorteilhafte Vergärung des
Substrates im Reaktionsbehälter
möglich
ist.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum
Zerkleinern von Pflanzenteilen jeglicher Art zu schaffen, mittels
der ein vorteilhaft gleichmäßiges Zerkleinern
von Pflanzenteilen auf eine Mindestgröße möglich ist.
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Die
Lösung
der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit
den Merkmalen des Schutzanspruches 1. Vorteilhafte Weiterbildungen
und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis
15 angegeben.
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Bei
einer Vorrichtung zum Zerkleinern von Pflanzenteilen, insbesondere
von verpressten Pflanzenteilen, mit zumindest einem Zerkleinerer
für die Pflanzenteile
und wenigstens einer Fördereinrichtung
zum Zuführen
der Pflanzenteile zum Zerkleinerer, ist nach der Erfindung vorgesehen,
dass der Zerkleinerer ein Mehrstufen-Zerkleinerer mit wenigstens einem
Vorzerkleinerer und einem Nachzerkleinerer ist.
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Mit
Hilfe einer solchen erfindungsgemäßen Zerkleinerungsvorrichtung,
welche einen Mehrstufen-Zerkleinerer für insbesondere die als gepresste Ballen
vorliegenden Pflanzenteile aufweist, lässt sich eine vorteilhafte
Vorzerkleinerung und in einem nachfolgenden, separaten Arbeitsschritt
eine Endzerkleinerung der Pflanzenteile auf eine entsprechend vorteilhafte
Mindestgröße vornehmen.
Dabei erfolgt mittels des Vorzerkleinerers zumindest das Zerteilen
der insbesondere zu einem Ballen verpressten Pflanzenteile. Somit
ist stets gewährleistet,
dass die Pflanzenteile als lose und somit einzelne Pflanzeiteile
vorliegen, bevor sie dann in den Nachzerkleinerer gelangen. Gegebenenfalls
kann es notwendig sein, anstelle einer zweistufigen Zerkleinerung,
in Abhängigkeit zur
Festigkeit der zu zerkleinernden Pflanzenteile, wenigstens einen
weiteren Zerkleinerer zum Beispiel als Zwischenzerkleinerer einzusetzen.
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Mit
Vorteil ist nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass
der Vorzerkleinerer wenigstens einen Walzenkörper mit einer am Umfang ausgebildeten
Wendel aufweist, dessen Rotationsachse quer zur Förderrichtung
der Pflanzenteile ausgerichtet ist. Der Einsatz eines Walzenkörpers mit
einer an seinem Umfang bzw. Mantel ausgebildeten Wendel stellt eine
konstruktiv vorteilhafte Möglichkeit zur
Ausbildung eines Vorzerkleinerers dar. Insbesondere in Kombination
mit der quer zur Förderrichtung ausgerichteten
Rotationsachse erfolgt eine Kratzbewegung mit der Wendel entlang
zum Beispiel der Stirnseite eines verpressten Ballens, wodurch einzelne
Pflanzenteile auf vorteilhafte Weise aus dem Verbund herausgelöst werden.
Durch die quer zur Förderrichtung
der Pflanzenteile verlaufende Wendel ist dabei ein unkontrollierbares
Hineinziehen der zu einem Ballen verpressten Pflanzenteile und ein
Verstopfen des Vor- bzw. Nachzerkleinerers mit Vorteil vermieden.
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Jeder
Walzenkörper
weist dabei vorzugsweise Wendelabschnitte mit zueinander gegenläufigen Steigungen
auf. Die mittels eines Walzenkörpers
am Ballen gelösten
Pflanzenteile werden demzufolge von beiden Seiten aus in den Mittenbereich
des Walzenkörpers
bewegt. Darüber
ist dann ein vorteilhaftes Abführen
der am Ballen gelösten
Pflanzenteile aus dem Vorzerkleinerer möglich.
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Darüber hinaus
sind am Umfang jedes Walzenkörpers
zusätzlich
Schneidmesser angeordnet, mittels denen gleichzeitig die am Ballen
gelösten, häufig Fasern
enthaltenden Pflanzenteile auf ein vorteilhaftes Maß zerkleinert,
insbesondere verkürzt werden.
Speziell bei einem aus Stroh gepressten Ballen wird jeder einzelne,
relativ feste Halm, nicht nur gelöst, sondern bereits in eine
für den
Nachzerkleinerer vorteilhafte Größe zerhackstückt. Dadurch ist
insbesondere ein Verklemmen von Pflanzenteilen vermieden und somit
eine vorteilhaft funktionssichere Weiterverarbeitung im Nachzerkleinerer
gewährleistet.
