DE3702484A1 - Verfahren und vorrichtung zum zerkleinern von festkoerperteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zerkleinern von Festkörperteilen unter wiederholter abwechselnder Abkühlung und Erwärmung.

Es sind verschiedene Vorschläge bekannt, plötzliche oder langsame Temperaturänderungen zur Zerkleinerung von Festkörperteilen einzusetzen, wobei teils langsam, teils aber auch augenblicklich erwärmt oder abgekühlt wird.

Hauptanwendungsgebiet solcher Verfahren ist die Zerkleinerung von Gestein und Erz. So können ganze Gesteinsblöcke augenblicklich zertrümmert werden, um eine gewünschte kleinere Körnung etwa zur Bodenbefestigung bzw. für den Straßenbau zu erhalten. Ebenso lassen sich durch die Zerkleinerung von Erzen in diesen enthaltene Metallpartikel, Edelsteine, Kristalle und dergleichen freilegen.

Einige dieser Verfahren, bei welchen vornehmlich durch Erhitzen unter Ausnutzung der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten zusammengeschlossener Teile Diamanten und andere kostbare Materialien gewonnen werden, sind in der US-PS 16 79 857 beschrieben.

Die US-PS 37 97 757 zeigt ferner eine auf einem Fahrzeug angebrachte Zerkleinerungsvorrichtung, die direkt am Gewinnungsort eingesetzt werden kann. Dabei werden quaderförmige Steinblöcke in einem mit einer waagerechten Achse gehaltenen kugelförmigen Gehäuse angebracht und abwechselnd einem Wärmeschock und einem Kühlvorgang ausgesetzt. Diese Wechseleinwirkung wird so lange fortgesetzt, bis man Steine der gewünschten Größe erhält.

Es ist ferner bekannt, Steine und andere Festkörperteile durch "Eissprengung" zu zerkleinern. Dabei werden Steine, Metallstäbchen oder andere Gegenstände in flüssiger Luft sehr tief abgekühlt und dann ins Wasserbad geworfen, wo sie sich augenblicklich mit einem sich sehr schnell ausdehnenden Eismantel überziehen und durch dessen plötzliche Volumenvergrößerung in kleine Teile zersprengt werden.

Diese bekannten Verfahren haben zwar gegenüber herkömmlichen Zerkleinerungsmethoden verschiedene Vorteile wie geringen Abrieb. Nachteilig sind dagegen die sehr hohen oder sehr niedrigen eingesetzten Temperaturen, die erheblichen Energieverluste und bei der Eissprengung auch der unkontrollierte Ablauf, die mit einem größeren explosionsartigen Vorgang verbundenen Gefahren, die fehlende Gleichförmigkeit der Zerkleinerung, sowie die mangelnde Ausbeute. Diese Verfahren haben sich deshalb in der Praxis nicht durchsetzen können.

Die Erfindung geht aus von dem eingangs definierten Verfahren und verfolgt die Aufgabe, dieses Verfahren auf solche Weise weiterzubilden, daß bei verhältnismäßig kleinen Temperaturdifferenzen mit möglichst geringen Energien und weitgehend gefahrlos eine kontrollierte, gleichmäßige Zerkleinerung erreicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäß von einer Quellflüssigkeit durchsetzte hydrophile oder hygroskopische Festkörper mehrfach abwechselnd unter den Gefrierpunkt der Quellflüssigkeit abgekühlt und über diesen Gefrierpunkt hinaus erwärmt.

Hier wird also Gebrauch gemacht von der bisher weitgehend unkontrolliert eingesetzten Eissprengung, die einzeln jetzt auf kleine Dimensionen zurückgeführt mehrfach wiederholt wird, bis ein gewünschter Feinheitsgrad erreicht ist. Die jeweils notwendige Behandlungsweise wie Temperaturdifferenz, Einwirkungsdauer usw. kann nur für ein bestimmtes Material ermittelt werden. Wie Versuche gezeigt haben, tritt nämlich bei zu schnell durchgeführtem Gefriervorgang keine oder nur eine ungenügende Volumenvergrößerung ein, und die Eiskristalle deformieren sich. Wird dagegen der Gefriervorgang zu langsam durchgeführt, geht Zeit verloren, und halbelastische Werkstoffe werden nicht in der notwendigen Weise aufgerissen. Es muß aber dafür gesorgt sein, daß dieses Material für den Sprengvorgang aufgeschlossen ist. Entweder enthält es selbst hinreichend verteilte Quellflüssigkeit oder diese Quellflüssigkeit muß den Festkörperteilchen vermittelt werden und sich möglichst fein in diesem Material verteilen können. Daher ist auch nur eine bestimmte Auswahl von Stoffen für den erfindungsgemäßen Zerkleinerungsvorgang geeignet. Die beste Zerkleinerungswirkung wird gerade dort erzielt, wo die Quellflüssigkeit tief in die Mahlgutteilchen, bei Agglomeraten etwa zwischen die Kristallgrenzen einfließen kann.

Ein besonderer Vorteil dieser Arbeitsweise besteht darin, daß man mit verhältnismäßig geringen Temperaturdifferenzen auskommt, was je Wärmezyklus nur kleine mechanische Einwirkungen mit sich bringt, aber die Beherrschung des Mahlvorganges erleichtert. Während der Zerkleinerung tritt keine Überhitzung des Produktes ein, wie dies beispielsweise für mechanische Zerkleinerung, Hochtemperaturverformung und dergleichen zutrifft. Eigenschaften des Mahlgutes wie Geschmack, Farbe, Wirkung bestimmter Wirkstoffe und dergleichen bleiben in aller Regel unverändert erhalten. Neben Verschleiß wird auch eine Verunreinigung des Mahlgutes vermieden.

