DE4440769C2 - Vorrichtung zum Zerkleinern und Agglomerieren von Kunststoffabfällen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zerkleinern und Agglomerieren von Kunststoffabfällen, insbesondere von Gemischen aus verschiedenen und/oder verschmutzten Kunst­ stoffen und/oder mit Beimengungen anderer Stoffe wie Me­ tall, Glas, Stein oder dergleichen.

Solche Agglomeratoren bestehen aus einem zylindrischen Behälter mit senkrechter Achse, in dem in Bodennähe ein Schneidrotor mit Messern umläuft, welcher von einem direkt unter dem zylindrischen Behälter achsgleich angeordneten Elektromotor angetrieben wird. Über dem zylindrischen Behälter befindet sich ein Dosierbehälter, der mit den Kunststoffabfällen gefüllt und danach in den zylindrischen Behälter zur Bearbeitung entleert wird.

Erfahrungen mit bekannten Systemen haben gezeigt, daß insbesondere bei der Verarbeitung von verschmutzten und gemischten Kunststoffabfällen ein sehr hoher Verschleiß auf Grund der enthaltenen Fremdstoffe (Metall, Glas und Steine z. B.) sowohl an den Messern als auch an den Agglomeratorbe­ hältern auftritt. Die Folgen sind starke Auswaschungen an der Behälterinnenwand und starkes Abtragen der Messer, insbesondere im Bereich der größten Umfangsgeschwindigkeit. Durch das starke Abnutzen der Behälterinnenwand vergrößert sich die lichte Weite des Agglomeratorinnendurchmessers, die zu einer Verminderung der Agglomeratorwanddicke und Stabilität führt.

Der Verschleiß vergrößert weiterhin den radialen Abstand zwischen rotierendem Schneidrotor und Behälterinnenwand. Der sich dadurch ständig vergrößernde Scherspalt führt zu längeren Agglomerierzeiten und zu einer starken Verringe­ rung der Durchsatzmenge.

Dem entgegenwirkend und um die Verfügbarkeit der Agglome­ ratoren zu erhöhen, werden an der Behälterinnenwand im Bereich der umlaufenden Messer Ringe bzw. Ringelemente eingeschweißt, die allerdings bereits nach 4 Wochen durch Heraustrennen der verschlissenen und Einschweißen von neuen Ringen ausgetauscht werden müssen. Hohe Stillstandszeiten, großer Reparatur- und Wartungsaufwand sind dabei ebenso nachteilhaft, wie die nicht mögliche Verwendung von Ver­ schleißringen aus durchhärtbarem Material infolge dessen nicht gegebener Schweißbarkeit.

Aus der DE 24 39 783 A1 ist eine Vorrichtung zum Zerreißen, Waschen und Verdichten von verschmutzten Kunststoffabfällen bekannt, bei der gegen den umlaufenden Rotor von der Behäl­ terwand oder vom Behälterboden aus Bremselemente in Form von Bolzen oder Leisten in die Gutfüllung so eingeschoben werden, daß sich gegen den umlaufenden Rotor definierte Spaltweiten ergeben. Mit dieser Möglichkeit zur Konstant­ haltung des Scherspaltes sind aber Nachteile verbunden, wie der hohe Aufwand für die Steuerung. Außerdem treten zwischen den radial einschiebbaren Bremselementen starke Auswaschungen an der Behälterinnenwand auf, die infolge des hohen Verschleißes zum baldigen Ausfall, notwendigen Repa­ raturen und damit verbundenen Ausfallzeiten führen.

Aus der DE 24 32 495 A1 ist eine Vorrichtung zum Überführen von Kunststoffabfällen, insbesondere von Folien und Blasteilen, in ein rieselfähiges Granulat bekannt, deren im Bereich des Schlagzerkleinerungswerkzeuges liegende innere Behälterwand polygonartig ausgebildet ist, wobei deren einzelne Flächen als Gegenwerkzeuge dienen und aus einem verschleißfesten Werkstoff hergestellt sind. Mit dieser Vorrichtung werden bei der Herstellung und/oder Verarbeitung anfallende, sortenreine Kunststoffabfälle der Wiederverwendung zugeführt.

