DE3813908A1 - Verfahren zum zerkleinern von zellulose enthaltenden materialien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zerkleinern von im wesentlichen streifen-, blatt- oder folienförmigen, Zellulose enthaltenden Materialien, bei dem die Materialien auf ein Rost verbracht werden, durch das auf einer Welle angeordnete und mit derselben rotierende, im wesentlichen scheibenförmige Messerelemente teilweise hindurchragen.

Es ist für viele, sehr verschiedenartige Anwendungen notwen­ dig, streifen-, blatt- und folienförmige, Zellulose enthal­ tende Materialien zu zerkleinern. So müssen zum Beispiel Stroh, Schilf, Bagasse (Zuckerrohr, aus dem der Zucker ent­ fernt ist), Halme, aber auch Blätter oder sonstige Pflanzen­ teile zerkleinert werden, damit diese Materialien als Futter­ mittel verwendet werden können, kompostiert werden können oder sonstwie weiterverarbeitet werden können. Auch Papier oder andere Stoffe, die im wesentlichen aus Zellulose bestehen, müssen zerkleinert werden, wenn aus diesen Materialien zum Beispiel (erneut) Papier hergestellt werden soll. Dabei ist ein Verfahren, bei dem die Materialien im nassen Zustand zerkleinert werden, nicht immer anwendbar, da das zerkleinerte Material dann anschließend getrocknet werden muß, was sehr energieaufwendig ist.

In vielen Fällen wird daher das Material vorher nicht be­ feuchtet. Diese sogenannte Trockenzerkleinerung ist sehr stark verbreitet. Sie ist insbesondere auch dann wichtig, wenn das Material in Ballen, d.h. diskontinuierlich anfällt und für die Weiterverarbeitung in einen kontinuierlichen Massenstrom umgewandelt werden muß.

Für die Trockenzerkleinerung können denjenigen einer Hammer­ mühle ähnliche schnell rotierende Schlagwerkzeuge verwendet werden, die das Material durch Schlag zerkleinern. Die ent­ sprechenden Vorrichtungen haben den Nachteil, daß sie sehr viel Energie benötigen.

Vorteilhafter sind hier die Messerhäcksler oder Trommelhäcks­ ler, die messerförmige Elemente aufweisen, die das Material im wesentlichen nicht durch Schlagen, sondern durch Schneiden zerkleinern. Die Messerhäcksler, wie sie eingangs erwähnt sind, sind dabei zum Beispiel im Boden einer großen rotieren­ den Schlüssel angeordnet, wobei das Material von oben zuge­ führt wird. Die schnell rotierenden Messerelemente zerschnei­ den das Material, das unmittelbar auf dem Rost liegt und befördern die zerkleinerten Elemente durch das Rost nach unten, von wo das zerkleinerte Material weitergefördert werden kann.

Solche Vorrichtungen benötigen aber beträchtliche Auftreffge­ schwindigkeiten, da der Halm, das Blatt oder der sonstige kleine und trockene Pflanzenteil oder das entsprechende Papierteil wegen seiner geringen Masse leicht ausweicht. Bei dieser hohen Geschwingkeit treten beträchtliche Reibungsef­ fekte auf, was zu einer Erhitzung der Werkzeuge und damit zu einer Enthärtung des Stahls führt, aus dem die Messerelemente normalerweise bestehen. Dies gilt insbesondere dann, wenn die zu zerkleinernden Materialien sehr hart sind, etwa Silikate enthalten, da sie durch Sand oder Erde verschmutzt sind oder aber von Natur aus einen großen Silikatanteil enthalten, was zum Beispiel bei Schilf und Reisstroh der Fall ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens und eines Messerelementes, mit dem die eingangs genannten Materialien, insbesondere harte, silikatreiche Materialien wirkungsvoll zerkleinert werden können, ohne daß ein übermäßiger Energieverbrauch auftritt und ohne daß die Schneidelemente schnell stumpf werden und deswegen ausgewech­ selt werden müssen.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß Messerelemente verwendet werden, die in ein Bindemittel eingebettete Schleifkörner enthalten.

