DE4115069A1 - Vorrichtung zum zerkleinern von fasrigen komponenten in einer biologischen grundmasse - Google Patents
Vorrichtung zum zerkleinern von fasrigen komponenten in einer biologischen grundmasseInfo
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Description
Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zum Zerkleinern von fas
rigen Komponenten in einer biologischen Grundmasse, insbesondere von
Gras- und Strohfasern in Gülle.
Zum Zerkleinern biologischer Massen sind unterschiedliche Geräte bekannt.
Diese umfassen in der Regel ein Gehäuse und ein relativ zum Gehäuse
drehangetriebenes Teil, durch welches die Zerkleinerung allein oder im
Zusammenwirken mit feststehenden Einrichtungen erfolgt.
Beispielsweise sind zum Zerkleinern von trockener Biomasse sogenannte
Häcksler oder Mazeratoren bekannt. Diese Geräte weisen schnell laufende
Schneidmesser auf, so daß der Schneidvorgang aufgrund der Schärfe der
Schneide, der hohen Geschwindigkeit und der Trägheit des zu schneiden
den Gutes bewerkstelligt wird.
Derartige schnell laufende Systeme eignen sich nicht zur Zerkleinerung
von fasrigen Komponenten, die in eine breiige organische Grundmasse ein
gelagert sind, weil aufgrund der hohen Rotationsgeschwindigkeiten sich
relativ hohe Temperaturen infolge der mechanischen Energieeinleitung ent
wickeln, die zu einer teilweisen Verbrennung der breiigen Grundmasse und
damit zur Ausbildung von Kohlerückständen führen, die in allerkürzester
Zeit zu einer Erhöhung des Reibungswiderstandes zwischen Welle und
Lagerung und damit zu einem Durchbrennen elektrischer Antriebsmotoren
führen. Dieses auf den ersten Blick nächstliegend erscheinende Konzept
versagt also aufgrund der Eigenschaften der breiigen Grundmasse, z. B.
von Gülle.
Eine andere Art von Zerkleinerungseinrichtungen für biologische Massen
wird durch vergleichsweise langsam laufende Schneckenanordnungen gebil
det, wie z. B. Fleischwölfe. Herkömmliche derartige Einrichtungen eignen
sich dazu, eine Fleischmasse oder Gemüse oder andere biologische Massen
unter dem durch die Förderwirkung der Schnecke aufgebauten Druck durch
ein Lochsieb oder eine andere Siebplatte zu pressen und hierdurch eine
Aufteilung in Einzelstränge und entsprechend eine Zerkleinerung zu be
werkstelligen. Zähes langes fasriges Gut wird aber bei solchen Vorrich
tungen weitgehend unzerteilt bis zur Lochplatte gefördert, wickelt sich
beim geringsten Widerstand um die Welle, baut sich im Endbereich vogel
nestähnlich auf und führt zur Verstopfung der Förderschnecke.
Die Homogenisierung eines Gemisches aus Gülle und eingelagerter Gras-,
Strohfasern und ähnlicher Einlagerungen wird aber aus verschiedenen
Gründen in der Landwirtschaft gefordert, da bisher brauchbare, wirt
schaftliche und eine vertretbar hohe Lebensdauer aufweisende Geräte nicht
zur Verfügung stehen. Durch eine Homogenisierung kann eine gleichmäßi
gere Ausbreitung bei der Sprühverteilung erreicht werden und es ist wei
terhin möglich, die Gülle über Düsen direkt in den Boden einzutragen und
die durch die Düsen gebildeten Furchen hinterher gleich wieder zu
schließen, so daß die beim herkömmlichen Düngen unangenehme und um
weltschädliche Ammoniakemission entfällt. Zusätzlich ist eine Verrohrung
und Verregnung mit oder ohne Wasserzusatz sowie unterirdische
Versorgung ohne Verstopfungsgefahr möglich.