Dem dabei eintretenden Verschleiß soll durch die polygonartige Ausbildung der Blechteile mit den in einem Winkel stehenden Flächen auf einfache Weise begegnet werden.

Für die Verarbeitung von verschmutzten und gemischten Kunst­ stoffabfällen ist die Vorrichtung weniger geeignet, weil die im Bereich der umlaufenden Schlag- bzw. Messerarme an der Behälter­ innenwand angebrachten Segmente infolge der besonders abrasiven Eigenschaften des zu verarbeitenden Materials bereits nach wenigen Wochen Betriebszeit verschlissen und unbrauchbar wären.

Das durch die Erfindung zu lösende Problem besteht darin, die Zerkleinerungs- und Agglomerierzeit pro Charge zu senken, die Verfügbarkeitsdauer zu erhöhen und den Aufwand für die Vorrichtung und deren Wartung und Reparatur zu senken.

Das Problem wird durch die in Anspruch 1 angegebene erfin­ dungsgemäße Vorrichtung zum Zerkleinern und Agglomerieren gelöst. Durch entsprechende Gestaltung des Zerkleinerungs- und Agglomerierraumes und der Elemente im Bereich der "aktiven" Bearbeitung wird dort großflächig mechanische Energie in die Kunststoffabfälle eingeleitet, wodurch die Bearbeitungszeit gesenkt werden kann. Die verschleißmin­ dernden Vorsorgemaßnahmen dienen sowohl der Beibehaltung der Bearbeitungsbedingungen, insbesondere durch Unveränder­ lichkeit des Scherspaltes, über einen längeren Zeitraum, als auch der Senkung des notwendigen Wartungs- und Repara­ turaufwandes. Dadurch können Ausfallzeiten und -kosten vermieden werden und die Dauer der Verfügbarkeit der Vor­ richtung wird erhöht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung entsprechend den Ansprüchen 2 bis 5 dienen der Gewährleistung optimaler Bearbeitungsbedingungen innerhalb des "aktiven" Zerkleine­ rungs- und Agglomerierraumes bei kleinstmöglichem Aufwand sowie der Wartungs- und Reparaturfreundlichkeit.

Die erfindungsgemäße Wirkung eines Bremselementes darge­ stellter Höhe kann auch entsprechend der Ausgestaltung gemäß Anspruch 6 durch eine zusammenwirkende Gruppe ein­ zelner, nicht so hoher, durch räumliche Unterbrechungen voneinander abgesetzter Bremselemente erzielt werden. Die Anordnung mehrerer Bremselemente in gleicher Teilung am Umfang des Zerkleinerungs- und Agglomerierraumes gemäß Anspruch 7 dient sowohl der Gleichmäßigkeit des Bearbeitungsprozesses als auch der oftmaligen Wiederholung des Zerkleinerns, Abbrem­ sens, Ablenkens und Verwirbelns in einem räumlichen Bereich, der höher ist als der Schneidrotor mit den Messern. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 9 ist eine Gestaltung des "aktiven" Zerklei­ nerungs- und Agglomerierraumes beschrieben, bei der dieser Effekt bereits eintritt, wenn die Bremselemente die Ver­ schleißelemente in radialer Richtung um einen relativ kleinen Betrag überragen.

Ausgestaltungen der Erfindung nach den Ansprüchen 10 bis 12 dienen, wie die Anbringung der Verschleißelemente, nicht allein der Verschleißminderung mit den damit verbundenen technischen und wirtschaftlichen Vorteilen, sondern auch der Konstanthaltung des Scherspaltes und damit der Beibe­ haltung optimaler Bearbeitungsbedingungen.

Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

In der dazugehörenden Zeichnung stellen dar:

Fig. 1 Agglomerator in Ansicht,

Fig. 2 Schnitt AA nach Fig. 1, im Bereich des Zerkleinerungs- und Agglomerierraumes,

Fig. 3 Schnitt BB nach Fig. 2,

Fig. 4 Verschleißelemente und Bremselement in Ansicht, teilweise geschnitten dargestellt,

Fig. 5 Schnitt CC nach Fig. 4.

Fig. 1 stellt den Agglomerator 3 mit dem Dosierbehälter 1 dar. Mittels einer nicht gezeigten Zuführeinrichtung wird ein Gemisch verschiedener Kunststoffabfälle, die gewöhnlich verschmutzt sind und außerdem noch Beimengungen aus anderen Materialien enthalten, in den Dosierbehälter 1 transpor­ tiert. Ist dieser gefüllt, wird der pneumatisch öffnende Schieber 2 betätigt und die Kunststoffabfälle fallen in den Behälter 6. Dessen notwendiges Volumen übersteigt das Volumen des Dosierbehälters 1 um maximal 30%. Dadurch wird die sichere Aufnahme der Kunststoffabfälle gewährleistet, die zu diesem Zeitpunkt eine Dichte von 0,08 bis 0,1 kg/dm³ besitzen. Das Volumen des zylindrischen Behäl­ ters 6 des Agglomerators 3 beträgt etwa 1,5 m³.

Die Kunststoffabfälle erreichen den Boden 4 des Agglomera­ tors 3, der in Fig. 3 gezeigt ist. Der zylindrische Behäl­ ter 6 gliedert sich in den Füllraum 12 und den Zerkleine­ rungs- und Agglomerierraum 13 mit gleichem Innendurchmes­ ser. Um die Zugänglichkeit zu verbessern und notwendige Wartungs- und Reparaturarbeiten zu erleichtern, sind der Füllraum 12 und der Zerkleinerungs- und Agglomerierraum 13 lösbar miteinander verbunden.

Der Zerkleinerungs- und Agglomerierraum 13 ist der eigent­ liche aktive Bereich der Bearbeitung der Kunststoffabfälle, die an deren Ende eine Dichte von 0,3 bis 0,4 kg/dm³ besitzen.

Am Boden 4 des Agglomerators 3 läuft in dem Zerkleinerungs- und Agglomerierraum 13 ein direkt über den Motorzapfen und eine Mitnahmebuchse durch den elektromotorischen Antrieb angetriebener vierarmiger Schneidrotor 5 mit Messern 9, wie aus Fig. 2 ersichtlich, um.

Die Höhe des Zerkleinerungs- und Agglomerierraumes 13 ist größer als die Höhe des Schneidrotors 5 mit den Messern 9, jedoch nicht größer als 1/3 der Gesamthöhe des zylindri­ schen Behälters 6 mit dem zur Aufnahme der unbearbeiteten Kunststoffabfälle aus dem Dosierbehälter 1 notwendigen Volumen. Die Innenwand des zylindrischen Behälters 6 ist im Bereich des Zerkleinerungs- und Agglomerierraumes 13 völlig mit auswechselbaren Verschleißelementen 7 ausgekleidet. In Fig. 2 sind Bremselemente 8 in Form von Vollzylindern dargestellt, aus Fig. 4 sind dagegen solche in Form von Leisten ersichtlich.

Die Befestigung der Verschleißelemente 7 an der Wand des zylindrischen Behälters 6 erfolgt mittels von außen lösba­ rer Bolzen und Muttern.