Es werden also keine Schneidelemente aus Metall, insbesondere Stahl verwendet, sondern Schneidelemente, die im wesentlichen die Form von Schleifmitteln haben. Durch die Erfindung wird also ein Verfahren geschaffen, bei dem Schneidelemente ver­ wendet werden, um die sehr leichten und nachgiebigen Partikeln der zu zerkleinernden Materialien zu zerkleinern, die norma­ lerweise zum Trennen und Schneiden von Stahl, anderen Mate­ rialien oder Stein verwendet werden. Diese Wirkung ist für sich schon überraschend, da die bekannte Verwendung zum Schneiden von Metallen und Stein der Verwendung bei der Zerkleinerung von Stroh, Schilf und ähnlichen Materialien völlig entgegengesetzt ist. Eine weitere wirklich erstaunliche Wirkung ist diejenige, daß der Energieverbrauch nicht höher ist, als dies bei den bekannten Messerhäckslern der Fall ist, obwohl man doch meinen würde, daß die Schleifkörner wegen ihrer großen Reibung am zu zerkleinernden Material zu einem höheren Energieverbrauch führen würden. Dies ist aber nicht der Fall. Auch tritt in erster Linie ein Zerschneiden des Materials auf, nicht etwa in erster Linie ein Schleifen des Materials zu staub- oder mehlförmigem Pulver, das nur schwie­ rig oder gar nicht weiterzuverwenden wäre. Tatsächlich hält sich der Staub- oder Mehlanteil in erstaunlich niedrigen und durchaus tolerierbaren Grenzen.

Wenn die Messerelemente im wesentlichen kreissymmetrisch sind, so werden sie zwar das Material gut zerschneiden, aber das Material nicht besonders gut von oberhalb des Rostes in den Teil unterhalb des Rostes bewegen. In diesem Falle kann vor­ gesehen werden, daß zusätzlich zu den Messerelementen einige aus Metall bestehende scheibenförmige Elemente, deren Form von der Kreissymmetrie abweicht, neben und zwischen den Messer­ elementen verwendet werden, die mit denselben drehend ange­ trieben werden. Die aus Metall bestehenden Elemente haben dabei in erster Linie auch die Aufgabe, das Material durch den Rost zu ziehen. Die dabei auftretenden schlagförmigen Stöße können vom Metall besonders gut aufgenommen werden. Daß das Metall sich dabei erwärmt, ist nicht von Nachteil, da das Metall keine Schneiden aufweist, die infolge der Enthärtung abnutzen können. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, wenn die Messerelememte, die aus Bindemittel und Schleifkör­ nern bestehen, ausreichend schlagfest sind, auf die besonderen Elemente aus Metall zu verzichten, wobei dann das Material durch die erfindungsgemäßen Messerelemente durch die Roste hindurchgezogen wird.

Es hat sich gezeigt, daß eine Schnittgeschwindigkeit von 30 bis 120 m/sec besonders vorteilhaft ist. Als besonders günstig haben sich dabei Schnittgeschwindigkeiten von ungefähr 50 bis 80 m/sec, insbesondere von ungefähr 70 m/sec erwiesen.

Ein Messerelement zur Durchführung des Verfahrens der Erfin­ dung zeichnet sich dadurch aus, daß es in ein Bindemittel eingebettete Schleifkörner aufweist. Es ist besonders einfach herzustellen, wenn es im wesentlichen einstückig aus in ein Bindemittel eingebetteten Schleifkörnern besteht.

Wenn das Messerelement einen scheibenförmigen Halter mit einem oder mehreren daran befestigten Schneidelementen aufweist, so kann für den Halter besonders widerstandsfähiges Material wie zum Beispiel Metall verwendet werden, während die Schneidele­ mente aus den erwähnten in ein Bindemittel eingebetteten Schleifkörnern bestehen. Insbesondere kann hierbei vorgese­ henen sein, daß die Schneidelemente auswechselbar sind. Sind also einzelne Schneidelemente abgenutzt oder beschädigt, so braucht nicht das gesamte Messerelement ausgewechselt zu werden.

Das Messerelement kann im wesentlichen kreissymmetrisch sein, wobei dann die bereits erwähnte Wirkung auftritt, daß prak­ tisch nur eine Schneidwirkung auftritt. Wenn das Messerelement eine von der Kreissymmetrie abweichende Form hat, so tritt zusätzlich noch eine gewisse schlagende Beanspruchung auf; außerdem wird das Material leichter durch den Rost gezogen.