Zweckmäßigerweise werden die Festkörperteile zunächst mit einer wässrigen Quellflüssigkeit getränkt, dann zum Erreichen einer Endfeinheit von 1 bis 20 µm bis unter eine Korngröße von etwa 50 µm vorzerkleinert und daraufhin einem vielfachen Temperaturwechsel um den Gefrierpunkt der Quellflüssigkeit ausgesetzt. Der Gefrierpunkt selbst und die einzusetzenden End-Temperaturbereiche sollen unter den vorhandenen Bedingungen zunächst ermittelt werden.

Nach einem weiteren Erfindungsvorschlag werden ein vorwiegend durch Festkörperteilchen gebildetes Mahlgut und die Quellflüssigkeit zu einer breiartigen Masse vermischt, insbesondere zur Bildung einer Suspension einer Agitation wie Rühren oder Rütteln ausgesetzt. Je nach dem spezifischen Gewicht des Mahlgut-Feststoffes sollte dabei eine Viskosität von etwa 10 000 bis 50 000 mPA · s erreicht werden, um eine Sedimentierung durch Temperaturveränderung während des Mahlvorganges zu vermeiden. Auf diese Weise wird das Mahlgut nicht nur gleichmäßiger in der Quellflüssigkeit verteilt, sondern es wird vor allem das Eindringen der Quellflüssigkeit in die Außenfläche der Mahlkörperteilchen begünstigt.

Zur weiteren Begünstigung dieses Eindringens kann der Quellflüssigkeit, in der Regel Wasser, ein Netzmittel zugesetzt werden. Dadurch werden die Haftkräfte vermindert und die Kapillarwirkung verbessert, was das Eindringen in das Kristallgitter erleichtert. Andererseits wird durch solche Zugabe der Gefrierpunkt verändert, was jeweils neu überprüft werden sollte.

Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, aus dem von Quellflüssigkeit durchsetzten Mahlgut einzelne Chargen zu bilden, die hintereinander durch einander abwechselnde Wärme- und Kältezonen hindurchgeführt werden. Auf diese Weise läßt sich der ganze Mahlvorgang mechanisieren bzw. automatisieren, und kann einen kontinuierlichen Ablauf erhalten, sobald die notwendigen Betriebsdaten festgelegt sind.

Die Heiz- und Kühlvorgänge werden dabei begünstigt, wenn die einzelnen Chargen des Mahlgutes in einzelne gegeneinander wärmeisolierte Aufnahmekammern eingefüllt werden. Dabei wird zweckmäßigerweise das Mahlgut in unmittelbar aneinanderschließenden Aufnahmeabteilen abwechselnd gekühlt und erwärmt. Wenn ferner die Wärme- und Kälteeinwirkungen so geregelt werden, daß Gefrier- und Auftauzeit gleich lang sind, wird die Ausübung des Verfahrens weiter vereinfacht und ist besser zu mechanisieren.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Zerkleinern von Mahlgut unter wiederholter abwechselnder Erwärmung und Abkühlung, insbesondere zum Ausüben des vorgeschilderten Verfahrens, welche Vorrichtung analog zu der oben gestellten Aufgabe weitergebildet werden soll.

Dies erfolgterfindungsgemäß vor allem dadurch, daß eine Transportspur für das Mahlgut von einer Mehrzahl in Transportrichtung hintereinander angeordneter, die Transportspur umschließender, jeweils von einer Wärmequelle bzw. einer Kältequelle gespeister Wärme- und Kältezonen vorgesehen wird, durch welche Zonen hindurch ein kraftbetriebenes Transportvehikel mit Aufnahmeabteilen für einzelne Mahlgutchargen geführt ist.

Wärme- und Kältequellen können ebenso nach Belieben ausgestaltet sein wie die einzusetzenden Wärme- und Kältezonen um das Transportvehikel, sofern nur Mahlgutchargen in getrennten Aufnahmeabteilen in geeigneter Weise durch diese Zonen hindurchgeführt werden, um abwechselnd bis unter den Gefrierpunkt abgekühlt bzw. wieder hinreichend über den Gefrierpunkt erwärmt werden zu können. Geht man vom Quellmittel Wasser aus, so sind dies Vorgänge, die sich ziemlich dicht im Bereich von 0°C abspielen, also keine Temperaturen, die außergewöhnliche Gefahren mit sich bringen. Auch dies trägt dazu bei, die Vorrichtung und deren Betriebsweise zu vereinfachen und in der gebotenen Weise zu vervollständigen, da die Betriebsenergien sich weitgehend darin erschöpfen, daß man der einen Portion eine bestimmte Wärmemenge zuführt, die man gleichzeitig der anderen Portion entzieht, braucht man dem System im Prinzip nur die "Reibungsverluste" zuführen. Damit ist der Energieaufwand außerordentlich verringert gegenüber mechanischer Zerkleinerung, wo nur 1% der eingesetzten Energie zur Zerkleinerung ausgenützt werden kann. Da nur wenige, zudem nur kurzzeitig und verhältnismäßig langsam mechanisch bewegte Teile vorhanden sind, ist die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Thermomühle verhältnismäßig groß, und die Wartungskosten sind geringer als bei mechanischen Zerkleinerungsanlagen.

Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird längs der Transportspur eine das langgestreckte Transportvehikel aufnehmende Wanne, insbesondere ein das Transportvehikel wenigstens abschnittweise mahlgutdicht umschließendes Tunnelrohr, aus gut wärmeleitendem Werkstoff, z. B. Chromnickelstahl, vorgesehen, auf dessen Außenseite einander unter Zwischenabständen abwechselnde Kühl- und Heizkammern angeformt und in dem Strömungskreis jeweils eines Kühl- oder Heizmediums eingeschaltet sind.

Die geringen, ohne weiteres von einer herkömmlichen Wärmepumpe aufzubringenden Wärme- und Kälteleistungen werden zweckmäßigerweise durch getrennte Regeleinrichtungen nach den ermittelten Betriebswerten eingeregelt, um Heiz- und Kühlzeiten abzugleichen. Das Transportvehikel kann eine Vielzahl unter Zwischenabständen quer zur Transporteinrichtung angeordnete Trennwände aufweisen, die mit ihrem Außenrand abdichtend an der Innenfläche des Tunnelrohres anliegen und zwischen sich die Aufnahmeabteile bilden.

Transportspur und Tunnelrohr können nach Bedarf geradlinig oder gekrümmt etwa in einer kreisförmigen Schleife ausgebildet sein. Dabei verdient die Schleifenform den Vorzug, da sie grundsätzlich einen ununterbrochenen Betrieb ermöglicht. Um die Führung zu erleichtern wird zweckmäßigerweise das Transportvehikel als Gliederzug, insbesondere Schubzug, mit einer Vielzahl hintereinander angeordneter Transportkörper gebildet, die jeweils wenigstens eine Trennwand aufweisen und schwenkeinstellbar druckfest aneinander abgestützt sein können.

Diese Trennwände sollen wenigstens zu ihrem Außenrand hin teilelastisch verformbar, entlang Schrägflächen verdünnt und mit den einstückig ausgebildeten Transportkörpern aus einem abriebfesten und gegen Temperaturwechsel unempfindlichen Werkstoff bestehen. Die Trennwände sind jeweils im Abstand einer Teilung t vorgesehen, mit welcher der ganze Transportweg auch hinsichtlich der Kälte- und Wärmekammern aufgeteilt ist.

Das Transportvehikel ist zweckmäßigerweise mit einem stufenlos regelbaren Antriebsaggregat versehen, das eine Schaltschritt-Einrichtung aufweist, deren Schrittlänge der Trennwand-Teilung entspricht und deren Schrittpausen stufenlos einstellbar vorgesehen sind.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den Unteransprüchen festgehalten und werden in der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung ausführlich erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Wärmemühle, etwa nach der Linie I/I in Fig. 2 geschnitten,

Fig. 2 eine teilweise nach der Linie II/II in Fig. 1 geschnittene Ansicht der Thermomühle aus Fig. 1 und

Fig. 3 einen Transportkörper in gegenüber Fig. 2 vergrößerter Darstellung.

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine vereinfachte Ausführung einer Thermomühle mit linear bewegtem Schieber nach der Schnittlinie IV-IV in Fig. 5 und

Fig. 5 einen Querschnitt durch diese Mühle nach der Schnittlinie V-V in Fig. 4.

Die dargestellte Thermomühle besteht im wesentlichen aus einem kombinierten Wärme- und Kälteaggregat (1) mit Regeleinrichtungen (2) und einem ringförmigen Mahlaggregat (3), das weitgehend von einem Isoliermantel (4) umschlossen ist.

Hauptteil des Mahlaggregates (3) ist ein aus gut wärmeleitendem Werkstoff wie Chromnickelstahl bestehendes Tunnelrohr (5), das hier beispielsweise kreisförmigen Querschnitt hat und eine kreisförmige Transportspur (6) zentrisch umschließt. Diese Transportspur liegt zentrisch zur Mühlenachse (7) in einer vorwiegend waagerechten Mahlebene (8). Dabei ist der durch die Transportspur (6) gebildete Kreis unterteilt in einen Mahlsektor a und einen Betriebssektor b, in welchem eine Fülleinrichtung (9), wenigstens eine Antriebseinrichtung (10) mit einem Motoraggregat (11) und ggf. eine nicht weiter gezeigte gesonderte Austragseinrichtung angebracht sind.

In dem Tunnelrohr (5) ist entlang der Transportspur (6) verschiebbar ein in einzelne Transportkörper (15) gegliedertes Transportvehikel (16) angebracht. Jeder Transportkörper (15) weist einen zentrischen Druckstab (17) auf, der an einem Ende eine erste Trennwand (18) und mit Abstand der Teilung t von dieser eine zweite Trennwand (18) aufweist. An seinem vorragenden Ende 17 a, das mit der Stirnfläche der erstgenannten Trennwand (18) zusammenfällt, ist eine kalottenförmige Höhlung (19) eingeformt, und das frei vorragende Ende (17 b) hat die Form einer identisch ausgebildeten konvexen Kugelfläche (22). Die Trennscheiben (18) haben dem Querschnitt des Tunnelrohres entsprechend kreisförmigen Umfang. Dort kann grundsätzlich jede andere geeignete Querschnittsform, beispielsweise Ellipse, Dreieck, Trapez, Quadrat oder dgl. mit irgendwie gestalteten Ecken vorgesehen sein.

