DE4139093A1 - Vorrichtung und verfahren zur zerkleinerung von gestein - Google Patents

Description

Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zur Zer­ kleinerung von Gestein.

Es ist zu beachten, daß im folgenden der Begriff "Gestein" für jedes harte Material, das gebrochen oder gemahlen werden kann, benutzt wird.

Steinbrecher sind in einer Vielzahl an Arten und Größen bekannt, die von Steinbrechern zur Zerkleinerung von Felsblöcken in Schotter bis zu Labor-Steinbrechern zur Zerkleinerung von Erz­ stücken in Partikel von weniger als 2 mm Durchmesser reichen.

Eine bekannte Art Steinbrecher weist eine feststehende Backe und eine geneigte Backe auf, bei dem der obere Teil der geneigten Backe durch einen Exzenter hin und zurück gegen die feststehende Backe bewegt wird. Am Fuß der angetriebenen Backe, die in Ge­ lenkplatten gelagert ist, findet nur eine geringe Bewegung statt.

Eine weitere bekannte Art an Steinbrechern weist Schwenkbacken auf, bei denen die beiden Backen drehbar an der Oberseite der Backen montiert sind und die gleichzeitig zueinander hin und zurück bewegt werden. Die Bewegung der Backen in beiden Arten von Steinbrechern übt eine Brechbehandlung auf das hineingegebe­ ne Gestein aus.

Diese bekannten Steinbrecher weisen jedoch Nachteile auf. Ein wesentliches Problem ist, genügend feine Ausbeute zu erhalten. Derzeit muß zu zerkleinerndes Gestein manchmal sechsmal die be­ kannten Steinbrecher durchlaufen, um bis zur gewünschten Größe zerkleinert zu sein.

Ein weiterer Nachteil ist, daß die Gelenkplatten einem erhebli­ chen Verschleiß unterliegen. Desweiteren können Gelenkplatten nicht ausreichend geschmiert werden und erzeugen daher belästi­ genden Lärm.

Ein weiterer Nachteil, der speziell bei Schwenkbacken-Steinbre­ chern auftritt, wenn diese für Laborzwecke verwendet werden, ist, daß das zerkleinerte Material zum Klumpen zwischen den Bac­ ken neigt, d. h., die feinen Teile neigen dazu, aneinander zu kleben. Diese weichen Klumpen verhindern nicht nur die gewünsch­ te Ausbeute, sondern führen zu erheblicher mechanischer Bela­ stung der Nockenwellen, die die Backen antreiben. Dies kommt da­ her, daß die Nocken die Backen zusammenzudrücken versuchen, zwi­ schen denen sich die inkompressiblen geklumpten Partikel befinden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die beschriebenen Nachteile der bekannten Steinbrecher zu vermeiden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Steinbrecher mit mindestens zwei Backen, die an jeweils verschiedenen Enden gegeneinander angetrieben werden, wobei das nicht angetriebene Ende mindestens einer der Backen genügend frei beweglich ist, um eine vertikale Bewegung dieser Backe gegenüber der anderen zu ermöglichen.

Zweckmäßigerweise ist der Steinbrecher mit mindestens zwei Bac­ ken ausgestattet, von denen wenigstens eine gegen eine Rolle ge­ drückt ist.

Als Rolle wird hier jedes drehbare Teil verstanden.

Vorteilhafterweise weisen die unteren Teile der Backen im we­ sentlichen flache und gerade Mahlflächen auf.

Zweckmäßigerweise wird die Bewegung der oberen und unteren Enden der Backen miteinander synchronisiert.

Die Erfindung besteht ferner in einem Verfahren zur Zerkleine­ rung von Gestein, bei dem das Gestein zuerst auf eine Anfangs­ größe zerkleinert und anschließend einer Brech- und Mahlbehand­ lung zur Zerkleinerung auf eine kleinere Größe unterzogen wird.

Ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren zur Zerkleinerung von Gestein ist gekennzeichnet durch einen Schritt zum Zuführen des Gesteins an die Backen eines Steinbrechers, bei dem die Backen einen oberen und einen unteren Teil aufweisen und eine vertikale Bewegungskomponente der unteren Teile beider Backen auftritt.

Zweckmäßigerweise wird eine Backe für einen Steinbrecher, die aus einem oberen und einem unteren Teil besteht, die zueinander um einen Winkel geneigt sind, verwendet.