Von besonderer Bedeutung ist die Homogenisierung der Gülle aber vor
allem dann, wenn die Gülle in einem Bioreaktor nachbehandelt werden
soll, insbesondere wenn diese Nachbehandlung in einem im wesentlichen
kontinuierlichen Verfahren mit Immobilisierungskörpern erfolgen soll.
Zudem wird durch Zerkleinerung eine wesentlich größere Oberfläche er
zielt, die den Mikroorganismen eine größere Angriffsfläche bietet und den
Aufschluß und Umsetzungsprozeß beschleunigt.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vor
richtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß auch dann,
wenn die in die Grundmasse eingelagerten Fasern sehr lang und zäh
sind, eine zuverlässige Zerkleinerung bei hoher Homogenität des Aus
tragsproduktes erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein im wesentlichen zy
linderförmiges oder kegelförmiges bzw. konisch zulaufendes Gehäuse, und
ein relativ zum Gehäuse drehbar gelagertes, drehangetriebenes Rotations
teil mit längs der Mantelfläche verlaufenden Schneid-Schneckenwindungen,
deren Schneidkanten mit gewendelten, in Längsrichtung des Gehäuses ver
laufenden Schneidrippen zusammenwirken, wobei sich wenigstens eine erste
Schneckenwindung von einem Einzugsbereich des Gehäuses zu einem Aus
stoßbereich des Gehäuses mit einem im wesentlichen dem Innendurchmesser
der Schneidrippen bzw. des Gehäuses entsprechenden Durchmessers er
streckt, und wobei wenigstens eine zweite Schneckenwindung sich zwischen
der wenigstens einen ersten Schneckenwindung mit vom Einzugsbereich zum
Ausstoßbereich zunehmendem Durchmesser erstreckt.
Diese Ausgestaltung der Schnecke, welche speziell auf die Problemstellung
zugeschnitten ist, daß in eine breiige Grundmasse eingelagertes, langfas
riges Gut zerkleinert werden soll, führt dazu, daß eine hohe Zerteilge
nauigkeit bei niedrigen Betriebskosten erzielt wird. Die erfindungsgemäß
erzeugten hohen Scherkräfte haben eine reproduzierbare Teilchengröße zur
Folge. Durch die Homogenisierung des Produkts, z. B. der Gülle mit durch
weichtem Heu, wird eine Verstopfungsgefahr bei einer nachfolgenden Ver
arbeitung oder beim gezielten Austrag verhindert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist z. B. vorgesehen, daß zusätzlich
zu der durchgehenden, im wesentlichen dem Transport dienenden Schnecken
windung drei weitere Schneckenwindungen vorgesehen sind, welche in
Transportrichtung nacheinander beginnen und jeweils ausgehend vom zen
tralen Grundkörper des Rotationsteils schnell zunehmenden Durchmesser
aufweisen, bis der Durchmesser dem Maximaldurchmesser der Transport-Schnecken
windung entspricht und dann durch das keilförmige Herantragen
des Mediums jeweils eine Zerkleinerungswirkung entfalten kann. Hierdurch
werden lange Fasern von der Welle abgehoben und in den Außenrandbe
reich gefördert und dort zwischen den jeweiligen rotierenden Schnecken
windungen und den feststehenden Schneidrippen zerrissen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet so, daß das durch den Einlaß
bereich kontinuierlich zugeführte Gut durch den ersten Schneckengang er
faßt und nach vorne befördert wird. Durch die sich, bezogen auf den
Transportweg des Faserguts, kontinuierlich weiter nach außen erstrecken
den zweiten Schneckenwindungen wird das Fasergut erfaßt und zerklei
nert, wobei zum Zerkleinerungsvorgang sowohl die Schneckenaußenkanten
als auch gehäuseseitige, demgegenüber in einem bestimmten Winkel fest
stehende, gewendelte Schneidrippen beitragen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die
Schneckenwindungen im Ausstoßbereich in einer Ebene senkrecht zur
Längsachse des Rotationsteils derart enden, daß die Windungen sich einer
Senkrechten zu dieser Ebene tangential annähern, wobei diese Enden der
Schneckenwindungen zusammenwirken mit einem feststehenden, zu dieser
Ebene parallelen, in dem Gehäuse angeordneten Schneidelement. Hierdurch
wird eine weitere Zerkleinerung und Homogenisierung des bereits vorge
schnittenen Fasergutes erreicht.