Beide Stirnflächen (20) der Trennwände sind zur besseren Entleerung schwach kegelförmig ausgestaltet. Die Trennwände verdünnen sich also zu ihrem äußeren Rand (21) hin. Sie bilden mit der Innenseite (23) des Tunnelrohres (5) ringförmige Aufnahmeabteile (24) für das Mahlgut. Gleichgroße Aufnahmeabteile werden um das frei vorragende Ende (17 b) des Druckstabes (17) gebildet.

Dank der Kugel-Gelenkflächen (19, 22) können Transportkörper (15) ohne zugfeste Verbindungsmittel hintereinander in das Tunnelrohr (5) eingefüllt werden, und dann läßt sich das vielgliedrige Transportvehikel (16) nahezu beliebig längs der Transportspur antreiben.

Diese Transportspur kann grundsätzlich linear oder entlang jeder beliebigen Kurve, auch außerhalb einer Mahlebene (8); angelegt sein. Die lineare Anordnung kann ggf. den Antrieb vereinfachen, wenn auch auf diese Weise ein kontinuierlicher Betrieb nicht ohne weiteres möglich ist.

Die Transportkörper (15) bestehen zweckmäßigerweise aus einem hochverschleißfesten und wenigstens begrenzt elastisch verformbaren wärmeisolierenden Werkstoff, z. B. Kunststoff wie Delrin oder Polyamid, ggf. auch aus einem anderen verschleißfesten und wärmeisolierenden, gegen Temperaturwechsel unempfindlichen Werkstoff. Ein im wesentlichen starrer keramischer Werkstoff kann auch auf seiner Außenseite mit einem elastischen Randteil oder einer Randschicht versehen sein, die eine abdichtende Anpassung an die Innenseite des Transportrohres erlaubt und die allseiteige Ausdehnung bei der Eisbildung aufnehmen kann. Jedenfalls sollen die Trennwände (18) in allen Betriebszuständen eine hinreichende Abdichtung zwischen benachbarten Abteilen ermöglichen.

Auf der Außenseite des Tunnelrohres (5) sind einstückig doppelwandige Ringschalen (26) angeformt, die in der kreisförmigen Transportspur (6) die Teilung t bilden. Jeweils ein Aufnahmeabteil (24) ist somit stets von einer Ringschale (26) umschlossen. Dabei sind die Ringschalen als einander abwechselnd vorgesehene Wärmekammern (27) und Kältekammern (28) eingesetzt. Die Wärmekammern (27) sind auf ihrer Unterseite durch eine erste Zweigleitung (33) an eine Heizmittel-Zuführleitung (34) und durch eine auf ihrer Oberseite angeordnete Zweigleitung (31) an eine Heizmittel-Rücklaufleitung (32) angeschlossen. Ebenso ist die Kältekammer (28) oben über eine Zweigleitung (37) an eine Kühlmittel-Zuführleitung (38) und an ihrer Unterseite durch eine Zweigleitung (35) an eine Kühlmittel-Rücklaufleitung (36) angeschlossen. Als Heizmittel zum Auftauen des gefrorenen Mahlgutes wird zweckmäßigerweise warmes Wasser eingesetzt.

Die an der Außenseite ringförmig dicht angeordneten Heizmittelleitungen (32, 34) sind an das Wärmeleitungssystem (39) und die innen angeordneten Kühlmittelleitungen (36) an das Kältemittelleitungssystem (40) des Wärme- und Kälteaggregates (1) angeschlossen. Diese Leitungssysteme weisen jeweils Förderpumpen (41, 42) auf, die ebenso durch einstellbare thermostatische Regler (43, 44) der Regeleinrichtung (2) gesteuert werden wie etwa die zugehörige Einspritzpumpe. Das Kältemittel kann unmittelbar in die Kältemittel-Zuführleitung (38), besser noch direkt in die Kältekammern (28), eingespritzt werden und dort verdampfen. Es durchströmt die Kältekammern (28) von oben nach unten im Gegenstrom zum Heizmittel, das die Wärmekammern (27) von unten nach oben durchströmt.

In Fig. 1 sind der besseren Darstellung wegen die Trennwände (18) mit unveränderter Teilung auch über den Betriebssektor b hinaus dargestellt. Dort läuft das Transportvehikel (16) in Transportrichtung von rechts nach links. Daher gelangt das Mahlgut nach dem Auslauf aus dem Sektor a zunächst an der Kante (45) der Aussparung (48) über dem Schacht (47). Dabei ist das Mahlgut so weit erwärmt, daß an der Kante (45) Kavitation eintritt und das Mahlgut teils von selbst aus den Aufnahmeabteilen (24) herausfallen kann. Es kann aber auch durch geeignete bekannte Mittel wie Druckluft und dgl. gelöst werden.

Gegenüberliegend greift an der Oberseite des Tunnelrohres (5) durch eine Aussparung (51) ein um eine waagerechte Achse (52) drehbar gelagertes Antriebszahnrad (53) der Antriebsvorrichtung (10) mit seinen Zähnen (54) zwischen die einen Zahnkranz bildenden Trennwände (18) ein und fördert dadurch das Transportvehikel (16) in Richtung des Pfeiles (46) weiter.