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Der
Vorzerkleinerer weist insbesondere mehrere übereinander angeordnete Walzenkörper mit
ihren schraubenförmig
verlaufenden Wendeln auf, deren Rotationsachsen waagerecht zur Flächennormalen
ausgerichtet sind. Durch eine Vielzahl der zum Einsatz kommenden
Walzenkörper
mit ihren schraubenförmigen
Wendeln lässt
sich ein vorteilhaft gleichmäßiger Zerkleinerungsprozess
an einem aus zum Beispiel Stroh verpressten Ballen umsetzen. Die Walzenkörper sind
insbesondere sowohl in der Höhe als
auch in Förderrichtung
versetzt zueinander angeordnet, wobei der oberste Walzenkörper in
Förderrichtung
derart angeordnet ist, dass dieser zuerst in Eingriff mit dem Pflanzenteile-Ballen
gelangt. Jeder weitere Walzenkörper
steht dabei etwa um die Hälfte seines
Durchmessermaßes
zurück.
Selbstverständlich überdecken
sich die Walzenkörper
ebenfalls in ihrer Höhenanordnung.
Somit erfolgt stets eine stufenartige Bearbeitung eines zur Zerkleinerung
vorgesehenen Strohballens. Zum Vorzerkleinern eines Strohballens
werden insbesondere vier solcher Walzenkörper eingesetzt.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Vorzerkleinerer
einen Auswurf aufweist, der insbesondere in einen Zuführbereich des
Nachzerkleinerers hineinragen kann. Mit einem derartig am Vorzerkleinerer
ausgebildeten Auswurf ist eine vorteilhafte Übergabe der dann auf eine vorbestimmte
Mindestgröße zu zerkleinernden
Pflanzenteile in den Zuführbereich
des Nachzerkleinerers gewährleistet.
Der Auswurf bzw. der Auslass weist dabei deutlich kleinere Abmessungen
als der Einlass des Zuführbereiches
des Nachzerkleinerers auf.
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Es
liegt des Weiteren im Rahmen der Erfindung, dass der Nachzerkleinerer
zumindest ein Mahlwerk mit wenigstens einem Rotor aufweist. Mit dem
Einsatz eines Mahlwerkes mit wenigstens einem Rotor ist eine vorteilhafte
Ausbildung eines Nachzerkleinerers gewährleistet. Mittels des sich
innerhalb des Mahlwerkes mit einer relativ hohen Drehzahl bewegenden
Rotors, dessen Rotationsachse bevorzugt horizontal verläuft, ist
stets eine optimale Nachzerkleinerung der Pflanzenteile möglich. Durch die
erfindungsgemäß senkrechte
Anordnung des Rotors ist zudem mit Vorteil vermieden, dass die nachzuzerkleinernden
Pflanzenteile ohne eine ausreichende Zerkleinerung durch das Mahlwerk
hindurchfallen.
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Dem
Mahlwerk mit seinem Rotor ist dabei ein als Wirbeltrichter ausgebildeter
Zuführbereich
unmittelbar vorgeschaltet, über
den ein vorteilhaft gezieltes Zuführen der Pflanzenteile zum
Nachzerkleinerer gewährleistet
ist. Durch den sich mit einer relativ hohen Drehzahl bewegenden
Rotor des Mahlwerkes wird innerhalb des Wirbeltrichters ein Wirbel
aus Pflanzenteilen erzeugt, wobei die vorzerkleinerten Pflanzenteile
entlang der Trichterwände
in Richtung des Rotors des Nachzerkleinerers bewegt werden. Diese
Nachschubbewegung erfolgt insbesondere über die aus dem Auswurf des
Vorzerkleinerers in den Wirbeltrichter nachrutschenden bzw. -fallenden Pflanzenteile,
die dann nach und nach in das Mahlwerk gelangen. Der im Wirbeltrichter
erzeugte Wirbel hat des Weiteren den Vorteil, dass insbesondere
im Bereich der Rotationsachse des Rotors keine vorzerkleinerten
Pflanzenteile gelangen, so dass ein Verstopfen des Zuführbereiches
zum Nachzerkleinerer vermieden ist.
