DE4440873A1 - Bearbeitungselement von festen Materialien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bearbeitungselement von festen Materialien, wie Schüttgütern und/oder Haufwerken beliebiger Struktur und Konsistenz in einem Behälter, der das Material chargenweise oder kontinuierlich aufnimmt, wobei das oder die Bearbeitungselemente auf oder an einer Welle angeordnet sind.

Ein derartiges Bearbeitungselement ist beispielsweise durch den Prospekt "Industrielles Mischen im kontinuierlich arbei­ tenden Lödige-Mischer" von 5/1993 der Firma Lödige GmbH be­ kanntgeworden.

Die bekannten Bearbeitungselemente werden zur Unterstützung eines Schleuderwerks (Welle + Mischelemente) bei vielen Mischprozessen eingesetzt. Bearbeitungselemente werden unter anderem zum Aufschließen von Verballungen, die produkt- , prozeßbedingt und/oder temporär sind, verwendet. Sie zer­ kleinern pasteuse Zusatzstoffe oder verhindern Agglomerat­ bildungen bei Befeuchtungsprozessen. Die Notwendigkeit des Bearbeitungselementeinsatzes ergibt sich bei den Be­ feuchtungsprozessen zur schnelleren Verteilung flüssiger oder pasteuser Komponenten und in der Beherrschung von Agglomerationstechniken und für Verdichtungsvorgänge.

Die bekannten Bearbeitungselemente gemäß dem vorgenannten Prospekt sind in einer kontinuierlich arbeitenden Maschine, die im wesentlichen aus einem horizontal gelagerten zy­ lindrischen Behälter besteht, angebracht. In Abhängigkeit von der Froudezahl der Mischelementbewegung ändert sich das Bewegungsverhalten des Schüttguts im Mischraum. Bei zunächst langsam drehendem Schleuderwerk wird das Produkt in Dreh­ richtung angehoben, so daß sich ein Winkel der freien Pro­ duktoberfläche einstellt, der etwa dem Schüttgutwinkel des Produkts entspricht. Mit steigender Schleuderwerksdrehzahl werden vermehrt Teilchen aus dem Gutbett in den freien Mischraum geschleudert. Die Schüttung wird mehr und mehr fluidisiert. Im Bereich höherer Schleuderwerksdrehzahlen liegt im Mischraum ein mehr oder weniger geschlossener Pro­ duktring vor. Der Produktring entspricht in seiner Konsi­ stenz einer sich verdichtenden Schüttung.

Das bekannte Bearbeitungselement ist einseitig an einer Wand des Mischbehälters in den Mischbehälter hineinragend in ei­ nem Lager befestigt, das nach außen gerichtet eine Antriebs­ einheit (Motor) aufnimmt. Das Bearbeitungselement ragt in den Mischbehälter hinein und ist den Belastungen auftreffen­ der Schüttgüter und/oder Haufwerke hinsichtlich seiner fili­ granen Anordnung ausgesetzt. Die Belastung der Bearbeitungs­ elemente überträgt sich nachteiligerweise auch auf die Welle, an der das oder die Bearbeitungselemente befestigt sind, so daß die Welle nach einer starken Belastung entweder eine gewisse Verbiegung oder eine geringe seitliche Aus­ lenkung erfahren kann. Dies ist deshalb möglich, weil die Mischelemente das zu bearbeitende Gut in den Bereich der Be­ arbeitungselemente fördern.

Ragt die einseitig gelagerte Welle weit in den Behälter­ innenraum oder wird der Mischprozeß im mechanisch erzeugten Wirbelbett bzw. im Produktring ausgeführt oder sind die zu bearbeitenden Materialien großstückig bzw. sehr hart, so wird die Welle mit den Bearbeitungselementen sehr großen Be­ lastungen ausgesetzt.

