DE4115069C2 - 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 fasri
gen Komponenten in einer biologischen Grundmasse, insbesondere von
Gras- und Strohfasern in Gülle.
Zum Zerkleinern biologischer Massen sind unterschiedliche Geräte be
kannt. Diese umfassen in der Regel ein Gehäuse und ein relativ zum Ge
häuse 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.
Schneidsätze bzw. Schneidköpfe für Fleisch sind beispielsweise bekannt
aus DE-PS 818 459, DE-PS 965 777 und DE-PS 738 698.
Eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Zerkleinern fasriger Komponenten
in einer biologischen Grundmasse ist bekannt aus US 4,807,816. Zerkleine
rungsanordnungen in Verbindung mit Extrudern werden beschrieben in
US 3,536,115 und US 3,530,916.
Aus der FR 1 473 299 ist eine Pumpe für landwirtschaftliche Zwecke mit
zusätzlichen Zerkleinerungseinrichtungen bekannt.
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
entwickeln, die zu einer teilweisen Verbrennung der breiigen Grundmasse
und damit zur Ausbildung von Kohlerückständen führen, die in aller kürze
ster 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
gebildet, 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 hier
durch eine Aufteilung in Einzelstränge und entsprechend eine Zerkleine
rung zu bewerkstelligen. Zähes langes fasriges Gut wird aber bei solchen
Vorrichtungen weitgehend unzerteilt bis zur Lochplatte gefördert, wickelt
sich beim geringsten Widerstand um die Welle, baut sich im Endbereich
vogelnestähnlich 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, wirtschaft
liche und eine vertretbar hohe Lebensdauer aufweisende Geräte nicht zur
Verfügung stehen. Durch eine Homogenisierung kann eine gleichmäßigere
Ausbreitung bei der Sprühverteilung erreicht werden und es ist weiterhin
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 umweltschädli
che Ammoniakemission entfällt. Zusätzlich ist eine Verrohrung und Ver
regnung 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 Austragspro
duktes erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein im wesentlichen
zylinderförmiges oder kegelförmiges Gehäuse, und ein relativ zum Gehäu
se drehbar gelagertes, drehangetriebenes Rotationsteil mit längs der Man
telfläche verlaufenden Schneid-Schneckenwindungen, deren Schneidkanten
mit in Längsrichtung des Gehäuses verlaufenden Schneidrippen zusam
menwirken, wobei sich wenigstens eine erste Schneckenwindung von ei
nem Einzugsbereich des Gehäuses zu einem Ausstoßbereich des Gehäuses
mit einem im wesentlichen dem Innendurchmesser der Schneidrippen
entsprechenden Durchmessers erstreckt, und wobei wenig
stens 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, langfasri
ges Gut zerkleinert werden soll, führt dazu, daß eine hohe Zerteilgenauig
keit bei niedrigen Betriebskosten erzielt wird. Die erfindungsgemäß er
zeugten hohen Scherkräfte haben eine reproduzierbare Teilchengröße zur
Folge. Durch die Homogenisierung des Produkts, z. B. der Gülle mit
durchweichtem Heu, wird eine Verstopfungsgefahr bei einer nachfolgenden
Verarbeitung oder beim gezielten Austrag verhindert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist z. B. vorgesehen, daß zusätz
lich zu der durchgehenden, im wesentlichen dem Transport dienenden
Schneckenwindung drei weitere Schneckenwindungen vorgesehen sind,
welche in Transportrichtung nacheinander beginnen und jeweils ausgehend
vom zentralen Grundkörper des Rotationsteils schnell zunehmenden
Durchmesser aufweisen, bis der Durchmesser dem Maximaldurchmesser
der Transport-Schneckenwindung entspricht und dann durch das keilförmi
ge Herantragen des Mediums jeweils eine Zerkleinerungswirkung entfalten
kann. Hierdurch werden lange Fasern von der Welle abgehoben und in den
Außenrandbereich gefördert und dort zwischen den jeweiligen rotierenden
Schneckenwindungen 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 Trans
portweg des Faserguts kontinuierlich weiter nach außen erstreckenden
zweiten Schneckenwindungen wird das Fasergut erfaßt und zerkleinert,
wobei zum Zerkleinerungsvorgang sowohl die Schneckenaußenkanten als
auch gehäuseseitige, demgegenüber in einem bestimmten Winkel festste
hende, gewandelte 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. Hier
durch wird eine weitere Zerkleinerung und Homogenisierung des bereits
vorgeschnittenen 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 ersten Schneidelement kann ein mit dem Rotationsele
ment drehfest 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 Verlängerung desselben entsprechende Ausnehmung zur drehfe
sten Verbindung auf. Diesem zweiten Schneidelement kann wiederum eine
Lochscheibe nachgeordnet sein.
Ein derartiges zweites Schneidelement in Kombination mit einer Loch
scheibe wird dann vorgesehen, wen für bestimmte Anwendungszwecke
eine nahezu völlig homogene, musartige Konsistenz des ausgetragenen
Produkts gewünscht wird. Für höchste Anforderungen ist der Einsatz eines
dritten Schneidelements mit Lochscheibe möglich.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind in den übrigen Unteransprüchen beschrieben.
