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Die Erfindung betrifft eine Luftwirbelmühle mit wenigstens:
- – einem Gehäuse mit einer Mahlkammer mit wenigstens einer Zulauföffnung und einer Auslauföffnung,
- – einem Rotor, der drehbar in dem Gehäuse gelagert ist und der eine Rotorwelle mit mehreren nebeneinander liegenden, jeweils am Umfang mit Schlagplatten versehenen Mahlscheiben aufweist, und
- – einer Antriebseinrichtung, die mit dem Rotor verbunden ist.
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Eine solche Luftwirbelmühle ist aus der
DE-PS 1 164 805 der Anmelderin bekannt und hat sich seit über 50 Jahren bewährt. Es können damit verschiedene Stoffe fein gemahlen werden, nicht nur Naturstoffe und Naturprodukte wie Getreide, sondern auch Kunststoffreste, Metallreste und dergleichen, wobei sogar Verbundstoffe getrennt werden können. Die bekannte Luftwirbelmühle sieht einen vertikal angeordneten, stehend gelagerten Rotor vor. Die Förderrichtung verläuft üblicherweise entgegen der Schwerkraft. Der einzige Nachteil der bewährten Luftwirbelmühle besteht darin, dass im Falle eines Schadens am unteren Wellenlager eine nahezu vollständige Demontage erforderlich ist, um an die Lagerstelle ganz unten im Maschinenbett zu gelangen und das Lager austauschen zu können. Angesichts der mitunter beträchtlichen räumlichen Abmessungen solcher Luftwirbelmühlen ist dieser Reparaturfall sehr arbeits- und zeitintensivaufwändig durchzuführen.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, im Reparaturfall einen einfachen und schnellen Austausch des Lagers zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine Luftwirbelmühle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Dadurch, dass die Rotorwelle horizontal gelagert ist und dass das Gehäuse aus zwei Gehäusehälften gebildet ist, ist der gesamte Rotor schon nach Abnehmen von nur der oberen Gehäusehälfte unmittelbar zugänglich. Auch die Lagerstellen sind dann unmittelbar zugänglich, sofern sie nicht ohnehin gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung außerhalb des Teils des Gehäuses, das den Rotor aufnimmt und die Wirbelkammer ausbildet, auf einem Maschinenbett angeordnet sind.
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Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch den direkten Antrieb, bei dem die Motorwelle mit der Rotorwelle über eine Kupplung verbunden ist, die Belastung der Rotorwelle und deren Lagerung reduziert wird, weil keine zusätzliche Biegebelastung der Rotorwelle durch die im Stand der Technik erforderliche Riemenantriebe gegeben ist.
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Erfindungswesentlich ist die Vorsehung einer Trennebene zwischen einer oberen und einer unteren Gehäusehälfte, die in einem Winkel schräg zu einer horizontalen Ebene ausgerichtet ist.
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Die Schrägstellung der Trennebene ergibt, dass der Gehäusemantel der unteren, am Maschinenbett fest installierten Gehäusehälfte auf einer Seite höher gezogen ist, als auf der anderen. Somit steht auf der einen Seite der Luftwirbelmühle eine größere Mantelfläche zur Verfügung als auf der anderen, um einen Zu- oder Auslaufstutzen mit großem Durchmesser in das Gehäuse führen zu können.
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Insbesondere ist die Anordnung derart gewählt, dass ein Zulaufstutzen in der unteren und ein Auslaufstutzen in der oberen Gehäusehälfte münden.
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Sind die Stutzen an derselben Seite der Luftwirbelmühle angeordnet, dann sollte die Trennebene von unterhalb des Auslaufstutzens aus nach hinten unten abfallen.
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Weiterhin ergibt sich durch die Schrägstellung der Trennebene, dass sich an der einen Seite der Gehäusemantel bis über die Äquatorebene hinaus erstreckt, also einer gedachten Ebene, die durch eine horizontal ausgerichtete Durchmesserlinie verliefe. Damit wird es möglich, dort eine Öffnung vorzusehen, um eine Direktzuführung in die Wirbelkammer zu ermöglichen, und zwar mit einer Zuführrichtung, die radial und senkrecht in Bezug auf die Rotorwelle verläuft. Eine solche Direktzuführung umgeht eine in Förderrichtung den Mahlscheiben vorgeschaltete Ventilatorkammer, so dass insbesondere auch feuchtes Mahlgut in die Wirbelkammer gegeben werden kann.