Deshalb kann beispielsweise das bekannte Bearbeitungselement nicht zur Verkleinerung oder zum Aufschließen fest zusam­ menhängender Klumpen oder anderer fester Materialien, wie sie beispielsweise bei der Bodensanierung auftreten, einge­ setzt werden. Wird das bekannte Bearbeitungselement trotzdem zu diesen Einsatzzwecken verwendet, so wird das Bearbei­ tungselement, die Welle und/oder das Lager der Welle derart belastet, daß die Gefahr einer Beschädigung der Welle mit den Bearbeitungselementen gegeben ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das bekannte Bearbeitungselement derart weiter zu entwik­ keln, daß es ohne Beeinträchtigung auch unter größten Bela­ stungen zur Bearbeitung fest zusammenhängender Materialien einsetzbar ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Welle als erste Welle den Behälter in einer Querschnittsebe­ ne durchdringt und daß am Behälter zwei Lager vorgesehen sind, die die erste Welle im Bereich der Enden lagestabil halten.

Die drehbare Welle, an der das erfindungsgemäße Bearbei­ tungselement befestigt werden kann, wird im allgemeinen zwi­ schen den beiden Behälterwänden angeordnet und zweckmäßig so gestaltet, daß es ohne weiteres durch seine Lage gegen axia­ les Verschieben gesichert ist.

Das erfindungsgemäße Bearbeitungselement hat damit den we­ sentlichen Vorteil, daß es bei der Bearbeitung harter Mate­ rialien geringeren Momenten ausgesetzt ist. Die Welle des erfindungsgemäßen Bearbeitungselementes kann nicht mehr seitlich ausgelenkt oder verbogen werden, so daß die Lebens­ dauer auch unter harten Einsatzbedingungen erhöht ist.

Das erfindungsgemäße Bearbeitungselement hat den weiteren Vorteil, daß es auch bei der Bearbeitung bei der Bodensanie­ rung anfallender Schüttgüter eingesetzt werden kann. Bei diesen Schüttgütern können sich zwischen den Bodenpartikeln harte Agglomerate verschiedenster Materialien befinden, die nach einer Bearbeitung getrennt werden sollen.

Die erfindungsgemäßen Bearbeitungselemente können Klingen, Messer usw. unterschiedlichster Art aufweisen. Dadurch kön­ nen die erfindungsgemäßen Bearbeitungselemente vorteil­ hafterweise zur Zerkleinerung harter und fest zusammenhängen­ der Materialien oder Haufwerke eingesetzt werden. Durch die mögliche Kombination von Messerkopfformen und die richtige Materialwahl für die Bearbeitungselemente und die Welle kann die Zerkleinerung aufgrund der Messerkopfwirkung noch weiter gezielt verbessert werden. Weiterhin können die Bear­ beitungselemente und/oder die Messerkopfformen aus Sonder­ werkstoffen gefertigt oder mit diesen beschichtet sein.

Die Stabilität und Präzision der erfindungsgemäßen Bearbei­ tungselemente wird noch weiter erhöht, wenn am Behälter Ver­ steifungsringe für die Lager angebracht sind und die Lager im Bereich der Versteifungsringe angeordnet sind.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der er­ findungsgemäßen Bearbeitungselemente ist die erste Welle in dem Behälter horizontal oder in einer Zwischenstellung zwi­ schen horizontal und vertikal ausgerichtet angeordnet.

Die Lage der erfindungsgemäßen Bearbeitungselemente kann so auf einen von der Froudezahl abhängigen Schüttgutspiegel ausgerichtet werden. Über diese Maßnahme kann eine effektive Zerkleinerung oder Aufschließung des Schüttgutes und/oder des Haufwerkes erfolgen. Der Verkleinerungsprozeß im Be­ hälter und damit die Zerkleinerungsgüte bzw. die Ausbeute lassen sich mit einer derartigen Anordnung der Bearbeitungs­ elemente erheblich verbessern.

Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung ist der Behälter als horizontal ausgerichtete Trommel angeordnet, die eine in Stirnseiten der Trommel gelagerte zweite Welle aufweist, die mit weiteren Bearbeitungselemen­ ten versehen ist, die, über die Länge der Trommel gesehen, zwischen den Bearbeitungselementen der ersten Welle rotie­ ren.

Bei dieser Ausführungsform werden vorteilhafterweise zwei rotierende Wellen in einem Behälter miteinander in Kombina­ tion eingesetzt. Bearbeitungselemente der einen Welle können vorteilhafterweise zum Mischen dienen, während die Bearbei­ tungselemente der anderen Welle vorteilhafterweise zur Zer­ kleinerung bzw. zum Aufschließen fester Materialien dienen. Die in Stirnseiten der Trommel gelagerte zweite Welle wird vorzugsweise Pflugscharschaufeln als Bearbeitungselement aufweisen, die zum Mischen von Materialien dienen.

