DE3924834A1 - Zerkleinerungsvorrichtung fuer pflanzliche und tierische biologische stoffe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zerkleinerungsvorrichtung für pflanzliche und tierische biologische Stoffe, insbesondere für Produkte der Nahrungsmittelindustrie.

Es ist bekannt, daß sich pflanzliche und tierische Stoffe schwer zermahlen bzw. granulieren lassen. Dies gilt umsomehr, als vielfach gleichzeitig mit dem Zerkleinern ein Abtöten von Mikroorganismen, wie Salmonellen, Pilzen, Viren, Bakterien od.dgl. erreicht werden soll.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Zerkleinerungsvorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe pflanzliche und tierische Teile schnell und einwandfrei zerkleinert werden, wobei beispielsweise bei Fleisch, Fisch, Sojabohnen od. dgl. auch die Zellen erschlossen werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Zerkleinerungsvorrichtung durch eine Turbine mit mindestens drei Rotoren mit auf Messernaben feststehenden Schlagmessern gekennzeichnet, wobei die Wellen der Rotore derart in Form eines gleichschenkligen Dreiecks angeordnet sind, daß die Kreisbahn der Schlagmesser von jeweils zwei Rotoren eine gemeinsame Tangente an ihrer Unterseite haben, daß die Länge der ineinander kämmenden Schlagmesser etwas kürzer als der Abstand zweier benachbarter Rotoren ist und daß mindestens zwei der Rotoren synchron, jedoch mit entgegengesetzter Drehrichtung laufen.

Vorteilhaft laufen zwei auf einer Mittellinie angeordnete, gleich große Rotoren derart um, daß ihre Schlagmesser von oben zur Mittellinie hin rotieren und daß jeweils zwei gegenüberliegende Schlagmesser mit gleichem Anstellwinkel gegeneinander gerichtet sind.

Der dritte Rotor ist vorteilhaft kleiner als die beiden anderen Rotoren und der Anstellwinkel der Schlagmesser des dritten Rotors ist stärker als der Anstellwinkel des Schlagmessers der beiden anderen Rotoren.

Der Anstellwinkel der Schlagmesser des dritten Rotors ist vorteilhaft stufenlos verstellbar und die Drehzahl des dritten Rotors ist gleich oder höher als die Rotoraußengeschwindigkeit der beiden anderen Rotoren.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform sind mindestens zwei Turbinen axial gegenläufig derart angeordnet, daß am Wellenstoß eine Kammer gebildet ist, in der eine Abtastvorrichtung für das Schneidgut nach Verlassen der ersten Turbine angeordnet ist.

Am Ende jeder Rotorwelle ist vorteilhaft ein Zyklonrotor angeordnet.

Der Zerkleinerungsvorrichtung sind vorteilhaft ein Schüttgutsammler und ein Gasabschneider nachgeordnet.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schüttgutsammler als zylindrischer Hohlkörper mit kegelförmigem Boden und Auslaßöffnung ausgebildet, in dem Schüttgutsammler ist ein einseitig offener Zyklonfilter angeordnet und der Schüttgutsammler weist eine Ableitung für den aus der Zerkleinerungsvorrichtung einströmenden Stickstoff auf, wobei die Ableitung zur Kälteschockbehandlung mit der Eingangsseite der Zerkleinerungsvorrichtung verbunden ist.