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Der
Wirbeltrichter weist bevorzugt einen sich kegelförmig verengenden Querschnitt
mit einer insbesondere waagerechten Eintrittsöffnung und einer senkrecht
ausgerichteten Austrittsöffnung
auf. Über den
derartig ausgebildeten Wirbeltrichter erfolgt eine vorteilhafte
Umlenkung der insbesondere in vertikaler Richtung aus dem Vorzerkleinerer
kommenden und dann etwa in horizontaler Richtung dem Mahlwerk des
Nachzerkleinerers zugeführten
Pflanzenteile. Der Wirbeltrichter kann dabei in Erstreckungsrichtung
einen elliptischen, freien Durchtrittsquerschnitt aufweisen.
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Das
Mahlwerk weist vorzugsweise einen aus Schneidmessern und Hammerschlägern ausgebildeten,
zwangsbewegten Rotor auf, der von einem Gehäuse umschlossen ist. Durch
den Einsatz eines aus Schneidmessern und Hammerschlägern ausgebildeten
Rotors ist eine vorteilhafte Zerkleinerungsfunktion innerhalb des
Nachzerkleinerers gewährleistet,
so dass die unter Umständen
im Anschluss einen Vergärungsprozess
zugeführten
Pflanzenteile relativ schnell innerhalb des Reaktionsbehälters einer
Biogasanlage zu verwertbarem Biogas umgewandelt werden. Ein langer
Umwandlungsprozess der üblicherweise
Zellulose und somit eine relativ hohe Festigkeit aufweisenden Pflanzenteile
ist mit Vorteil vermieden. Schneidmesser und Hammerschläger können beispielsweise
zueinander versetzt ausgebildet sein. Darüber hinaus ist es ebenfalls
denkbar, zwei Rotoren einzusetzen, wobei beiden Rotoren, welche sowohl
Schneidmesser als auch Hammerschläger aufweisen können, dann
in entgegengesetzte Richtungen in Rotation versetzt werden können.
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An
der Innenseite des Gehäuses
ist wenigstens ein Gegenmesser angeordnet, das insbesondere zwischen
die nebeneinander angeordneten Schneidmesser und Hammerschläger des
Rotors vorsteht. Der Einsatz eines Gegenmessers hat den Vorteil,
dass insbesondere bei nur einem Rotor ein von einem Schneidmesser
oder Hammerschläger mitgeführtes Pflanzenteil
daran auf vorteilhafte Weise zerkleinert wird. Insbesondere in das
Innere des Mahlwerkes geratene Pflanzenteile werden durch die relativ
hohe Drehzahl des Rotors nach außen getragen und gelangen somit
selbsttätig
zwischen die rotierenden Schneidmesser und Hammerschläger und das
stets feststehende Gegenmesser am Gehäuse.
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Mindestens
ein Flächenbereich
der den Rotor am Umfang einhüllenden
Gehäusewandung
weist ein Sieb auf bzw. ist als Sieb ausgebildet, über das insbesondere
die auf eine entsprechende Mindestgröße zerkleinerten Pflanzenteile
dann aus dem Inneren des Gehäuses
des Nachzerkleinerers abgeführt
werden können.
Das Sieb ist insbesondere an der Umfangsfläche der Gehäusewandung ausgebildet und
weist dabei eine bestimmte Maschenweite auf. Das Sieb ist bevorzugt
auf der nach unten weisenden Umfangsfläche der Gehäusewandung angeordnet, so dass
sich in diesem Bereich durch Schwerkraft sammelnde Kleinstpflanzenteile
problemlos durch das Sieb in einen Sammelraum des Nachzerkleinerers
gelangen und von dort aus über einen
Auslass direkt in zum Beispiel den Reaktionsbehälter einer Biogasanlage gefördert werden
können.
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Eine
andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die dem Vorzerkleinerer
vorgeschaltete Fördereinrichtung
ein Stetigförderer
mit einem endlos umlaufenden Förderorgan
ist. Der Einsatz eines Stetigförderers
zum Zuführen
der verpressten Pflanzenteile zum Vorzerkleinerer stellt eine konstruktiv
vorteilhafte Möglichkeit
zur Ausbildung einer Fördereinrichtung
dar. Die entsprechend hintereinander auf der Fördereinrichtung zu platzierenden
Ballen können
in einem beliebigen Abstand zueinander auf der Fördereinrichtung positioniert
werden, da sich mit Hilfe des endlos umlaufenden Förderorganes,
welches zum Beispiel als Förderband
oder als Kratzkette ausgebildet sein kann, ein jeweils nachfolgend
zu zerkleinernder Ballen stets relativ einfach in den Arbeitsbereich
des Vorzerkleinerers mit seinen mit Wendeln ausgestalteten Walzenkörpern bringen lässt.