Durch die erfindungsgemäße Kombination einer Brech- und Mahlbe­ wegung der Backen eines Steinbrechers kann Gestein durch den Steinbrecher auf eine kleinere Größe zerkleinert werden, als dies durch die bisher bekannten Steinbrecher, die im wesent­ lichen brechen ohne zu mahlen, möglich ist.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die beiden Backen zu einer vertikalen Achse symmetrisch. Die oberen Teile der Backen laufen auseinander, so daß die Backen im Quer­ schnitt eine im wesentlichen trichterförmige Form aufweisen. Die unteren Teile der Backen können im wesentlichen parallel sein.

Es ist leicht einzusehen, daß die oberen Teile der Backen das grobe Brechen des Gesteines ausführen und die unteren Teile der Backen eine Bruch- und Mahlbehandlung durchführen.

In weiteren Ausführungsbeispielen sind die Oberflächen der Bac­ ken im wesentlichen glatt, wobei diese jedoch auch eine aufge­ rauhte Oberfläche aufweisen können, die in Abhängigkeit des zu zerkleinernden Gesteins variiert sein kann. Die Oberfläche kann auch aus einer Kombination bestehen, die die Abwärtsbewegung des Erzes unterstützt, z. B. durch abwärts gerichtete Zähne.

Um die Mahlbewegung der unteren Teile der Backen sicherzustel­ len, ist es erforderlich, daß die Backen zueinander eine im we­ sentlichen vertikale Bewegung ausführen. Die Gelenkplatten der bekannten Steinbrecher erlauben eine gewisse vertikale Bewegung, jedoch wird der wesentliche Teil der Bewegung in eine radiale Bewegung umgesetzt. Die Gelenkplatten unterliegen außerdem einem erheblichen Verschleiß und erzeugen im Betrieb erheblichen Lärm.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden keine Gelenkplatten verwendet, sondern Rollen an den nichtangetriebe­ nen Enden der Backen. In einer bevorzugten Ausführungsform be­ findet sich jeweils eine Rolle an jedem nichtangetriebenen Ende der Backen, es sollte beachtet werden, daß in einigen Ausfüh­ rungsformen jedoch auch nur ein nichtangetriebenes Ende einer einzelnen Backe gegen eine Rolle gedrückt wird. Rollen weisen gegenüber Gelenkplatten eine Reihe von Vorzügen auf, indem sie eine maximale vertikale Bewegung der Backen zulassen und gleich­ zeitig minimalen Verschleiß und erheblich geringeren Lärm erzeu­ gen als Gelenkplatten.

Die Backen können gegen die Rollen durch eine Reihe von Einrich­ tungen gedrückt werden. In einer Ausführungsform der Erfindung werden die Backen durch Zugfedern gegen die Rollen gedrückt.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Zerkleinerung von Gestein wird im folgenden näher beschrieben.

Der obere Teil einer Backe wird wie der untere Teil der anderen Backe angetrieben. Der Antrieb der Backen kann über Exzenter er­ folgen, jedoch können natürlich auch andere Einrichtungen ver­ wendet werden. Die oberen Teile der Backen brechen das Erz, das in den Steinbrecher eingefüllt wird, während die unteren Teile der Backen das Erz in kleine Partikel der gewünschten Größe bre­ chen und mahlen, das zuvor oben gebrochen wurde. Es ist ein­ leuchtend, daß die Form der Backen und die Bewegung der Exzen­ ter die oberen Teile der Backen in einer im wesentlichen hori­ zontalen Richtung aufeinander zu und voneinander weg bewegen. Die unteren Teile der Backen bewegen sich ebenfalls aufeinander zu und weg wie auch in vertikaler Richtung gegeneinander infolge der freien Bewegung der nichtangetriebenen Enden der Backen an den Rollen. Die vertikale Bewegung der unteren Teile der Backen führt zum Mahlen des Erzes, das zwischen die Backen gefüllt wird, zusätzlich zu der Brechbehandlung durch die horizontale Bewegung.

In einigen Ausführungsformen kann es für die unteren Teile der Backen schwierig sein, mit der Menge an Material fertig zu wer­ den, die von den oberen Teilen der Backen verarbeitet werden, wenn die oberen und unteren Teile der Backen gleich häufig be­ trieben werden. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung werden die unteren Teile der Backen doppelt so häufig betä­ tigt wie die oberen Teile. Andere Verhältnisse können auch sinn­ voll sein.