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Die Schrägstellung der Trennebene zu einer horizontalen Ebene erfolgt bei zylindrischen Gehäusen bevorzugt in einem relativ kleinen Winkelbereich von α = 10°...30°. Dies ist vorteilhaft in Bezug auf eine Demontage des Rotors, wie nachfolgend erläutert wird:
Sieht man die Luftwirbelmühle im Querschnitt, so ergibt sich für die X-Koordinate (entsprechend der waagerechten Durchmesserachse) eines beliebigen Punktes Px,y an einer Kante der unteren Gehäusehälfte in der Trennebene die folgende Beziehung: X = √R² – Y²
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Das bedeutet in Worten, dass bei konstantem Radius des Gehäuses der Punkt Px,y am Gehäusemantel schnell nach innen wandert, je größer seine Y-Komponente ist, je weiter also der Punkt Px,y ober- oder unterhalb der Horizontalen liegt. Da aber der Radius des Rotors konstant ist und der Luftspalt zwischen Rotor und Gehäuse nur klein ist, wird die Gehäusekante bei einer zu hoch gezogenen und somit in X-Richtung nach innen wandernden Kante dem Rotor bald im Weg stehen, wenn dieser in genau lotrechter Richtung aus der unteren Gehäusehälfte herausgehoben werden soll, z.B. mit einem Kran. Idealerweise müsste eine Demontagerichtung immer senkrecht zur Trennebene gewählt sein. Da jedoch die Rotoren eine hohe Masse haben und daher nur mit einem Kran handhabbar sind, ist die Entnahme oder das spätere Einsetzen nicht in vertikaler, sondern in schräger Richtung nur schwer durchführbar, wobei beträchtliche Vorkehrungen getroffen werden müssen, um Kollisionen zwischen Rotor und Gehäuse zu vermeiden.
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Wird jedoch der genannte bevorzugte Winkelbereich gewählt, kann bei üblichen Ausbildungen des Rotors wie des Stators an der Innenseite des Gehäuses eine einfache Kranmontage durch Heben und Senken in vertikaler Richtung erfolgen, ohne dass der Rotor mit den Kanten des geöffneten Gehäuses kollidierte
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Die Antriebseinrichtung sollte ein Elektromotor sein, dessen Motorwelle mit der Rotorwelle fluchtend ausgerichtet und mit dieser über ein Kupplungselement direkt verbunden ist. Der Direktantrieb vermeidet Biegemomente am Lager und an der Rotorwelle, die bei herkömmlicher Bauweise aus der Riemenvorspannung resultieren. Es ergibt sich somit an der Rotorwelle nur ein gleichmäßiger, statischer Biegemomentenverlauf zwischen den Lagerstellen sowie eine Torsionsbeanspruchung.
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Um die Torsionsbeanspruchung der Rotorwelle gering zu halten, ist es vorteilhaft, wenn der Motor mit dem bei der Zulauföffnung angeordneten Ende der Rotorwelle verbunden ist. Da der Abstand zwischen dem Wellenende und dem Beginn der Mahlzone klein ist, in welcher am noch unzerkleinerten Mahlgut die höchsten Umfangskräfte auftreten, wird nur der Endbereich der Rotorwelle belastet, und eine Torsion der Rotorwelle über eine größere Länge wird vermieden.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform ist vorgesehen, den Zulaufstutzen im Grundriss gesehen parallel zur Rotorwelle, oder in einem Winkel von bis zu 10°, auszurichten und in das Gehäuse einzuführen, und zwar an der Stirnseite, welche dem Motor zugewandt ist.
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Eine zweite Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Zulaufstutzen im Grundriss gesehen in einem Winkel von 45° bis 80° zur Rotorachse ausgerichtet ist. Der Zulaufstutzen mündet dabei im äußeren Bereich an der Stirnseite des Gehäuses, z.B. unterhalb der Rotorwelle. Durch die Schrägstellung erhält das in die Ventilatorebene eingeführte Gut eine Vorbeschleunigung auch in tangentialer Richtung.