Vorteilhaft ist vor dem Turbineneinlauf eine Eintrittsöffnung zum Einspritzen von flüssigem Stickstoff angeordnet.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 die Rotoranordnung einer Turbine der erfindungsgemäßen Zerkleinerungsvorrichtung in Vorderansicht,

Fig. 2 zwei auf einer Mittelinie angeordnete Rotoren in Draufsicht,

Fig. 3 die Anordnung der Schlagmesser der beiden Rotoren nach Fig. 2,

Fig. 4 die Anordnung von Rotoren in Draufsicht, wobei dem dritten kleineren Rotor ein Stator zugeordnet ist,

Fig. 5 eine Hohlwelle des dritten kleineren Rotors mit stufenlos verstellbarer Schubstange,

Fig. 6 zwei axial gegenläufig angeordnete Turbinen mit am Wellenstoß angeordneter Kammer und Zyklonrotor,

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Beschickungsanlage mit erfindungsgemäßer Zerkleinerungsvorrichtung,

Fig. 8 eine schematische Darstellung der der Zerkleinerungsvorrichtung vorgeordneten Beschickungsanlage,

Fig. 9 die Anordung nach Fig. 8 in Vorderansicht in vergrößertem Maßstab.

Die Zerkleinerungsturbine nach Fig. 1 weist drei Rotoren (1, 2 und 3) auf, deren Wellen (4) derart in Form eines gleichschenkligen Dreiecks angeordnet sind, daß die Kreisbahnen (5, 6 und 7) der Schlagmeser zweier Rotoren eine gemeinsame Tangente (8) an ihrer Unterseite haben.

Die Wellen (4) der Rotoren (1 und 2) sind auf einer Mittellinie angeordnet. Die Rotoren (1 und 2) sind gleich groß und laufen derart um, daß ihre Schlagmesser von oben zur Mittellinie hin rotieren und daß jeweils zwei gegenüberliegende Schlagmesser mit gleichem Anstellwinkel gegeneinandergerichtet sind.

Nach Fig. 2 ist die Länge der ineinander kämmenden Schlagmesser (10) des Rotors (1) und (11) des Rotors (2) etwas kürzer als der Abstand zwischen ihren Wellen (4). Die Schlagmesser (10) bzw. (11) sind auf Messernaben (12) feststehend angeordnet. Die Wellen (4) der Rotoren (1 und 2) drehen sich synchron. Die Messsernaben der Wellen (4) sind so angebracht, daß sie gegeneinander versetzt sind, jedoch so dicht wie möglich an die Welle des benachbarten Rotors heranreichen. Auf jeder Messernabe (12) sind vier Messer (10) bzw. (11) angeordnet, die im Winkel von 90° zueinander stehen. Die Messer sind mit einem geringen Anstellwinkel derart befestigt, daß je zwei gegenüberliegende Messer im gleichen Anstellwinkel gegeneinander gerichtet sind. Dadurch wird erreicht, daß das Schneidgut von einem zum anderen Messer hin- hertransportiert wird. Durch die Rotationsrichtung beider Messernaben zur Mittellinie und die daraus resultierende Kreiselwirkung wird das Schneidgut, das durch die Fliehkraft immer nach außen befördert wird, zurück in die Mitte der Rotorkreise gefördert. Durch die sich überkämmenden Messer wird hier eine besonders hohe Verwirbelung erreicht, wodurch gewährleistet ist, daß das Schneidgut wechselseitig von allen Seiten bearbeitet wird. Weiterhin wird durch das Dividieren beider Rotorgeschwindigkeiten eine Verdoppelung der Rotorströmungsgeschwindigkeit erreicht. Dadurch wird in diesem Bereich eine Druckminderung gegen die Außenbereiche erzeugt, was zur Folge hat, daß auch leichtere Teile immer wieder in das Mittelfeld zurückgeführt werden.

Wie Fig. 1 ferner erkennen läßt, ist der Rotor (3) kleiner als die Rotoren (1 und 2). Die Welle (13) dieses Rotors ist im Zentrum des geringsten Druckes und der größten Materialansammlung angeordnet. Der Rotor (3) weist eine Rotorwele (13) auf, auf der eine Nabe (14) sitzt, die ebenfalls mit vier Messern (15) bestückt ist. Der Anstellwinkel ist jedoch stärker als der Anstellwinkel der Messer der Außenrotoren (1 und 2).