Für den Betrieb ist es wichtig, daß die Bewegung der oberen Tei­ le der Backen zu den unteren Teilen der Backen synchronisiert wird. Die unteren Teile der Backen können in verschiedenen Aus­ führungsformen der Erfindung zwei Quetschpunkte aufweisen, an denen die Backen zusammenkommen, so daß auf jeden Bruch der obe­ ren Teile der Backen die unteren Backen zweimal quetschen. Die Synchronisation der Backen kann durch eine Anzahl von Einrich­ tungen erreicht werden, und in einer Ausführungsform wird dies durch die Verwendung eines Zahnriemens als Antriebselement für die Backen erreicht. Vorzugsweise erfolgt die Synchronisation so, daß die eine Backe sich abwärts bewegt, wenn sich die andere aufwärts bewegt, um eine maximal mögliche Reibfläche zwischen den Backen zu erzielen, um das Erz zu mahlen.

Versuche mit Steinbrechern nach der vorliegenden Erfindung haben gezeigt, daß diese Erz in einem Durchgang auf die gewünschte Größe zerkleinern können, für die bei bisher bekannten Steinbre­ chern etwa sechs Durchgänge erforderlich sind. Die Verwendung von Rollen nach der vorliegenden Erfindung führt zu geringerem Verschleiß und zu einer erheblich geringeren Lärmbelastung als bei bekannten Steinbrechern.

Durch die Verwendung von Rollen anstelle von Gelenkplatten kön­ nen die Backen leicht herausgenommen werden, um gereinigt zu werden. Bei den bekannten Steinbrechern verhindern die Gelenk­ platten, daß die Backen vollständig erreichbar sind. Durch das Anpressen der Backen an die Rollen können diese einfach einge­ stellt werden. Zum Beispiel kann eine oder mehrere der Rollen auf einer Achse befestigt werden, die mit einer Einstellschraube bewegt werden kann und damit die Rolle(n) und damit die Backe(n) in eine gewünschte Entfernung zu der anderen Backe einstellbar macht, wenn die Backen im wesentlichen stillstehen.

Die Erfindung soll im folgenden anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Steinbrechers;

Fig. 2 die Relativbewegungen der oberen und unteren Teile der Backen zueinander;

Fig. 3 eine Einrichtung zur Einstellung des Abstandes zwi­ schen den Backen.

Fig. 1 zeigt einen Steinbrecher 1, der eine erste Backe 2 und eine zweite Backe 3 enthält. Die dargestellte Ausführungsform der Erfindung ist zum Zerkleinern von Erz für Laborzwecke be­ stimmt, die erwünschte Partikelgröße beträgt 2 mm oder weniger.

Die oberen Teile 4 und 5 der Backen 2 und 3 sind jeweils leicht geriffelt und ihre ebenen Oberflächen stehen in einem Winkel von annähernd 20° zueinander. Die unteren Teile 6 und 7 der Backen 2 und 3 sind ebenfalls eben, stehen jedoch im wesentlichen paral­ lel zueinander. Die Länge der Backen beträgt annähernd 390 mm und der Abstand zwischen den oberen Enden 4 und 5 der Backen 2 und 3 beträgt annähernd 120 mm.

Der obere Teil 4 der Backe 2 wird von einem Exzenter 8 angetrie­ ben. Der Exzenter 8 hat eine 50 mm-Welle und ein exzentrisches 55 mm-Zapfenlager, wodurch der Exzenter 8 einen Gesamtweg von 5 mm zurücklegt. Der Exzenter 8 ist innerhalb des Exzenterbloc­ kes 9 untergebracht.

Ein Exzenter 10 befindet sich an dem unteren Teil 7 der Backe 3 und weist einen Durchmesser von 50 mm und ein 52 mm exzentri­ sches Zapfenlager auf. Dadurch wird der untere Teil 7 der Backe 3 um 2 mm einwärts und auswärts bewegt. Der Exzenter 10 befindet sich in einem Exzenterblock 11.

Die erste Backe 2 wird gegen eine Laufrolle 12 durch eine Feder 13 gepreßt und dreht sich auf der Laufrolle 12 um einen Dreh­ punkt 14.

Wie in Fig. 3 zu sehen, dreht sich die Laufrolle 12 (wie auch die Laufrolle 21) auf der Achse 15. Die Achse 15 weist Abfla­ chungen 16 auf. Die Achse 15 ist durch ein Langloch 17 geführt und die Bewegung der Achse 15 in dem Langloch 17 führt zu einer gleichen Bewegung der Laufrolle 12. Neben dem Langloch 15 befin­ det sich ein Block 18 mit einer Gewindebohrung 19. In der Gewin­ debohrung 19 befindet sich eine Schraube 20, deren Ende an die Achse 15 stößt. Um die Lage der ersten Backe zur zweiten Backe zu verändern, wird die Kontermutter 25 gelöst und die Schraube 20 gedreht und damit die Laufrolle 12 bewegt. Die an der Lauf­ rolle 12 anliegende Backe 2 wird damit bewegt.