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Der Effekt der Vorbeschleunigung des aufgegebenen Gutes in Rotationsrichtung wird noch dadurch erhöht, dass der Zulaufstutzen unabhängig von dem Zuführwinkel in der Grundsrissebene auch gegenüber einer Horizontalen schräg ausgerichtet ist und dass sich eine Mündungsöffnung des Zulaufstutzens in der Stirnwand in tangentialer Richtung erstreckt.
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In dem Zulaufstutzen kann eine Förderschnecke angeordnet sein, um im Luftstrom schlecht fließfähige Güter in die Wirbelkammer zu fördern.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
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1 eine Luftwirbelmühle nach der Erfindung in Ansicht auf eine vom Antrieb abgewandte Stirnseite des Gehäuses;
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2 eine erste Ausführungsform der Luftwirbelmühle in einem seitlichen Schnitt entlang der Rotationsachse von der Rückseite gesehen;
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3 die Luftwirbelmühle in Ansicht auf die Vorderseite;
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4a, 4b eine Luftwirbelmühle gemäß einer zweiten Ausführungsform in Ansicht auf die Stirnseite, jeweils mit einem Zulaufstutzen und einem geschnittenen Zulaufstutzen; und
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5a, 5b eine Luftwirbelmühle gemäß einer dritten Ausführungsform in Ansicht auf die Stirnseite, jeweils mit einem Zulaufstutzen und einem geschnittenen Zulaufstutzen.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Luftwirbelmühle 100, und zwar von der Stirnseite eines Gehäuses 10 an der vom Antrieb abgewandten Seite her.
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Vorne im Zentrum ist ein Lager 23 für eine Rotorwelle 31 erkennbar, das über eine Konsole 27 auf einem Maschinenbett 20 abgestützt ist.
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Das Gehäuse 10 besteht aus einer unteren Gehäusehälfte 11 und einer oberen Gehäusehälfte 12, die an einer Trennebene 13 jeweils Flansche zur druckstoßfesten Verbindung miteinander aufweisen. An der unteren Gehäusehälfte 11 ist ein Zulaufstutzen 15 angesetzt, der deutlich unterhalb der Rotorwelle 31 mündet. Die untere Gehäusehälfte 11 ist über zusätzliche Konsolenelemente 26 mit dem Maschinenbett 20 verbunden, um die Abstützung des Gehäusemantels, welcher an seiner Innenseite die Statorplatten der Mühle trägt und daher beim Mahlvorgang auch durch tangentiale Kräfte belastet wird, nicht über die Rohrleitungen vorzunehmen.
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Deutlich sichtbar ist die erfindungsgemäße Schrägstellung der Trennebene 13 gegenüber der Horizontalen, die hier beim Ausführungsbeispiel 20° beträgt. Damit wird an dem rechten, hochgezogenen Teil des Mantels der unteren Gehäusehälfte 11 insbesondere genügend Fläche für eine Direktzuführungsöffnung 18 geschaffen, die unmittelbar auf der horizontalen Durchmesserebene liegt.
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2 zeigt die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Luftwirbelmühle 100 in Schnittansicht von der Rückseite, welche von den Zulauf- und Auslaufstutzen 14, 15 abgewandt ist.
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Ein Rotor 30 ist mit seiner Rotorwelle 31 an Lagerelementen 22, 23, welche außerhalb des Gehäuse 10 auf Lagerkonsolen 21, 27 positioniert sind, drehbar gelagert. Das Ende der Rotorwelle 31 ist über eine Kupplung 25 direkt mit einem Motor 24 verbunden.
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Der Rotor 30 umfasst in an sich bekannter Weise ein Ventilatorelement 32 zur Vorverteilung des einlaufenden Gutes und eine Vielzahl von Mahlscheiben 33. Das Ventilatorelement 32 und die Mahlplatten 33 sind in einer Wirbelkammer 16 des Gehäuses 10 angeordnet. Die Mahlscheiben 33 sind umfangsseitig mit Schlagplatten oder Messerköpfen versehen, welche an dem als Stator ausgebildeten Innenmantel des Gehäuses 10 entlang laufen, ohne den Stator jedoch zu berühren.