Da für die Realisierung der vorstehend beschriebenen Schneidkinematik
eine hohe Drehgeschwindigkeit nicht erforderlich ist und dementsprechend
eine Drehzahl von ca. 540 U/min ausreicht, besteht nicht die Gefahr einer
Kohlebildung und es reicht überdies eine vergleichsweise niedrige An
triebsleistung aus.
Dem feststehenden Schneidelement kann ein mit dem Rotationselement dreh
fest verbundenes zweites Schneidelement nachgeordnet sein. Dieses zweite
Schneidelement ist z. B. als mehrarmiges Schneidmesser ausgebildet und
weist eine dem unrunden Querschnitt des Rotationskörpers oder einer Ver
längerung desselben entsprechende Ausnehmung zur drehfesten Verbindung
auf. Diesem zweiten Schneidelement kann wiederum eine Lochscheibe nach
geordnet sein.
Ein derartiges zweites Schneidelement in Kombination mit einer Lochscheibe
wird dann vorgesehen, wenn für bestimmte Anwendungszwecke eine nahezu
völlig homogene, musartige Konsistenz des ausgetragenen Produkts ge
wünscht wird. Für höchste Anforderungen ist der Einsatz eines dritten
Schneidelements mit Lochscheibe möglich.
Grundsätzlich kann durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung also eine
energiesparende und umweltschonende Zerkleinerung in einem einzigen Ar
beitsgang erreicht werden. Es wird eine minimale und lockere Schwimm
deckenausbildung erzielt und die bakterielle Zersetzung beschleunigt. Vor
dem Abpumpen läßt sich ein kurzer und energiesparender Aufrührvorgang
realisieren. Aufgrund der geringeren Ammoniak-Emission, die aus Umwelt
gründen allein schon wünschenswert ist, kann auch ein geringerer Nähr
stoffverlust erzielt werden. Bei der Streuausbringung wird ein sehr
gleichmäßiges, konstantes Streubild erreicht.
Bei Schleppschlauchsystemen und Eindrillgeräten werden Leitungen bzw.
Düsen mit geringen Durchmessern verwendet, so daß es am Verteilerkopf
und an den Schlauchstutzen oft zu Verschlüssen kommt. Dieses Problem
kann durch die erfindungsgemäße Vorrichtung vermieden werden. Es kann
der Anschluß eines hydraulikgetriebenen Öl-Motors oder an die Zapfwelle
des Schleppers erfolgen. Dies ist insbesondere von Bedeutung für Unter
nehmen, die als Lohnunternehmer Gülle ausbringen und dementsprechend
keinen Einfluß auf die Güllekonsistenz ihrer Kunden ausüben können, und
für die eine durch Verstopfung entstehende Standzeit besonders unan
genehm ist. Bei Stationäraggregaten kann der Antrieb über einen Elektro
motor vorgesehen sein.
Die kompakte, schlanke Bauweise einer erfindungsgemäßen Vorrichtung er
möglicht einen vielseitigen Einsatz.