Dabei kann das Messerelement im wesentlichen die Form eines Vielecks haben. Insbesondere können die Ecken und Kanten abgerundet sein. Eine solche Abrundung von Ecken und Kanten wird aber ohnehin aufgrund natürlichen Verschleißes nach einiger Zeit auftreten, wobei ein Verschleiß selbstverständ­ lich auch bei den erfindungsgemäßen Messerelementen nicht vollständig vermieden werden kann, obwohl er wesentlich geringer ist als bei Schneidelementen aus Stahl.

Die Messerelemente können Schleifkörner aus Korund oder Siliziumcarbid, Flint, Glas oder anderen Schleifmaterialien enthalten. Als Bindemittel können ein Kunstharz, Gummi oder Kautschuk oder Bindemittel aus Polyamid oder Bakelite verwen­ det werden, die unter dem Warenzeichen Nylon bekannt sind. Im Bindemittel kann auch eine Gewebearmierung angeordnet sein, damit die Schneidelemente stabiler sind und Stößen und Schlä­ gen besser zu widerstehen vermögen.

Vorteilhafterweise haben die Messerelemente einen Durchmesser von ungefähr 200 bis 600 mm, wobei sich ein Durchmesser von ungefähr 200 bis 400 mm als ganz besonders vorteilhaft er­ wiesen hat.

Vorteilhafterweise haben die Messerelemente eine Dicke von ungefähr 1 bis 5 mm. Bei geringeren Dicken ist die Gefahr zu groß, daß die Messerelemente zerbrechen. Bei größeren Dicken tritt der Nachteil auf, daß mehr ein Schleifen als ein Zer­ schneiden des Materials stattfindet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von vorteilhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeich­ nungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht das Prinzip der Erfindung;

Fig. 2 in Draufsicht eine Ausführungsform eines Messer­ elementes mit verschiedenen Schneidelementen;

Fig. 3 in Draufsicht eine andere Ausführungsform des Messerelementes;

Fig. 4 eine noch andere Ausführungsform;

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Messerelementes in Draufsicht; und

Fig. 6 schematisch ein Bruchstück des Materials, aus dem die Schneidelemente bestehen.

Wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, ist wesentlicher Teil einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ein Rost 1 mit Querschlitzen 2, die zwischen Stegen 3 angeordnet sind. Ein solcher Rost 1 befindet sich am Boden eines Behälters, in dem das zu zerkleinernde Material eingeführt wird. Durch die Schlitze 2 des Rostes 1 erstrecken sich Schneidelemente 4, die an scheibenförmigen Messerelementen 5 befestigt sind. Diese Messerelemente 5 sind wiederum drehfest auf einer Welle 6 angeordnet, die mit Hilfe einer Riemenscheibe 7 angetrieben werden kann.

Wird die Welle 6 gedreht, so bewegen sich die Schneidelemente 4 der Messerelemente 5 durch die Schlitze 2 des Rostes 1 und zerschneiden hier einerseits das auf dem Rost liegende Mate­ rial. Andererseits ziehen sie dieses Material aber auch in den Bereich unterhalb des Rostes 1, von wo es mit entsprechenden, nicht gezeigten Fördereinrichtungen weitertransportiert werden kann.

In Fig. 2 ist ein Messerelement 5 dargestellt, an dem drei verschiedene Schneidelemente 4 mit Hilfe von Schrauben 8 oder dergleichen auswechselbar befestigt sind. In der Mitte weist das Messerelement 5 eine in diesem Falle sechseckige Bohrung 9 auf, mit der das Messerelement 5 drehfest auf der Welle 6 befestigt werden kann.

In Fig. 2 sind drei verschiedene Messerelemente 4 mit im wesentlichen dreieckiger Form, im wesentlichen halbrunder Form bzw. zwei parallelen Kanten und einer schräg stehenden Kante dargestellt. Die Fig. 2 ist insofern schematisch, als man in vielen Fällen an einem Messerelement 5 immer mehrere, aber doch gleichartige Schneidelemente 4 vorsieht, wobei es aber nicht ausgeschlossen werden soll, daß man bei einer tatsäch­ lichen Anwendung wie in Fig. 2 gezeigt an einem Messerelement 5 auch verschiedene Schneidelemente 4 anordnet.