Die Verschleißelemente 7 werden von Bremselementen 8 durch­ drungen, die, in radialer Richtung nach innen auf den Schneidrotor 5 zu, um einen bestimmten Betrag über die Verschleißelemente 7 hinausragen. Dieser Betrag ist relativ gering. Er beträgt lediglich 1 bis 20% der Höhe der Brems­ elemente 8, im Falle der zylindrischen Form gemäß Fig. 2, des Zylinderdurchmessers. Die Höhe der Bremselemente 8 ist größer als die Höhe des Schneidrotors 5 mit den Messern 9 und maximal so groß wie die Höhe des Zerkleinerungs- und Agglomerierraumes 13. Der Schneidrotor 5 erfaßt, zerklei­ nert und bewegt die Kunststoffabfälle in Drehrichtung.

Durch die Bremselemente 8 werden die umlaufenden Kunst­ stoffabfälle jeweils weiter zerkleinert, abgebremst, abge­ lenkt und verwirbelt. Nach dem Passieren eines Bremselemen­ tes 8 werden die umlaufenden Kunststoffabfälle bis zum Auftreffen auf das nächste Bremselement 8 durch den Schneidrotor 5 mit den Messern 9 erneut beschleunigt, wiederholt abgebremst, abgelenkt und verwirbelt. Dieser Vorgang wiederholt sich in Umlaufrichtung 12mal pro Um­ lauf. Infolge der relativ großen Höhe der Bremselemente 8 wird bei der großen Umfangsgeschwindigkeit des Schneidro­ tors 5 bei ständig wechselndem großflächigen Abbremsen, Zerkleinern, Beschleunigen und Verwirbeln großflächig mechanische Energie in die Kunststoffabfälle eingeleitet. Dadurch werden diese sehr schnell erwärmt und vergleichmä­ ßigt. Die Agglomerierzeit ist kurz. So wird die Durchsatz­ menge gegenüber bisherigen Agglomeratoren um 30% gesteigert. Die Agglomerierqualität ist gut.

Während die Kunststoffabfälle im Bereich des Zerkleine­ rungs- und Agglomerierraumes 13 mit hoher Geschwindigkeit umlaufen und auf die mit den Verschleißelementen 7 ausge­ kleidete Innenwand errodierend einwirken, nimmt die Umlauf­ geschwindigkeit der Kunststoffabfälle mit steigender Höhe innerhalb des zylindrischen Behälters 6 immer mehr ab, so daß im Bereich des Füllraumes 12 keine Gefahr des Ver­ schleißes besteht, zumal bei zunehmender Verdichtung des in dem zylindrischen Behälter 6 befindlichen Körpers der Kunststoffabfälle im Bereich des Zerkleinerungs- und Agglo­ merierraumes 13 die Höhe dieses Körpers rasch abnimmt. So ist es nicht erforderlich, die leicht auswechselbaren Verschleißelemente 7 höher als im Bereich des Zerkleine­ rungs- und Agglomerierraumes 13 anzuordnen. In letzterem ist infolge der dort in die Kunststoffabfälle eingeleiteten hohen mechanischen Energie eine völlige verschleißschützen­ de Auskleidung, insbesondere unter Verwendung von Stahl­ hartguß mit einer Härte bis zu 50 HRC für die Verschleiß­ elemente 7 und durchhärtbarem Werkzeugstahl mit einer Härte bis zu 58 HRC für die Bremselemente 8, geboten.

Den Verhältnissen angepaßt ist die Gestaltung und Anordnung der Messer 9 an den Armen des Schneidrotors 5. Die Dicke 10 der Messer 9 nimmt in radialer Richtung nach außen, d. h. mit steigender Umfangsgeschwindigkeit, zu, weil in diesem Bereich notwendigerweise sich die Gefahr des Verschleißes erhöht. Die Befestigung der Messer 9 erfolgt, in Umlauf­ richtung gesehen, an der Rückseite der Arme des Schneidro­ tors 5 mittels Schrauben, d. h. an der dem Schneid- und vom Arbeitsbereich des Schneidrotors 5 mit den Messern 9 abgewandten Rückseite.