Nachfolgend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand
bevorzugter Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Dabei zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
Fig. 2 eine schematisierte Darstellung der Zerkleinerungsvorgänge längs
des in der Zeichnung von links nach rechts führenden Transport
weges,
Fig. 3 eine Schnittdarstellung des Rotationsteils mit endseitigem Lager
zapfen ohne Gehäuse und
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung des Rotationsteils allein.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, um
faßt ein Gehäuse 1 mit Lageransätzen 2 mit einem einen Einlaßbereich 3
definierenden Einlaßstutzen 4 und einem den Auslaßbereich 5 definierenden
Druckstutzen 6, der über einen O-Ring 7 an der freien Öffnung 8 des Ge
häuses 1 befestigt ist, wobei am Druckstutzen 6 seitlich angebrachte Augen
bolzen, die in gabelförmige Gegenstücke am Gehäuse einrasten, und Ring
muttern vorgesehen sind. Das Innere des Gehäuses 1 erweitert sich vom
Einlaßbereich 3 zum Auslaßbereich 5 hin leicht kegelförmig. An der In
nenseite des Gehäuses 1 sind Schneidrippen 9 vorgesehen, welche, wie in
der Zeichnung nicht ersichtlich, in Längsrichtung leicht schraubenförmig
verlaufen.
An der dem Auslaßbereich 5 entgegengesetzten Seite des Gehäuses 1 ist ein
Antriebsgehäuse 10 über Schrauben angeflanscht, in welchem eine An
triebswelle 11 über zwei Kegelrollenlager 12, 13 gelagert ist. Ein Ansatz 14
der Antriebswelle 11 greift in ein Rotationsteil 15 ein, welches im wesent
lichen als Transport- und Schneidschnecke, wie nachstehend noch im ein
zelnen beschrieben, ausgebildet ist. Der Ansatz 14 dient also zur Führung
des Rotationsteils, wobei zwei Bolzen von der in der Zeichnung linken
Antriebsseite in zwei durchgehende Bohrungen am Ende des Rotationsteils
eingreifen. Hierdurch wird in einfacher Weise eine Drehlagerung und
Übertragung der Drehbewegung realisiert, welche auf eine einfache Steck
verbindung hinausläuft und so eine leichte Demontage ermöglicht. Das
andere Ende des Rotationsteils 15 im Auslaßbereich 5 ist über einen Wel
lenzapfen 16 gelagert, der seinerseits über eine Lagerbuchse 17 in einem
als feststehende Scheibe ausgebildeten ersten Schneidelement 18 gelagert
ist, welches an einer innenliegenden Ringschulter 19 des Gehäuses an
liegt und mittels einer Paßfeder 20 drehfest festgelegt ist.
Das Rotationsteil 15 ist in Fig. 3 im einzelnen dargestellt. Dabei ist zu
erkennen, daß sich, beginnend von einer endseitigen Begrenzungsscheibe 21,
vom Einzugsbereich 3 weg eine erste Schneckenwindung 22 mit zunehmen
dem Durchmesser und konstanter Ganghöhe auf den Auslaßbereich 5 zu er
streckt. Weitere Schneckenwindungen 23a, b, c sind zwischen die erste
Schneckenwindung 22 eingelagert, wobei der Durchmesser dieser weiteren
Schneckenwindungen im Anschluß an den Auslaßbereich von Null konti
nuierlich zunimmt, bis er nach z. B. 270° demjenigen der ersten
Schneckenwindung entspricht.
Beide Schneckenwindungen 22, 23a, b, c münden unter Änderung ihres
Krümmungsverhaltens annähernd senkrecht in eine Ebene 24 ein, welche
ihrerseits senkrecht zur Längsachse 25 des Rotationsteils 15 steht. Diese
Ebene 24 liegt parallel zu der unmittelbar anschließenden Innenseite des
ersten Schneidelements 18, welches, wie in Fig. 2 erkennbar ist, als
Schneidscheibe mit mehrfachen Schneidarmen 26 und dazwischenliegenden
Durchlässen 27 ausgebildet ist.