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Bevorzugt
weist die Fördereinrichtung
dazu wenigstens einen Antrieb mit einer Regeleinrichtung für einen
leistungsgeregelten Vorschub der verpressten Pflanzenteile auf, über den
mit Vorteil der Vorschub der insbesondere zu einem Ballen verpressten Pflanzenteile
in Abhängigkeit
zu dem am Antrieb der Fördereinrichtung aufzubringenden
Antriebsleistung erfolgt. Dabei wird dann die Antriebsleistung und
damit verbunden die Vorschubgeschwindigkeit des Förderbandes,
im Falle eines erschwerten Zerkleinerungsprozesses und des damit
im Zusammenhang steigenden Stromes für den Antrieb, um ein vorbestimmtes
Maß verringert.
Ebenso kann die Vorschubgeschwindigkeit bei einem entsprechend verringerten
Widerstand beim Zerkleinern automatisch erhöht werden. Zur Leistungsregelung
des Antriebes weist dessen Regeleinrichtung vorzugsweise entsprechende
Messgrößen erfassende
Sensoren auf, wie zum Beispiel einen Stromsensor. Der Antrieb für die Fördereinrichtung
kann beispielsweise auch zum Antreiben der Walzenkörper des
Vorzerkleinerers genutzt werden, welcher insbesondere in einem Endbereich der
Fördereinrichtung
montiert wird.
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Als
Antrieb kann beispielsweise ein Elektromotor Anwendung finden, dessen
Verwendung eine vorteilhaft einfache Möglichkeit zur Erzeugung einer Drehbewegung
für die
als Stetigförderer
mit einem endlos umlaufenden Förderband
ausgebildete Fördereinrichtung
ermöglicht.
Der Einsatz eines Elektromotors hat des Weiteren den Vorteil, dass
die zum Betreiben des Motors benötigte
Primärenergie
relativ einfach bereitgestellt werden kann. Die Übertragung der Drehbewegung
vom Elektromotor auf eine das Förderband
antreibende Antriebstrommel kann zum Beispiel mit Hilfe eines Getriebes
erfolgen.
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Bei
einem Zerkleinerer für
Pflanzenteile, mit zumindest einem zwangsbewegten Mahlwerk, für den selbstständiger Schutz
beantragt wird, ist vorgesehen, dass dieser gemäß zumindest einer der Ansprüche 7 bis
11 ausgebildet ist. Ein derartig erfindungsgemäß ausgebildeter Zerkleinerer
ermöglicht stets
eine vorteilhafte Verarbeitung von bereits auf eine vorbestimmte
Größe vorzerkleinerten
Pflanzenteilen. Die vorzerkleinerten Pflanzenteile können insbesondere
mittels einem Schneidmesser und Hammerschläger aufweisenden Rotor auf
eine bevorzugte Mindestgröße zerkleinert
werden können.
Damit an dem dem Mahlwerk vorgeschalteten Wirbeltrichter insbesondere
seinem waagerecht ausgerichteten Einlass bzw. Eintrittsöffnung die
im Inneren des Wirbeltrichters sich umherbewegenden Pflanzenteile nicht
austreten, weist dieser eine sich um eine in den Einlass hineinragende
Zuführung
herumlegende Abdeckung auf.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist
in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
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1:
eine Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung
im Schnitt;
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2:
eine vergrößerte Ansicht
des erfindungsgemäßen Nachzerkleinerers
nach 1, und
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3:
eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Nachzerkleinerers im Schnitt.
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Mit 1 ist
eine Vorrichtung zum Zerkleinern von insbesondere zu Ballen 2 verpressten
Pflanzenteilen bezeichnet, die wenigstens eine Fördereinrichtung 3 für die zu
zerkleinernden Ballen, mindestens einen Vorzerkleinerer 4 und
einen Nachzerkleinerer 5 aufweist. Die Fördereinrichtung 3 ist
insbesondere als Stetigförderer
mit einem endlos umlaufenden Förderband 6 ausgebildet,
wobei das Förderband 6 um zwei
Trommeln 7, 8 geführt ist, von denen die Trommel 7 mit
einem Antrieb 9 gekoppelt ist. Beim Antrieb 9 handelt
es sich um einen leistungsgesteuerten Antrieb, der in Abhängigkeit
zu der beim Zerkleinern des Ballens 2 auftretenden Widerstandskraft
die Vorschubgeschwindigkeit des in Förderrichtung 10 bewegten
Ballens 2 regelt. Der Vorzerkleinerer 4 ist dabei
in einem Endbereich 11 der Fördereinrichtung 3 angeordnet,
wobei mittels der Fördereinrichtung 3 die
Zerkleinerung des Ballens von dessen Stirnseite aus erfolgt. Der
Vorzerkleinerer 4 weist dazu insbesondere vier Walzenkörper 12 bis 15 auf,
deren Rotationsachsen vorzugsweise waagerecht und quer zur Förderrichtung 10 des
Ballens 2 verlaufen. Die Walzenkörper 12 bis 15 sind
bevorzugt versetzt übereinander
angeordnet, wobei der oberste Walzenkörper 12 am weitesten
entgegen der Förderrichtung des
Ballens vorsteht und somit als Erster in Eingriff mit dem zu zerkleinernden
Ballen gelangt. Jeder Walzenkörper 12 bis 15 weist
zudem auf seiner Mantelfläche
eine Vielzahl von insbesondere nach außen in Umfangsrichtung abstehenden
Schneidmessern 16, 16', 16'' auf,
mittels denen die den Ballen ausbildenden Pflanzenteile entsprechend
zerkleinert und gleichzeitig am Ballen 2 gelöst werden.