Bezugszeichenliste

 1 Dosierbehälter
 2 Schieber
 3 Agglomerator
 4 Boden
 5 Schneidrotor
 6 zylindrischer Behälter
 7 Verschleißelement
 8 Bremselement
 9 Messer
10 Dicke
11 Befestigungselement
12 Füllraum
13 Zerkleinerungs- und Agglomerierraum

Claims (12)

1. Vorrichtung zum Zerkleinern und Agglomerieren von Kunst­ stoffabfällen, insbesondere von Gemischen aus verschie­ denen und/oder verschmutzten Kunststoffen und/oder mit Beimengungen anderer Stoffe, bestehend aus einem Agglo­ merator mit einem zylindrischen Behälter mit senkrechter Achse, der in einen Füllraum und einen darunter angeordneten Zerkleinerungs- und Agglomerierraum gegliedert ist, einem in letzterem umlaufenden Schneidrotor mit einem elektromotorischen Antrieb und einem über dem zylindrischen Behälter angeordneten Dosierbehälter mit einem Schieber zur diskontinuierlichen Beschickung des zylindrischen Behälters, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Innenwand des zylindrischen Behälters (6) im Bereich des Zerkleinerungs- und Agglomerierraumes (13) rundum lückenlos mit einer Vielzahl von an die Rundung der Innenwand angepaßten auswechselbaren Verschleißelementen (7) ausgekleidet ist,
• - die Innendurchmesser des Behälters (6) im Bereich des Füllraumes (12) und des mit den Verschleißelementen (7) ausgekleideten Zerkleinerungs- und Agglomerierraumes (13) gleich oder annähernd gleich sind,
• - im Bereich der Verschleißelemente (7) am gesamten Umfang der Innenwand des zylindrischen Behälters (6) nach innen gerichtete, die Verschleißelemente (7) durch­ dringende und diese überragende, einzeln und separat auswechselbare Bremselemente (8) gleichmäßig verteilt befestigt sind und
• - die axiale Höhe der Bremselemente (8) größer als die Höhe des Schneidrotors (5) mit Messern (9) und maximal so groß wie die Höhe des Zerkleinerungs- und Agglomerierraumes (13) ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllraum (12) und der Zerkleinerungs- und Agglomerierraum (13) des Behälters (6) lösbar mitein­ ander verbunden sind.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das notwendige Gesamtvolumen des Füllraumes (12) und des Zerkleinerungs- und Agglomerierraumes (13) das Volumen des Dosierbehälters (1) bis zu 30% übersteigt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Höhe des Zerkleinerungs- und Agglomerierraumes (13) größer als die Höhe des Schneidrotors (5) mit Messern (9), jedoch nicht größer als 1/3 der Höhe des zylindrischen Behälters (6) mit notwendigem Gesamtvolu­ men ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremselemente (8) als Zylinder, Halbzylinder, Platten, Leisten oder senkrecht stehende Profile ausge­ führt sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Bremselement (8) aus Teilstücken mit dazwischen angeordneten Unterbrechungen gebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremselemente (8) am Umfang der Innenwand in gleichen Abständen von 10° bis 30° angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Verschleißelemente (7) eine Aussparung zur Aufnahme eines Bremselementes (8) bilden.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremselemente (8) die Verschleißelemente (7) in radialer Richtung um einen Betrag von 1 bis 20% der Höhe der Bremselemente (8) überragen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremselemente (8) aus durchgehärtetem Werkzeugstahl mit einer Härte bis zu 58 HRC bestehen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschleißelemente (7) aus Stahlhartguß mit einer Härte bis 50 HRC bestehen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Messer (9) des Schneidrotors (5) in radialer Richtung nach außen bis zu einer maximalen Dicke (10) im Bereich der größten Umfangsgeschwindigkeit zunimmt und ihre Befestigungselemente (11) an der Rückseite der Arme des Schneidrotors (5) in Umlauf­ richtung angeordnet sind.