Wie Fig. 4 erkennen läßt, ist die Kreiselwirkung des Rotors (3) dadurch kompensiert, daß ein Stator (16) zugeordnet ist, da auf eine Gegenlaufwelle verzichtet wird. Ein Messerpaar ist starr montiert, während das zweite Messerpaar dessen Anstellwinkel dem Anstellwinkel des starren Messers entgegengerichtet ist, durch eine in der Mitte der als Hohlkörper ausgebildeten Welle (13) angeordneten Schubstange (17) stufenlos verstellbar ist. Die Drehzahl des Förderrotors (3) muß so gewählt werden, daß die Rotorausgangsgeschwindigkeit der Außengeschwindigkeit der gegenläufigen Rotoren (1 und 2) mindestens gleich, besser jedoch höher ist. Das Rotortrio kann auf der gleichen Welle in beliebiger Anzahl je nach Erfordernis des zu bearbeitenden Materials beliebig oft angeordnet sein.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 ist die Turbinengruppe nach den Fig. 1 bis 5 in doppelter Ausführung axial gegenläufig angeordnet. Am Wellenstoß ist eine Kammmer (19) zwischen der Turbinengruppe (20) und der Trubinengruppe (21) vorgesehen. In dieser Kammer (19) wird das Schneidgut der ersten Stufe durch Ultraschall oder durch einen induktiven Näherungsschalter empirisch auf den erreichten Zustand abgetastet. Um das zu ermöglichen, ist am Ende jeder Welle ein Zyklonrotor (22) angeordnet. Dadurch soll eine optimale Verwirbelung erreicht werden. Durch eine automatische Regelung der zwei gegenläufigen Förderwellen wird der gewünschte Zerkleinerungsgrad eingestellt.

Entsprechend der daraus resultierenden Fördergeschwindigkeit wird die Förderwelle der ersten Stufe so verstellt, daß in der Wirbelkammer keine Staubildung erfolgt. Dadurch ändert sich automatisch der Zerkleinerungsgrad des Schneidgutes am Ende der ersten Stufe. Die zweite Stufe wird nunmehr dem erreichten Zustand und der Fördermenge der ersten Stufe anpaßt. Am Ende der zweiten Stufe wird ebenfalls eine Messung wie vorher beschrieben durchgeführt und das Ergebnis in die Gesamtprozeßsteuerung kombiniert. Dadurch ist gewährleistet, daß jedes Schneidgut auf den gewünschten Zustand verarbeitet werden kann.

Wie Fig. 7 erkennen läßt, ist unmittelbar hinter der Zerkleinerungsvorrichtung mit den Turbinen (20 und 21) ein Behälter nachgeordnet, der einerseits als Schüttgutsammler und andererseits als Gasabschneider ausgebildet ist. Der Behälter (23) besteht aus einem zylindrischen Hohlkörper, der an der unteren Seite kegelförmig ausgebildet ist. Der Kegel endet in einer Röhre (24), die mit einer Transportschnecke (25) ausgerüstet ist. Von dort wird der Feststoff in einen Silotank transportiert.