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Die Strömungs- und Förderrichtung ist in 2 von links nach rechts. Der Zulaufstutzen 15 erfährt unterhalb der Kupplung 25 und der Lagerstelle 22 eine Umlenkung um 90° und wird durch die Lagerkonsole 21 hindurch geführt, um parallel zur Rotorachse 31 im unteren Bereich der Stirnseite des Gehäuses 10 zu münden.
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Das aufgegebene Gut läuft durch den Spalt zwischen Rotor und Stator und wird dort zerkleinert. Das gemahlene Gut gelangt in den freien Bereich vor der anderen Stirnseite des Gehäuses 10 und durch den Auslaufstutzen 14 nach außen.
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3 zeigt die Luftwirbelmühle 100 von der Vorderseite mit Blick auf den Zulaufstutzen 15, der hier im Bereich zwischen einem Lagerelement 22 und dem Motor 24 unter die Motorwelle bzw. Kupplung tritt und unterhalb derer in einem Winkel geradlinig auf die Stirnseite 17 geführt ist.
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Deutlich erkennbar in 3 ist auch die hier mit einem Deckel verschlossene Direktzuführungsöffnung 18. Aufgrund die Schrägstellung der Trennebene 13 ist der Mantel der unteren Gehäusehälfte 11 soweit hochgezogen, dass die Direktzuführungsöffnung 18 vollständig auf einer Gehäusehälfte, hier der unteren Gehäusehälfte, zu platzieren ist, so dass Abdichtungsprobleme, die bei einer Durchführung genau durch eine Trennstelle in einer Durchmesserebene auftreten würden, vermieden werden.
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Die 4a zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Luftwirbelmühle 100’ in Ansicht auf die dem Motor 24 zugewandte Stirnseite 17’. Die Ausbildung des Maschinenbettes mit den Lagern sowie der Antrieb mit Kupplung sind identisch zur vorstehend beschrieben ersten Ausführungsform.
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Das Gehäuse 10’ ist auch in Bezug auf die Anordnung der Trennebene 13’ zwischen den Gehäusehälften 11’, 12’ sowie auf die Anordnung des Auslaufstutzen 14’ ebenfalls gleich zu ersten Ausführungsform. Unterschiedlich ist nur die Anordnung des Zulaufstutzens 15’, der bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der Luftwirbelmühle 100’ schräg in der Stirnseite 17’ des Gehäuses 10’ mündet.
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Durch die schräge Zuführung ergibt sich eine längliche Zuführungsöffnung am Übergang des Zulaufstutzens 15’ in die Stirnwand 17’, wobei die längliche, waagerechte Erstreckung dieser Öffnung in 4b erkennbar ist, in der der Zulaufstutzen 15’ geschnitten ist.
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5a zeigt eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Luftwirbelmühle 100'' in Ansicht auf die dem Motor 24 zugewandte Stirnseite 17''. Die sonstige Ausbildung der Luftwirbelmühle 100'' ist hinsichtlich Rotor, Antrieb, Lagerung und Maschinenbett usw. wieder gleich zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen.
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Unterschiedlich ist, dass der Zulaufstutzen 15'' nicht nur in der Grundrissebene schräg an die Stirnwand geführt ist, wie bei der Luftwirbelmühle 100'' nach den 4a, 4b auch, sondern dass er auch noch schräg nach oben weist. Dadurch ergibt sich eine Zulauföffnung in der Stirnseite 17'', die elliptisch geformt ist und deren lange Durchmesserachse parallel zu einer Tangente, also senkrecht zum Radius, gestellt ist. Das zugeführte Gut hat also durch die Schrägstellung in der Grundrissebene am Zuführpunkt eine axiale Geschwindigkeitskomponente parallel zur Rotorachse, und durch die Schrägstellung in der Höhe erfolgt die Einspeisung zudem auf einem bestimmten Teilkreis, so dass das Mahlgut keine stärkere radiale Bewegungsrichtung eingeprägt hat. Als Folge dessen wird das aufgegeben Gut zielgerichtet in den Wirkungsbereich des Rotors gespeist, ohne zu sehr in der vorgeschalteten Einlaufstufe zu verwirbeln.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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