Das feststehende Schneidelement 18 wird über eine Buchse 30, welche an
dem Druckstutzen 6 anliegt, in Position gehalten. Durch Ringmuttern wird
der Anpreßdruck über die Buchse 30 auf das Schneidelement 18 übertragen
und eingestellt, da der O-Ring 7 federnd wirkt. Entsprechend der Anzahl
der gewünschten nachgeschalteten Schneidsätze können Buchsen 30 unter
schiedlicher Länge eingesetzt werden.
Diesem ersten, feststehenden Schneidelement 18 kann, wie ebenfalls gut
aus Fig. 2 ersichtlich ist, ein zweites rotierendes Schneidelement 28 und
eine feststehende Lochscheibe 29 nachgeordnet sein.
Das rotierende Schneidelement 28, z. B. in Form eines Messers mit mehre
ren Messerarmen 30, und die Lochscheibe 29 sind lediglich dann erforder
lich, wenn eine Feinstzerkleinerung für bestimmte Anwendungszwecke er
forderlich erscheint.
Das rotierende Schneidelement 28 ist über eine längliche Öffnung 31 auf
einen korrespondierenden Abschnitt der Welle 16 aufgesetzt. Am Ende der
Welle 16 ist eine Bohrung vorgesehen, über die mittels eines Schlüssels
Schnecke und Schneidsätze aus dem Gehäuse enthoben werden können.
Die Zerkleinerung der fasrigen Komponenten erfolgt einerseits im Zusam
menwirken der Schneidkanten 32 der Schneckenwindungen 23a, b, c mit
den Schneidrippen 19 des Gehäuses und andererseits durch das Zusammen
wirken der stirnseitigen Kanten 33 in der Schneidebene 24 mit dem fest
stehenden Schneidelement 18 bzw. mit den Schneidarmen 26 dieses Schneid
elements. Eine weitere Zerkleinerung kann, wie erwähnt, durch das
zweite, rotierende Schneidelement 28 bewerkstelligt werden.
In Fig. 2 ist der Zerkleinerungsvorgang nochmals im einzelnen darge
stellt, und zwar anhand der aufeinanderfolgenden Zerkleinerungsphasen,
welche wegen der überlagerten Transportbewegung aufgrund der Schnecken
windungen 22 örtlich in Transportrichtung (Pfeil 34) und zeitlich auf
einanderfolgen.
Das durch den Einlaßbereich kontinuierlich zugeführte Gemenge 35 aus
Gülle mit eingelagerten Heufasern oder ein ähnliches Gemenge wird in
einer ersten Phase I portioniert und beim Weitertransport in den Phasen
II und III halbiert und geviertelt. In der Phase IV erfolgt zwischen den
Schneidkanten 33 und dem feststehenden Schneidelement 18 ein Klein
schnitt, in einer Phase V durch das zweite, rotierende Schneidelement 28
und die Lochscheibe 29 eine Zermusung.
Die insbesondere in Verbindung mit Fig. 1 beschriebene Konstruktion der
erfindungsgemäßen Vorrichtung bringt außer der mit bekannten Geräten
nicht erreichten Schneidwirkung vom Aufbau her noch zahlreiche Vorteile,
wie z. B. die Möglichkeit einer Realisierung aus Grauguß, hohe Korro
sionsbeständigkeit und schnellen Zugang zu Schnecke und Schneidring.
Der Antriebskopf ist wartungsfreundlich und ermöglicht eine einfache
Kraftübertragung vom Antrieb auf das Rotationsteil. Die Vorrichtung kann
einfach gereinigt werden und die Verstopfungsgefahr ist minimal.
Der Feinheitsgrad des ausgetragenen Produkts kann durch die Auswahl ei
nes Schneidsatzes so vorgegeben werden, daß sie optimal an die vorgese
hene Weiterverarbeitung angepaßt ist.
Die Schneidsätze können also sowohl individuell ausgewählt als auch bei
Verschleiß einfach ausgetauscht werden, wobei eine werkseitige Nachbear
beitung bei einem Schneckenverschleiß möglich ist.
Durch Verwendung einer zusätzlichen Pumpe kann eine besonders hohe
Förderleistung erzielt werden.