Fig. 3 zeigt ein Messerelement 5, das einstückig ausgebildet ist und kreisförmig ist. In der Mitte weist es wieder die sechseckige Ausnehmung 9 auf, mit der es auf der Welle 6 drehfest befestigt werden kann. Fig. 4 zeigt ein Messerelement 5, das ebenfalls die Grundform eines Kreises hat, wobei jedoch zwei gegenüberliegende Seiten flach sind.

Fig. 5 zeigt schließlich ein Messerelement 5, das völlig unregelmäßige Form hat.

Alle diese Messerelemente können im Zusammenhang mit Rosten 1 verwendet werden. Diese Roste 1 befinden sich am Boden von Behältern, in die das zu zerkleinernde Material eingebracht wird. Die Art der Zuführung zu den Rosten 1 ist dabei viel­ fältig und kann mit Hilfe von Transportbändern oder anderen Förderern, Schleppkettenförderern, steil oder schräg angeord­ neten Fallschächten usw. erfolgen. Auch ein großer Behälter mit feststehendem Boden, aber zur Materialverteilung sich drehender zylindrischer Seitenwand (Tub Grinder) ist möglich.

Fig. 6 zeigt schematisch ein Bruchstück des Materials, aus dem die Schneidelemente bestehen. Die Schneidelemente bestehen aus Schleifkörnern 10, die in eine Matrix aus einem Bindemittel 11 eingebettet sind.

Claims (21)

1. Verfahren zum Zerkleinern von im wesentlichen streifen-, blatt- oder folienförmigen, Zellulose enthaltenden Mate­ rialien, bei dem die Materialien auf einen Rost gebracht werden, durch das auf einer Welle angeordnete und mit derselben rotierende, im wesentlichen scheibenförmige Messerelemente teilweise hindurchragen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Messerelemente verwendet werden, die in ein Bindemittel eingebettete Schleifkörner enthalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den Messerelementen einige aus Metall bestehende scheibenförmige Elemente, deren Form von der Kreissymmetrie abweicht, neben und zwischen den Messer­ elementen verwendet werden, die mit denselben drehend angetrieben werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittgeschwindigkeit ungefähr 30 bis 120 m/sec beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittgeschwindigkeit ungefähr 50 bis 80, insbesondere ungefähr 70 m/sec beträgt.

5. Messerelement zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es in ein Bindemittel (11) eingebettete Schleifkörner (10) aufweist.

6. Messerelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es im wesentlichen einstückig aus in ein Bindemittel (11) eingebetteten Schleifkörnern (10) besteht.

7. Messerelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es einen scheibenförmigen Halter (5) mit einem oder mehreren daran befestigten Schneidelementen (4) aufweist, die in ein Bindemittel (11) eingebettete Schleifkörner (10) enthalten.

8. Messerelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidelemente (4) auswechselbar sind.

9. Messerelement nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es im wesentlichen kreissymmetrisch ist.

10. Messerelement nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es eine von der Kreissymmetrie abwei­ chende Form hat.

11. Messerelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß es im wesentlichen die Form eines Vielecks hat.

12. Messerelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ecken und Kanten abgerundet sind.

13. Messerelement nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß es Schleifkörner (10) aus Korund enthält.

14. Messerelement nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es Schleifkörner (10) aus Siliziumcarbid enthält.

15. Messerelement nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel (11) ein Kunstharz ist.

16. Messerelement nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel (11) Gummi oder Kautschuk ist.

17. Messerelement nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel (11) aus Polyamid oder Bakelite besteht.

18. Messerelement nach einem der Ansprüche 5 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß im Bindemittel (11) Gewebearmierungen angeordnet sind.

19. Messerelement nach einem der Ansprüche 5 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Durchmessser von ungefähr 200 bis 600 mm hat.

20. Messerelement nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Druchmesser von ungefähr 200 bis 400 mm hat.

21. Messerelement nach einem der Ansprüche 5 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Dicke von ungefähr 1 bis 5 mm hat.