Darüber
hinaus weist jeder Walzenkörper 12 bis 15 jeweils
eine Wendel mit zueinander gegenläufigen Steigungen auf. Über die
Wendeln werden die am Ballen gelösten
Pflanzenteile zum Mittenbereich der Walzenkörper hin bewegt und anschließend über einen
unterhalb des untersten Walzenkörpers 15 ausgebildeten Auswurf 17 abgeführt. Der
Auswurf 17 ragt dabei insbesondere in einen als Zuführbereich
für den
Nachzerkleinerer 5 dienenden Wirbeltrichter 18 hinein,
innerhalb dem sich dann ein vorzerkleinertes Pflanzenteilgemenge 19 befindet.
Das sich im Wirbeltrichter 18 des Nachzerkleinerers 5 befindende
Gemenge 19 wird dabei durch die Rotationsbewegung eines
sich im Mahlwerk 20 mit relativ hoher Drehzahl bewegenden
Rotors 21 an der Wandung 22 des Wirbeltrichters 18 entlang
bewegt. Durch das Nachführen
von vorzerkleinerten Pflanzenteilen werden automatisch Pflanzenteile
in das Mahlwerk 20 hineingeschoben und dort mittels des
Rotors 21 zu einer bestimmten Mindestgröße zerhackstückt. Die
dann auf ein Mindestmaß zerkleinerten
Pflanzenteile werden dann über
die am Mahlwerk angeschlossenen Abführleitungen 22 zum
Beispiel unmittelbar einem Reaktionsbehälter einer Biogasanlage zugeführt.
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In
den 2 und 3 ist eine vergrößerte Ansicht
des Nachzerkleinerers 5 dargestellt, um insbesondere dessen
Aufbau und Funktionsweise zu verdeutlichen. Das Mahlwerk 20 weist
ein den Rotor 21 nahezu vollständig einschließendes Gehäuse 23 auf,
an dem der Wirbeltrichter 18 angeordnet ist. Die Einlassöffnung 24 des
Wirbeltrichters 18 ist insbesondere waagerecht zur Flächennormalen
ausgerichtet, wohingegen die Auslassöffnung des Wirbeltrichters 18 eine
senkrechte Ausrichtung aufweist. Unmittelbar der Auslassöffnung bzw.
dem Gehäuseeinlass 25 zugeordnet
ist der Rotor 21 des Mahlwerkes 20, mittels dem
die vorzerkleinerten Pflanzenteile weiter zerkleinert werden. Der
Rotor 21 weist dazu mehrere Schneidmesser 26, 27, 28 auf
und ist zusätzlich
mit wenigstens einem Hammerschläger 29 ausgerüstet. Auf
der Innenseite des Gehäuses
sind zwischen die Schneidmesser 26, 27, 28 und
den Hammerschläger 29 vorstehende
Gegenmesser 30 angeordnet. Wenigstens ein vorbestimmter
Wandbereich, der den Rotor in Umfangsrichtung umgebenden Gehäusewandung 31 ist
als Sieb 32 ausgebildet, über das die entsprechende Mindestgröße aufweisenden
Pflanzenteile in einen Sammelraum 33 unterhalb des Mahlwerkes
durchfallen können
und von dort aus direkt beispielsweise zu einem Gärprozess zugeführt werden.
Der Rotor 21 des Mahlwerkes wird insbesondere über ein
mit dem Gehäuse 23 gekoppelten
Elektromotor 34 angetrieben.