Claims (9)
1. Vorrichtung zum Zerkleinern von fasrigen Komponenten in einer biolo
gischen Grundmasse, insbesondere von Gras und Strohfasern in Gülle, ge
kennzeichnet durch
ein im wesentlichen zylinderförmiges oder kegelförmiges Gehäuse (1),
und ein relativ zum Gehäuse (1) drehbar gelagertes, drehangetriebenes Rotationsteil (15) mit längs der Mantelfläche verlaufenden Schneid-Schnecken windungen (22, 23a, b, c), deren Schneidkanten (32) mit in Längsrichtung des Gehäuses (1) verlaufenden Schneidrippen (9) zusammen wirken,
wobei sich wenigstens eine erste Schneckenwindung (22) von einem Ein zugsbereich (3) des Gehäuses (1) zu einem Ausstoßbereich (5) des Gehäu ses (1) mit einem im wesentlichen dem Innendurchmesser der Schneidrippen (9) bzw. des Gehäuses (1) entsprechenden Durchmesser erstreckt,
und wobei wenigstens eine zweite Schneckenwindung (23a, b, e) sich zwi schen der wenigstens einen ersten Schneckenwindung (22) mit vom Ein zugsbereich (3) zum Ausstoßbereich (5) zunehmendem Durchmesser er streckt.
ein im wesentlichen zylinderförmiges oder kegelförmiges Gehäuse (1),
und ein relativ zum Gehäuse (1) drehbar gelagertes, drehangetriebenes Rotationsteil (15) mit längs der Mantelfläche verlaufenden Schneid-Schnecken windungen (22, 23a, b, c), deren Schneidkanten (32) mit in Längsrichtung des Gehäuses (1) verlaufenden Schneidrippen (9) zusammen wirken,
wobei sich wenigstens eine erste Schneckenwindung (22) von einem Ein zugsbereich (3) des Gehäuses (1) zu einem Ausstoßbereich (5) des Gehäu ses (1) mit einem im wesentlichen dem Innendurchmesser der Schneidrippen (9) bzw. des Gehäuses (1) entsprechenden Durchmesser erstreckt,
und wobei wenigstens eine zweite Schneckenwindung (23a, b, e) sich zwi schen der wenigstens einen ersten Schneckenwindung (22) mit vom Ein zugsbereich (3) zum Ausstoßbereich (5) zunehmendem Durchmesser er streckt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schneckenwindungen (22, 23) im Ausstoßbereich (5) in einer Ebene (24)
senkrecht zur Längsachse (25) des Rotationsteils (15) derart enden, daß
die Windungen sich einer Senkrechten zu dieser Ebene tangential annä
hern, wobei diese Enden (33) der Schneckenwindungen (22, 23a, b, c) zu
sammenwirken mit einem feststehenden, zu dieser Ebene (24) parallelen, in
dem Gehäuse (1) ersten angeordneten Schneidelement (18).
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste
Schneidelement (18) als eine Mehrzahl von Schneidarmen (26) aufweisende
Schneidscheibe ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem fest
stehenden ersten Schneidelement (18) ein mit dem Rotationselement (15)
drehfest verbundenes zweites Schneidelement (28) nachgeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite
Schneidelement (28) als mehrarmiges Schneidmesser ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite
Schneidelement (28) eine dem unrunden Querschnitt des Rotationskörpers
(15) oder einer Verlängerung desselben entsprechende Ausnehmung (31)
zur drehfesten Verbindung aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem zwei
ten Schneidelement (28) eine Lochscheibe (29) nachgeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das fest
stehende, erste Schneidelement (18) eine Lagerbohrung für einen Lager
zapfen (16) für das Rotationsteil (15) aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elek
tromotor zum Antrieb des Rotationsteils (15) in Förderrichtung gesehen vor
dem Einzugsbereich (3) angeordnet ist.
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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