In dem Teil des Behälters, der über die Turbine herausragt, ist ein nach oben gerichtetes Rohr (26) angeordnet, das im oberen Teil des Behälters unterbrochen ist. An dieser Stelle ist ein einseitig offener Zyklonfilter (27) angeordnet, der die Feststoffe, sofern sie im Aufsteigen noch nicht ausgefallen sind, durch seine Zentrifugalwirkung abscheidet. Das nach unten gerichtete Rohrteil (28) führt das Gas (Stickstoff) zur Eingangsseite (29) der Zerkleinerungsvorrichtung, wo es durch ein Axialgebläse (30) entsprechend dem jeweiligen Mengenbedarf gefördert wird. Da vor dem Turbineneinlauf über Einlaßsöffnungen (38) kontinuierlich zur Kälteschockerzeugung flüssiger Stickstoff eingespritzt wird, dessen Menge sich nach dem Anlaufen der Turbine und der Korrektureinspritzung, die in der Wirbelkammer erfolgt, entsprechend dem Restkältegrad des abgeschiedenen und wiederverwendeten Stickstoffs über ein Wechselventil vermindert oder vermehrt, entsteht kontinuierlich ein kalter, gasförmiger Stickstoffüberschuß, der im Turbinenkreislauf nicht verwertet werden kann. Diese Überschußmenge wird im Abschneider durch einen Drucksensor genauestens ermittelt und dementsprechend von dem im Zyklonfilter (27) nach oben gerichteten Rohr (26) zur Vorkühlung in eine Förderschnecke (31) der Beschickungsvorrichtung und Vorzerkleinerung abtransportiert. Die beim Verdampfen des Flüssigstickstoffes entstehende Volumenerhöhung wird zur Förderung des Schneidgutes genutzt und durch die stufenlose Mengensteuerung des zugeführten Flüssigstickstoffes zur genauen Einstellung der Fördergeschwindigkeit verwendet.

Die Beschickungsanlage arbeitet in der Weise, wie Fig. 8 erkennen läßt, daß das Rohmaterial in einem Muldenbunker vorgelagert wird. Von dort wird es mittels einer Förderschnecke (32) zu einem Schredder (33) gefördert. Zwischen der Schnecke (32) und dem Schredder (33) endet die Stickstoffüberschußleitung (34) des Gasabschneiders. Unter dem Doppelschreddermesser (33) ist das Axialgebläse (30) angeordnet, das durch die Messerspalte aus dem Zulauftrichter des Schredders ansaugt und in die Stickstoffabzugsleitung zum Bunker bläst. Am Ende der Stickstoffzuleitung vor dem Schreddertrichter ist ein Mengenbegrenzer angebracht, der durch einen Drucksensor so beeinflußt wird, daß bei zu großer Ansaugleistung des Axialgebläses ein unerwünschter Unterdruck nicht entstehen kann.

Das Axialgebläse (30) ist so stark gewählt, daß seine Saugleistung das zu zerkleinernde Material auf die Schredderwellen saugt. Wenn die Stickstoffüberschußmenge nicht ausreicht, wird durch ein vorgespanntes Einwege-Ventil über der Förderschnecke (32) vom Bunker Außenluft angesaugt. Um zu vermeiden, daß Schneidgut in das Axialgebläse bzw. die Stickstoffabzugsleitung gefördert wird, ist das Axialgebläse zum Kammerinneren mit einem Filtersieb ausgerüstet. Am tiefsten Punkt des geschlossenen Gehäuses des Schredders ist die Förderschnecke zur Beschickung des in einem Gehäuse angeordneten und der Zerkleinerungsvorrichtung vorgelagerten Kammerrades (35) gefördert. Das Kammerrad (35) wird ebenfalls aus der Überschußleitung des Gasabschneiders an mehreren Stellen mit kaltem Stickstoff beaufschlagt, wodurch eine optimale Vorkühlung gewährleistet ist. Das Kammerrad ist in einem passenden Gehäuse, gegen das die Kammerseiten abgedichtet sind, der Turbine vorgelagert angeordnet.

Nach Fig. 9 endet die Förderschnecke (31) am höchsten Punkt und gibt für das Fördergut den Weg durch die Füllöffnung in eine Transportkammer (36) frei, in der sich das Kammerrad (35) befindet. Beim Drehen des Kammerrades verschließen sich die Kammern durch die Dichtungen zwischen Kammerwand und Kammerteilungsblechen (37), wodurch die Turbine und Vorkammer hinter der Förderschnecke hermetisch abgeriegelt werden. Auf dem tiefsten Punkt ist der Gehäusemantel des Kammerrades so durchbrochen, daß das Material durch die Schwerkraft und durch die Saugwirkung der Turbine in die Vorkammer und weiter in die Zerkleinerungsvorrichtung gelangt.

