DE4115069C2 - Vorrichtung zum Zerkleinern von fasrigen Komponenten in einer biologischen Grundmasse - Google Patents

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.

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.