In der gleichen lotrechten Ebene wie das Zahnrad (53) ist unter diesem in einer waagerechten Achse (55) drehbar ein zweites Zahnrad (56) innerhalb einer Erweiterung (57) des Schachtes (47) gelagert. Dieses Zahnrad (56) besteht aus verschleißfestem verhältnismäßig hochelastisch verformbarem Werkstoff und wird zweckmäßigerweise an den Antrieb des Zahnrades (53) angeschlossen. Auf diese Weise dient schon das Zahnrad (53) dazu, von der Oberseite des Transportvehikels das dort noch nicht entfernte Gut auszuputzen. Daher kann auch dieses Zahnrad eine begrenzte Anschmiegsamkeit haben und sollte die Druckstäbe (17) seitlich umgreifen. Das restliche Ausputzen wird dann durch das Zahnrad (56) besorgt, sodaß weitgehend das ganze Mahlgut ausgeputzt wird. Wie gesagt, kann aber auch dieser Putz- bzw. Reinigungsvorgang durch Ausblasen mit Druckluft, durch Ausspülen mit Wasser oder dgl. intensiviert werden.

Die sich an die Antriebseinrichtung (10) anschließende Fülleinrichtung (9) weist einen Vorratstrichter (61) auf, der sich nach unten hin in einem Füllrohr (62) fortsetzt, das in die Füllöffnung (63) des Tunnelrohres (5) einmündet und eine Stopfschnecke (64) aufnimmt, die vom regelbaren Füllantrieb (65) mit Getriebe (66) und Füllmotor (67) angetrieben wird. Die Öffnung (63) hat in Förderrichtung (46) die Weite 2 t.

Der Motorantrieb (65) kann grundsätzlich kontinuierlich betrieben werden. Er kann aber auch ebenso wie die Antriebseinrichtung (10) schrittweise jeweils über einen Schaltschritt entsprechend einer Teilung t betrieben werden. In diesem Fall muß das Motoraggregat (11) nicht unbedingt stufenlos veränderbare Geschwindigkeiten haben, da die Einwirkung durch die über ein Zeitrelais veränderliche Pausen gesteuert wird.

Vor Betriebsaufnahme der erfindungsgemäßen Thermomühle sollte zunächst das Mahlgut gesichtet und gegebenenfalls in geeigneter Weise aufbereitet werden. Es wird zweckmäßigerweise auf Kornabmessungen von etwa 50 my vorgemahlen und mit einer Quellflüssigkeit, insbesondere mit einem Netzmittel aufbereitetes Wasser, getränkt und durch Mischen zu einer breiartigen oder pastösen Masse, etwa durch Rühren oder Rütteln zu einer Suspension aufbereitet.

Soweit der Gefrierpunkt des Materials nicht bekannt ist, sollte er vor allem beim Einsatz eines Netzmittels ermittelt werden. Ebenso sollte bei einem bisher nicht verarbeiteten Material durch einen Probebetrieb die Dauer der Gefrier- und Auftauzeiten festgestellt und dann Wärme- und Kälteleistung an den Reglern (43, 44) so eingeregelt werden, daß die Zeiten gleich bleiben. Es ist auch darauf zu achten, daß bei Aufnahme eines Mahlbetriebes die Wärme- und Kälteräume, insbesondere auch das Leitungssystem (31 bis 38) auf die vorgesehene Betriebstemperatur gebracht werden bzw. wird.

Bevor man das Mahlgut in den Vorratstrichter (61) einfüllt, wird wenigstens kurzzeitig das Motoraggregat (11) mit eingeschaltet und dadurch das Transportvehikel über einem Winkel gedreht, der größer ist als der Betriebssektor (b). Dadurch wird jeder Transportkörper (15) mit seinem Aufnahmeabteil bzw. seinen Aufnahmeabteilen (24) wiederholt einem Wärme- und Kältezyklus unterzogen. Es wird dann auch die Taktzeit, das heißt die Stillstandzeit zwischen zwei Fortschaltvorgängen zunächst etwas niedriger eingestellt als zuvor ermittelt.

Daraufhin kann der Vorratstrichter (61) in geeigneter Weise angefüllt werden. Das Motoraggregat (67) wird angelassen, um den unter dem Rohr (62) befindlichen Teil des Tunnelrohres (5) unter leichtem Druck anzufüllen bzw. zu stopfen; dann kann das Motoraggregat (11) eingeschaltet werden. Es versteht sich, daß diese einzelnen Vorgänge grundsätzlich automatisiert werden können, man also im Prinzip nur einen Auslöseknopf zu drücken braucht, um die Vorbereitungsmaßnahmen durchzuführen und die Mühle in Gang zu setzen.

Im Betrieb wird jedes Aufnahmeabteil (24) innerhalb eines Schaltschrittes in einer Kältekammer soweit abgekühlt, bis bei hinreichendem Überschreiten des Gefrierpunktes eine Eisbildung eingetreten ist, die sich in das Korngefüge der Mahlgutkörner hinein erstreckt und die Mahlgutpartikel wenigstens geringfügig aufsprengt.

Während eines folgenden Schrittes wird dann innerhalb einer Wärmekammer (27) das Mahlgut wieder aufgetaut und das Eis bis in engste Ausnehmungen bzw. Ritzen des Mahlgutes hinein verflüssigt. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis das Mahlgut den ganzen Mahlsektor a durchlaufen hat und an der Kante (45) aus seinem jeweiligen Aufnahmeabteil (24) ausgetragen wird.