Die gesamte Anlage ist somit vom Lagerbunker des Rohmaterials bis zum Lagertank des Schneidgutes vollkommen geschlossen, wodurch gewährleistet ist, daß weder Staub noch Geruch nach außen gelangen. Des weiteren kann durch entsprechende Isolierung die durch den flüssigen Stickstoff erzeugte Kälte optimal genutzt werden. Gleichzeitig wird hierdurch der Lärm auf ein Minimum begrenzt.

Die Vorrichtung dient vornehmlich zur Zerkleinerung von pflanzlichen oder tierischen biologischen Stoffen. Sie ist jedoch auch einsetzbar zum Zerkleinern von Kunststoff, Gummi, Kork oder ähnlichen Feststoffen.

Claims (10)

1. Zerkleinerungsvorrichtung für pflanzliche und tierische biologische Stoffe, insbesondere Produkte der Nahrungsmittelindustrie, gekennzeichnet durch eine Turbine mit mindestens drei Rotoren (1, 2, 3) mit auf Messernaben (12, 14) feststehenden Schlagmessern (10, 11, 15), wobei die Wellen (4, 13) der Rotoren derart in Form eines gleichschenkligen Dreiecks angeordnet sind, daß die Kreisbahn (5, 6, 7) der Schlagmesser von jeweils zwei Rotoren eine gemeinsame Tangente an ihrer Unterseite haben, daß die Länge der ineinander kämmenden Schlagmesser (10, 11) etwas kürzer als der Abstand zweier benachbarter Rotoren ist und daß mindestens zwei der Rotoren synchron, jedoch mit entgegengesetzter Drehrichtung laufen.

2. Zerkleinerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei auf einer Mittellinie angeordnete, gleich große Rotoren (1, 2) derart umlaufen, daß ihre Schlagmesser (10, 11) von oben zur Mittellinie hin rotieren und daß jeweils zwei gegnüberliegende Schlagmesser mit gleichem Anstellwinkel gegeneinander gerichtet sind.

3. Zerkleinerungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Rotor (3) kleiner als die beiden anderen Rotoren (1, 2) ist und daß der Anstellwinkel der Schlagmesser (14) des dritten Rotors stärker als der Anstellwinkel des Schlagmessers (10, 11) der beiden anderen Rotoren ist.

4. Zerkleinerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstellwinkel der Schlagmesser (14) des dritten Rotors (3) stufenlos verstellbar ist.

5. Zerkleinerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des dritten Rotors (3) gleich oder höher als die Rotoraußengeschwindigkeit der beiden anderen Rotoren (1, 2) ist.

6. Zerkleinerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Turbinengruppen (20, 21) axial gegenläufig derart angeordnet sind, daß am Wellenstoß (18) eine Kammer (19) gebildet ist, in der eine Abtastvorrichtung für das Schneidgut nach Verlassen der ersten Turbine angeordnet ist.

7. Zerkleinerungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende jeder Rotorwelle ein Zyklonrotor (22) angeordnet ist.

8. Zerkleinerungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zerkleinerungsvorrichtung ein Schüttgutsammler (23) und ein Gasabschneider (27) nachgeordnet sind.

9. Zerkleinerungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schüttgutsammler (23) als zylindrischer Hohlkörper mit kegelförmigem Boden und Auslaßöffnung ausgebildet ist, daß in dem Schüttgutsammler ein einseitig offener Zyklonfilter (27) angeordnet ist und daß der Schüttgutsammler eine Ableitung (28) für den aus der Zerkleinerungsvorrichtung einströmenden Stickstoff aufweist, wobei die Ableitung zur Kälteschockbehandlung mit der Eingangsseite (29) der Zerkleinerungsvorrichtung verbunden ist.

10. Zerkleinerungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Turbineneinlauf eine Eintrittsöffnung (38) zum Einspritzen von flüssigem Stickstoff angeordnet ist.