Eine andere Ausführungsform (hier nicht dargestellt) kann mit einem Schnellösesystem ausgestattet sein, das aus einer Welle und Exzenter mit einem pneumatischen Stößel besteht, um die Backe 2 von der Backe 3 wegzuschwenken und damit die Reinigung der Backen zu erleichtern.

Die zweite Backe 3 wird gegen die Laufrolle 21 durch die Feder 22 gedrückt. Der obere Teil 5 der Backe 3 ist in horizontaler Richtung im wesentlichen festgelegt, d h., ihre Bewegung an der Laufrolle 21 ist im wesentlichen vertikal, wie durch die Pfeile angedeutet. Die Einstellung der Position der Laufrolle 21 er­ folgt auf die gleiche Weise wie die der Laufrolle 12 und verän­ dert den Winkel zwischen den unteren Backenteilen 6 und 7. Da­ durch kann der Quetschpunkt zwischen deren Oberflächen verändert werden.

Der Exzenter 8 rotiert mit einer Drehzahl von 350 RpM, während der Exzenter 10 mit einer Drehzahl von 700 RpM läuft, was ein Frequenzverhältnis von 1 : 2 zwischen den oberen Teilen 4 und 5 und den unteren Teilen 6 und 7 der Backen erzeugt. Dieses Fre­ quenzverhältnis kann mit anderen Backen verändert werden, z B. 1 : 4, und kann von der Geometrie der oberen Teile der Backen im Verhältnis zu den unteren Teilen der Backen abhängen. Die Umdre­ hungsgeschwindigkeiten der Exzenter 8 und 10 können ebenfalls verändert werden.

Wie durch die Pfeile in Fig. 1 dargestellt, bewegen sich die Backen sowohl in horizontaler Richtung zum Brechen als auch in vertikaler Richtung zum Mahlen gegeneinander, speziell in den unteren Teilen 6 und 7 der Backen.

Fig. 2 zeigt die relativen Positionen der oberen Teile 4 und 5 und der unteren Teile 6 und 7 der Backen 2 und 3 zueinander wäh­ rend eines typischen Umlaufs. Es sollte beachtet werden, daß die Synchronisation der Backen 2 und 3 zueinander für den Betrieb des Steinbrechers kritisch sein kann. In dieser Ausführungsform wird die Synchronisation der Backen 2 und 3 durch einen nicht dargestellten Zahnriemen erreicht, der die Exzenter 8 und 10 antreibt. Die Exzenter 8 und 10 werden beidseitig von einem Mo­ tor mit einer durchgehenden Abtriebswelle angetrieben, um die Torsionsbelastung der Exzenterwellen zu verringern, die beson­ ders dann auftritt, wenn die Exzenter nur von einer Seite ange­ trieben werden. Dadurch wird gleichzeitig eine gleichmäßige La­ gerbelastung erreicht.

In Fig. 2a ist der erste Teil des Umlaufes dargestellt. Der obere Teil 4 der Backe 2 wird durch den Exzenter 8 angetrieben und bewegt sich 5 mm auf den oberen Teil 5 der Backe 3 zu. Der Drehpunkt ist durch den Punkt 14 dargestellt. Diese Bewegung er­ möglicht das Brechen größerer Stücke zwischen den oberen Teilen 4 und 5 der Backen. Gleichzeitig mit der Bewegung der oberen Teile 4 und 5 der Backen zueinander bewegt sich der untere Teil 6 der Backe 4 um den Punkt 14, und der untere Teil 7 der Backe 3 wird durch den Exzenter 14 vorwärts bewegt. Dieses ergibt einen Quetschpunkt 23 zwischen den unteren Teilen 6 und 7 der Backen. Gleichzeitig führt die Backe 3 eine im wesentlichen vertikale Bewegung entlang der Laufrolle 21 durch, die zu einer Mahlbewe­ gung zwischen den unteren Teilen 6 und 7 der Backen führt. Wenn sich der untere Backenteil 6 abwärts und der untere Backenteil 7 aufwärts bewegt und sich dem anderen nähert, entsteht der maxi­ mal mögliche Mahleffekt.

Im zweiten Teil des Umlaufes bewegt sich der obere Teil 4 der Backe 2 von dem oberen Teil 5 der Backe 3 infolge der Bewegung des Exzenters 8 weg. Der untere Teil 6 der Backe 2 dreht sich weiter um den Punkt 14. Die Drehbewegung erzeugt mit der gleich­ zeitigen Bewegung des unteren Teiles 7 der Backe 3 durch den Ex­ zenter 10 einen zweiten Quetschpunkt 24 an der Unterseite der Backen 2 und 3. Es sollte beachtet werden, daß die Backe 2 eine größere Vertikalbewegung als die Backe 3 ausführt, was durch die Bewegung der Backe 2 um 5 mm je 2 mm der Backe 3 bedingt ist. Durch die Bewegung der Backe 2 wird das Erz abwärts zwischen die Backen bewegt, während die Backe 3 dazu neigt, das Erz aufwärts zu bewegen.