Schon bei der Benetzung des Mahlgutes mit einer Quellflüssigkeit kann die Anwendung von Schwingungen, insbesondere im Ultraschallbereich, besondere Vorteile bringen. Dadurch dringt das Wasser schneller und tiefer in die Poren der Festkörperteilchen ein. Zudem hat sich gezeigt, daß auch der Gefriervorgang beschleunigt werden kann, wenn er unter der Einwirkung solcher Schwingungen erfolgt, da die Schwingungsenergie durch den gefrorenden Körper intensiver übertragen wird, so daß die ausgedehnte gefrorene Flüssigkeitsphase eine intensivere Teilung der Festkörperteilchen bewirken kann. Die Schwingungsbehandlung ermöglicht zudem eine Verminderung der Anzahl der einzelnen Wärme- und Kältekammern, ob nun an jeder einer solchen Kammer eine Schwingungssonde oder jeweils nur eine Sonde für einen größeren Behandlungsbereich angesetzt wird.

In Fig. 1 ist mit Strichpunktlinien ein Schwingungsgenerator (70) eingezeichnet, der über ein Verbindungsglied (71) auf eine Schwingungssonde (72) einwirkt, die im Bereich einer Kältekammer (28) auf der Außenseite des Tunnelrohrs (5) angebracht ist. Dabei kann ein Schwinungserreger (70) mehrere Schwingungssonden (72) betreiben und es kann eine Vielzahl von Schwingungsgeneratoren eingesetzt werden. Es sollte jedoch darauf geachtet werden, daß die Schwingungsfrequenzen aufeinander abgestimmt, insbesondere identisch sind, und daß die Schwingungsphasen übereinstimmen.

Die Fig. 4 und 5 zeigen schließlich in schematischer Darstellung eine extrem vereinfachte Zerkleinerungsvorrichtung, die auf dem gleichen Grundprinzip aufgebaut ist wie die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Vorrichtung und ähnlich eines Schieberventils ausgebildet ist. Mit einem doppelwandigen, als Tunnelrohr dienenden Schiebergehäuse (74), in dem als Transportvehikel ein Schieber (75) längs einer linearen Transportspur (76) hin- und hergehend verstellbar geführt ist. Von einem zentrischen, dem Druckstab (17) entsprechenden Schieberschaft (77) gehen etwa radial Trennwände (78) aus, die zwei Aufnahmeabteile (79, 80) in Schiebrichtung gegeneinander und nach außen abgrenzen.

Die Trennwände (78), die genauso profiliert sein können wie die Trennwände (18), haben ebenso wie die sie führende Innenfläche (81) des Schiebergehäuses (74) quatratische Querschnittsform, und die Länge l des Schieberraumes (82) ist um die Länge l 1 bzw. die lichte Weite eines jeden der beiden Aufnahmeabteile (79, 80) größer als die wirksame Schieberlänge l 2.

Das Schiebegehäuse (74) ist wenigstens zu seinen beiden Stirnwänden (85, 86) hin am Umfang doppelwandig ausgebildet und enthält zwei Kältekammern (87, 88). Zwischen diesen Kältekammern ist in Fig. 4 oben das vom Vorratstrichter (61) ausgehende Füllrohr (62) und unten das dem Schacht (47) entsprechende Auslaßrohr (89) angeordnet. Zwischen den beiden Rohren (62 und 89) sind seitlich zwei segmentförmige Wärmekammern (90, 91) angeordnet, die durch Zweigleitungen (92, 93) ebenso wie die in entsprechenden Kältekammern (87, 88) entsprechend der Darstellung in Fig. 1 an eine Wärmepumpe angeschlossen sind. Dadurch sind drei Temperaturzonen (103-105) mit einer zwischen den Kühlzonen (103) und (105) liegenden Wärmezone (104) gebildet.

Den Abschluß des jeweils in der Mitte des Schiebergehäuses stehenden Aufnahmeabteils (hier 79) bilden ein Einlaß-Schieber (95) und ein Auslaß-Schieber (96), die jeweils als Flachschieber ausgebildet sind und durch Stellorgane (97, 99), insbesondere Strömungsmittelzylinder, vorübergehend in eine Öffnungsstellung gebracht werden, wenn das Mahlgut des jeweiligen Aufnahmeabteils abgelassen bzw. eingefüllt werden soll.

Auch der Schieber (75) kann zwischen seinen Endstellungen durch einen Stellzylinder oder ein motorisches Antriebsorgan (100) mit einem Kurbelantrieb (101) bewegt werden, der an das durch die Stirnwand (86) hindurchgeführte freie Ende des Schieberschaftes (77) angeschlossen ist.

Mit (102) ist in Fig. 5 eine Schwingungssonde bezeichnet, ein das Schiebergehäuse umgebender Isoliermantel wiederum mit (4). Auch hier soll die Schwingungssonde im Ultraschall-Frequenzbereich mit 20 000 bis 40 000 Hz betrieben werden, wobei für eine Kammergröße von 500 cm3 eine Leistung für die jeweilige Sonde in der Größenordnung von ca. 0,1 kW angesetzt werden kann.