Grundsätzlich kann durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung also eine
energiesparende und umweltschonende Zerkleinerung in einem einzigen
Arbeitsgang erreicht werden. Es wird eine minimale und lockere
Schwimmdeckenausbildung erzielt und die bakterielle Zersetzung be
schleunigt. Vor dem Abpumpen läßt sich ein kurzer und energiesparender
Aufrührvorgang realisieren. Aufgrund der geringeren Ammoniakemission,
die aus Umweltgründen allein schon wünschenswert ist, kann auch ein ge
ringerer Nährstoffverlust 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 unange
nehm ist. Bei Stationäraggregaten kann der Antrieb über einen Elektromo
tor vorgesehen sein.
Die kompakte, schlanke Bauweise einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
ermöglicht einen vielseitigen Einsatz.
Nachfolgend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand
bevorzugter Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Dabei zeigen:
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
Transportweges,
Fig. 3 eine Schnittdarstellung des Rotationsteils mit endseitigem La
gerzapfen ohne Gehäuse und
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung des Rotationsteils allein.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, umfaßt
ein Gehäuse 1 mit Lageransätzen 2 mit einem einen Einlaßbereich 3 defi
nierenden 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, 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 Innen
seite des Gehäuses 1 sind Schneidrippen 9 vorgesehen, welche, wie in der
Zeichnung nicht ersichtlich, in Längsrichtung leicht schraubenförmig ver
laufen.
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 an
dere Ende des Rotationsteils 15 im Auslaßbereich 5 ist über einen Wellen
zapfen 16 gelagert, der seinerseits über eine Lagerbuchse 17 in einem als
feststehende Scheibe ausgebildeten ersten Schneidelement 18 gelagert ist,
welches an einer innen liegenden Ringschulter 19 des Gehäuses anliegt und
mittels einer Paßfeder 20 drehfest festgelegt ist.
Das Rotationsteil 15 ist in Fig. 3 im einzelnen dargestellt. Dabei ist zu er
kennen, daß sich beginnend von einer endseitigen Begrenzungsscheibe 21
vom Einzugsbereich 3 weg eine erste Schneckenwindung 22 mit zuneh
mendem Durchmesser und konstanter Ganghöhe auf den Auslaßbereich 5
zu erstreckt. Weitere Schneckenwindungen 23a, b, c sind zwischen die er
ste Schneckenwindung 22 eingelagert, wobei der Durchmesser dieser wei
teren Schneckenwindungen im Anschluß an den Einlaßbereich von Null
kontinuierlich 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 dazwischenliegen
den 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
erforderlich 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 9 des Gehäuses und andererseits durch das Zusammen
wirken der stirnseitigen Kanten 33 in der Schneidebene 24 mit dem festste
henden Schneidelement 18 bzw. mit den Schneidarmen 26 dieses
Schneidelements. Eine weitere Zerkleinerung kann, wie erwähnt, durch das
zweite, rotierende Schneidelement 28 bewerkstelligt werden.
In Fig. 2 ist der Zerkleinerungsvorgang nochmals im einzelnen dargestellt,
und zwar anhand der aufeinanderfolgenden Zerkleinerungsphasen, welche
wegen der überlagerten Transportbewegung aufgrund der Schneckenwin
dungen 22 örtlich in Transportrichtung (Pfeil 34) und zeitlich aufeinander
folgen.
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 Korrosi
onsbeständigkeit und schnellen Zugang zu Schnecke und Schneidring. Der
Antriebskopf ist wartungsfreundlich und ermöglicht eine einfache Kraft
übertragung vom Antrieb auf das Rotationsteil. Die Vorrichtung kann ein
fach gereinigt werden und die Verstopfungsgefahr ist minimal.
Der Feinheitsgrad des ausgetragenen Produkts kann durch die Auswahl
eines 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,
gekennzeichnet durch
ein im wesentlichen zylinderförmiges oder kegelförmiges Gehäuse (1),
und ein relativ zum Gehäuse (1) drehbar gelagertes, drehangetriebenes Ro tationsteil (15) mit längs der Mantelfläche verlaufenden Schneid-Schnec kenwindungen (22, 23a, b, c), deren Schneidkanten mit in Längsrichtung des Gehäuses (1) verlaufenden Schneidrippen (9) zusammenwirken,
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 Schneidrip pen (9) entsprechenden Durchmesser erstreckt,
und wobei wenigstens eine zweite Schneckenwindung (23a, b, c) 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 Ro tationsteil (15) mit längs der Mantelfläche verlaufenden Schneid-Schnec kenwindungen (22, 23a, b, c), deren Schneidkanten mit in Längsrichtung des Gehäuses (1) verlaufenden Schneidrippen (9) zusammenwirken,
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 Schneidrip pen (9) entsprechenden Durchmesser erstreckt,
und wobei wenigstens eine zweite Schneckenwindung (23a, b, c) 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 annähern,
wobei diese Enden (33) der Schneckenwindungen (22, 23a, b, c) zusam
menwirken 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) aufweisen
de 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
zweiten 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.
Priority Applications (2)
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