Dadurch wird bei jedem Umlauf das Erz einmal durch die oberen Teile 4 und 5 der Backen 2 und 3 und zweimal zwischen den unte­ ren Teilen 6 und 7 gebrochen. Dies wird durch das Ge­ schwindigkeitsverhältnis der Exzenter 8 und 10, die Form der Backen 2 und 3, den effektiven Drehpunkten durch die Positionie­ rung der Laufrollen 12 und 21 und durch die Synchronisation der Backen zueinander durch den Zahnriemen erreicht. Die unteren Teile 6 und 7 der Backen brechen nicht nur doppelt so häufig wie die oberen Teile 4 und 5, sondern die im wesentlichen parallelen glatten Flächen der unteren Teile 6 und 7 der Backen führen durch die vertikale Bewegung der Backen 2 und 3 ferner eine Mahlbewegung aus. Diese Merkmale stellen mit der Abwärtsförde­ rung der Backe 2 sicher, daß Erz, das in den Steinbrecher gege­ ben wird, diesen nur einmal durchlaufen muß, um die Zerkleine­ rung des Erzes in Partikel der gewünschten Größe zu ermöglichen.

Claims (16)

1. Steinbrecher mit mindestens zwei Backen, die an jeweils verschiedenen Enden gegeneinander angetrieben werden, wo­ bei das nicht angetriebene Ende mindestens einer der Bac­ ken genügend frei beweglich ist, um eine vertikale Bewe­ gung dieser Backe gegenüber der anderen zu ermöglichen.

2. Steinbrecher nach Anspruch 1, bei dem mindestens eine der Backen gegen eine Rolle gedrückt wird.

3. Steinbrecher nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die oberen Teile der Backen auseinanderlaufen, so daß die Backen im Querschnitt eine im wesentlichen trichterförmige Form aufweisen.

4. Steinbrecher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die unteren Teile der Backen aus im wesentlichen flachen und geraden Mahlflächen bestehen.

5. Steinbrecher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Bewegung der oberen und unteren Enden der Backen mit­ einander synchronisiert sind.

6. Steinbrecher nach Anspruch 5, bei dem die Synchronisation der oberen und unteren Teile der Backen zueinander durch einen Zahnriemen gesteuert wird, der mit den Antriebsein­ richtungen der oberen und unteren Teile der Backen ver­ bunden ist.

7. Steinbrecher nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die Synchro­ nisation so erfolgt, daß die eine Backe abwärts bewegt wird, wenn sich die andere aufwärts bewegt, wodurch eine maximale Reibungsfläche zwischen den Backen wirken und Gestein mahlen kann.

8. Steinbrecher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die unteren Teile der Backen im Betrieb mindestens zwei Quetschpunkte bilden.

9. Steinbrecher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem ein nicht angetriebenes Ende einer der Backen gegen eine Rolle gedrückt wird.

10. Steinbrecher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Antriebseinrichtungen der Backen exzentrische Nocken sind.

11. Steinbrecher nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mit einer Einrichtung zur Einstellung der Lage der Backen zueinan­ der, wenn sich die Backen in einer feststehenden Position befinden.

12. Backe für einen Steinbrecher, die aus einem oberen und einem unteren Teil besteht, die zueinander um einen Win­ kel geneigt sind.

13. Steinbrecher, enthaltend eine Backe nach Anspruch 12.

14. Verfahren zur Zerkleinerung von Gestein, gekennzeichnet durch einen ersten Schritt, bei dem das Gestein zuerst auf eine Anfangsgröße zerkleinert und anschließend einer Brech- und Mahlbehandlung zur Zerkleinerung auf eine kleinere Größe unterzogen wird.

15. Verfahren zur Zerkleinerung von Gestein, gekennzeichnet durch einen Schritt zum Zuführen des Gesteins an die Backen eines Steinbrechers, bei dem die Backen einen obe­ ren und einen unteren Teil aufweisen und eine vertikale Bewegungskomponente der unteren Teile beider Backen auftritt.

16. Verfahren zur Zerkleinerung von Gestein nach Anspruch 15, bei dem die Bewegung des oberen Teiles mindestens einer der Backen eine horizontale Komponente aufweist.