In der Betriebsstellung Fig. 4 wird nach dem Einfüllvorgang das Mahlgut im Aufnahmeabteil (79) aufgeheizt und das Gut im Aufnahmeabteil (80) abgekühlt, bis die jeweils vorgegebenen Temperaturgrenzen erreicht sind. Anschließend wird umgeschaltet, wobei die Antriebskurbel jeweils in die andere Totstellung gelangt. Daraufhin wird das Gut im Aufnahmeabteil (80) erwärmt, das im Aufnahmeabteil (79) gekühlt. Der Zyklus kann mit dieser einfachen Vorrichtung beliebig fortgesetzt werden, bis der angestrebte Zerkleinerungsvorgang erzielt ist. Wie schon früher erwähnt, kann diese simpelste Vorrichtung dadurch vergrößert werden, daß man bei unveränderter Antriebsart die Anzahl der Aufnahmeabteile vervielfacht, dann aber auch für die Zufuhr und den Auslaß im Bereich einer jeden Heizzone sorgen muß.

Claims (40)

1. Verfahren zum Zerkleinern von Festkörperteilen unter wiederholter abwechselnder Abkühlung und Erwärmung, dadurch gekennzeichnet, daß von einer Quellflüssigkeit durchsetzte hydrophile oder hygroskopische Festkörper mehrfach abwechselnd unter den Gefrierpunkt der Quellflüssigkeit abgekühlt und über diesen Gefrierpunkt erwärmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörperteile mit einer wäßrigen Quellflüssigkeit getränkt, dann für eine Endfeinheit von 1-20 µm zunächst bis unter eine Korngröße von etwa 50 µm zerkleinert und daraufhin einem vielfachen Temperaturwechsel um den Gefrierpunkt der Quellflüssigkeit ausgesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorwiegend durch Festkörperteilchen gebildetes Mahlgut und die Quellflüssigkeit zu einer breiartigen Masse vermischt, insbesondere zur Bildung einer Suspension einer Agitation wie Rühren oder Rütteln ausgesetzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Quellflüssigkeit, insbesondere Wasser, ein Netzmittel zugesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem von Quellflüssigkeit durchsetzten Mahlgut einzelne Chargen gebildet werden, die hintereinander durch einander abwechselnde Wärme- und Kältezonen hindurchgeführt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Chargen des Mahlgutes in einzelne gegeneinander wärmeisolierte Aufnahmeabteile eingefüllt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Mahlgut in unmittelbar aneinanderschließenden Aufnahmeteilen abwechselnd gekühlt und erwärmt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme- und Kälteeinwirkungen in den Wärme- und Kältezonen so eingeregelt werden, bis Gefrier- und Auftauzeit gleich lang sind.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Mahlgut während, vor und/oder nach dem Zerkleinerungsvorgang der Einwirkung von Schwingungen, insbesondere Ultraschall-Schwingungen, ausgesetzt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungen auf das Mahlgut über dieses beim Mahlvorgang haltende bzw. aufnehmende Wandungen übertragen werden.

11. Vorrichtung zum Zerkleinern von Mahlgut unter wiederholter, abwechselnder Abkühlung und Erwärmung, insbesondere zum Ausüben des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Transportspur (6) für das Mahlgut von einer Mehrzahl in Transportrichtung (46) hintereinander angeordneter, die Transportspur (6) umschließender, jeweils von einer Wärmequelle (39) bzw. einer Kältequelle (40) gespeister Wärme- und Kältezonen (27, 28) eingerichtet sind, durch welche Zonen hindurch ein kraftbetriebenes Transportvehikel (16) mit Aufnahmeabteilen (24) für einzelne Mahlgutchargen geführt ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß längs der Transportspur (6) eine das langgestreckte Transportvehikel (16) aufnehmende Wanne, insbesondere ein das Transportvehikel (16) wenigstens abschnittsweise mahlgutdicht umschließendes Tunnelrohr (5), aus gut wärmeleitendem Werkstoff, zum Beispiel Chromnickelstahl, vorgesehen ist, auf dessen Außenseite einander unter Zwischenabständen abwechselnde Kühl- und Heizkammern (27, 28) angeformt und in den Strömungskreis jeweils eines Kühl- oder Heizmediums eingeschaltet sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Kühlkammern (28) führende Kühlmittelleitungen (36, 38) und zu den Heizkammern (27) führende Heizmittelleitungen (31, 33) auf gegenüberliegenden Seiten des Tunnelrohres (5) angeordnet sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Heiz- und Kühlzonen bzw. -kammern (27, 28) an ein gemeinsames, insbesondere eine Wärmepumpe aufweisendes Heiz- und Kühlaggregat (1) angeschlossen sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch getrennte Regeleinrichtungen (44, 43) zum Einregeln der Wärme- und Kälteleistungen in den Wärme- und Kältezonen (27, 28).

16. Vorrichtung nach Anspruch 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Tunnelrohr (5) ein die Heiz- und Kühlrohre (31-38), sowie andere an ein Wärmetauschermedium angeschlossene Einrichtungen von einem auch zwischen die Heiz- und Kühlkammern eingreifenden Isoliermantel (4) umschlossen sind.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Transportvehikel (16) eine Vielzahl unter Zwischenabständen quer zur Transportrichtung (46) angeordnete Trennwände (18) aufweist, die mit ihrem Außenrand (21) abdichtend an der Innenfläche (29) des Tunnelrohres (5) anliegen und zwischen sich die Aufnahmeabteile (24) bilden.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Tunnelrohr (5) in wenigstens einer Ebene (8) gekrümmt und das Transportvehikel (16) dieser Krümmung folgend gebogen oder biegbar ausgebildet ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17, oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportspur (6) bzw. das Tunnelrohr (5) als geschlossene, insbesondere kreisförmige Schleife ausgebildet ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Transportvehikel (16) als Gliederzug, insbesondere Schubzug, mit einer Vielzahl hintereinander angeordneter Transportkörper (15) gebildet ist, die jeweils wenigstens eine Trennwand (18) aufweisen.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Transportkörper (15) durch Gelenkflächen, insbesondere Kugelgelenkflächen (19, 22), schwenkeinstellbar und druckfest aneinander abgestützt sind.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportkörper (15) in ihrer Mitte jeweils einen in Transportrichtung (46) angeordneten Druckstab (17) aufweisen, an dem zwei Trennwände (18) insbesondere einstückig angeformt sind und der an seinen Enden (17 a, 17 b) Kupplungsflächen (19, 22) aufweist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (18) wenigstens zu ihrem teilelastisch verformbaren Außenrand hin und entlang Schrägflächen (20) verdünnt sind und gegebenenfalls mit den einstückig ausgebildeten Transportkörpern (15) aus einem abriebfesten und gegen Temperaturwechsel unempfindlichen Werkstoff mit geringem Wärmedehnungskoeffizienten bestehen.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (18) bzw. Transportkörper (15) wenigstens teilweise aus keramischem Werkstoff bestehen.

25. Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (18) bzw. Transportkörper (15) wenigstens teilweise aus einem spritzfähigen, gleitgünstigen Kunststoff wie Delrin oder Polyamid bestehen.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportspur (6) unterteilt ist in einen Wärme- und Kälteeinwirkung unterworfenen Mahlbereich (a) und wenigstens einen Betriebsbereich (b), in dem Vorrichtungen (9, 10) zum Füllen, Entleeren, Antreiben und gegebenenfalls Reinigen des Transportvehikels (16) angeordnet sind.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Fülleinrichtung (9) eine von einem Mahl-Vorratsbehälter (61) zu einer Füllöffnung (63) des Tunnelrohres (5) geführte Fülleitung (62) aufweist.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Fülleitung (62) eine insbesondere mit stufenlos regelbarer Geschwindigkeit antreibbare Stopfeinrichtung wie eine Förderschnecke (64) zugeordnet ist.

29. Vorrichtung nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch eine Austragsvorrichtung mit zwei auf gegenüberliegenden Seiten angebrachten Durchbrechungen (51, 48) des Tunnelrohres (5) von welchen wenigstens eine ein Räumorgan (53, 56) aufweist und eine (47) eine Auslaßöffnung bildet.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die im Tunnelrohr (5) vorgesehenen Funktionsöffnungen wie Füllöffnung (63), Räumöffnungen (51) und Auslaß-Öffnung (48) in Transportrichtung (46) jeweils der einfachen oder mehrfachen Teilung (t) zwischen den Trennwänden (18) angepaßt sind.

31. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (18) als Zähne einer Zahnstange oder eines Zahnkranzes (6) ausgebildet sind und daß wenigstens von einer Seite her ein mit der Teilung (t) der Trennwände (18) versehenes motorgetriebenes Zahnrad (53) zwischen die Trennwände (18) eingreift.

32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß von wenigstens einer anderen Seite, insbesondere der gegenüberliegenden Seite her ein zweites Zahnrand (56), das zweckmäßigerweise aus hochelastisch verformbarem Werkstoff besteht, zwischen die Trennwände (18) greift.

33. Vorrichtung nach Anspruch 26, 27 oder 32, gekennzeichnet durch ein insbesondere stufenlos regelbares Antriebsaggregat (11) für das Transportvehikel (16).

34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsaggregat (16) eine Schaltschritteinrichtung aufweist, deren Schrittlänge der Trennwand-Teilung (t) entspricht und deren Schrittpausen stufenlos einstellbar vorgesehen sind.

35. Vorrichtung nach Anspruch 26 und/oder 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Fülleinrichtung (9) schaltschrittweise steuerbar vorgesehen ist, derart, daß sich mit Mahlgut gefüllte Abteile mit nicht gefüllten Abteilen abwechseln.

36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 35, gekennzeichnet durch mindestens eine, insbesondere mehrere Schwingungserreger (70), die das Mahlgut während, vor oder nach der Zerkleinerung aufnehmenden Räumen (24, 79, 80) zugeordnet ist bzw. sind.

37. Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Schwingungserreger (70) über ein Verbindungsglied (71) mit mindestens einer in dem Aufnahmeraum oder an dessen Wandung angebrachten Schwingungssonde (72) verbunden ist.

38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß das Transportvehikel wenigstens einen zwischen mindestens zwei Schaltstellungen taktweise bewegbaren Schieber (75) bildet oder aufweist, der wenigstens zwei Aufnahmeabteile (79, 80) für Mahlgut bildet und in einem Schiebergehäuse (74) mit wenigstens drei hintereinander eingerichteten Temperaturzonen geführt ist.

39. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß im Schiebergehäuse zwischen zwei insbesondere mit Kältekammern versehenen Kühlzonen eine mittlere Heizzone eingerichtet ist, in der, insbesondere einander gegenüberliegend, Mittel zum Befüllen und Entleeren eines Aufnahmeabteils vorgesehen sind.

40. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Mahlgut-Einlaß (62) und einem Mahlgut-Auslaß (89) jeweils ein quer zur Bewegungsrichtung des Transportvehikels (75) geführter Verschlußschieber (Flachschieber 95, 96) angebracht ist.