Wenn die Bearbeitungselemente der ersten Welle Materialauf­ schlußelemente sind, die auf der ersten Welle mit einer Drehzahl rotieren, die größer ist als die Drehzahl der Bear­ beitungselemente, die auf der zweiten Welle vorgesehen sind, können die Bearbeitungselemente der ersten Welle als Zer­ kleinerer oder Zerhacker eingesetzt werden.

Vorteilhafterweise weisen die Bearbeitungselemente auf der zweiten Welle einen Mischkörper auf, der im Bereich der Trommel nahe der Innenwandung vorgesehen ist und der über einen Arm mit der zweiten Welle verbunden ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung sind die Bearbeitungselemente der ersten Welle in einem Bereich auf der ersten Welle angeordnet, welcher beabstandet neben den Armen liegt.

Dies hat den weiteren Vorteil, daß die Kombination von Mi­ schen und Zerkleinern in unterschiedlichsten Bereichen des Behälters oder der horizontalen Trommel möglich ist.

Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Bearbeitungselemente der ersten Welle im Bereich der Mischkörper angeordnet.

Vorteilhafterweise können die Bearbeitungselemente der zwei­ ten Welle, die als Pflugscharschaufeln ausgebildet sind, den Bearbeitungselementen der ersten Welle das Material zum Zer­ kleinern direkt zuführen. Auf diese Art und Weise wird die Kombination von Mischen und Zerkleinern noch weiter verbes­ sert.

Es versteht sich, daß auch andere Formen als Pflugschar­ schaufeln für die hier angesprochenen Bearbeitungsprozesse eingesetzt werden können (Stollenschaufeln, Beckerschaufeln usw.). Ebenfalls können mehrere erste Wellen im gleichen oder zueinander unterschiedlichen Lagepositionen in dem Behälter oder in der Trommel angeordnet sein. Ebenfalls lassen sich zweiseitig gelagerte Wellen mit einseitig gelagerten Wellen längs des Behälters kombinieren, wobei die Wellen mit unter­ schiedlichsten Bearbeitungselementen bestückt sein können. Die Wellen werden über elektrische Motoren angetrieben. Bei Bedarf kann zwischen den Wellen und den Motoren auch noch ein Getriebe vorgesehen sein.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung der bei­ gefügten Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln oder in beliebigen Kombinationen miteinander verwendet werden. Die erwähnten Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird an­ hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt eines Behälters mit an einer ersten Welle angeordneten Bearbeitungselementen;

Fig. 2 einen Querschnitt eines Behälters mit an einer ersten Welle angeordneten Bearbeitungselementen und an einer zweiten Welle angeordneten weiteren Bearbeitungs­ elementen;

Fig. 3 eine Gesamtansicht eines Behälters;

Fig. 4 einen Schnitt längs einer Linie IV-IV durch den Be­ hälter nach Fig. 3;

Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen weiteren Behälter mit an einer ersten Welle angeordneten Bearbeitungs­ elementen und an einer zweiten Welle angeordneten weiteren Bearbeitungselementen, und

Fig. 6 einen Querschnitt durch einen weiteren Behälter mit an einem an einer ersten Welle angeordneten Bear­ beitungselementen.

Die in den Figuren gezeigten Darstellungen zeigen den erfindungsgemäßen Gegenstand stark schematisiert und die einzelnen Zuordnungen sind nicht maßstäblich zu verstehen.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt eines Behälters, der als hori­ zontal ausgerichtete Trommel 10 ausgebildet ist. Eine erste Welle 11 durchdringt die Trommel 10 und ist in Lagern 12 und 13 lagestabil gehalten. Das Lager 12 kann einen Antrieb für die Welle 11 aufnehmen (nicht gezeigt). Die drehbare erste Welle 11 ist zwischen den Wänden der Trommel 10 angeordnet und zweckmäßig so gestaltet, daß die erste Welle 11 ohne weiteres durch ihre Lage gegen axiales Verschieben gesichert ist. Durch eine Rotation der ersten Welle 11 in Pfeilrich­ tung 14 können die Bearbeitungselemente 15, die als hinter­ einander gereihte Messer ausgebildet und mit der ersten Welle 11 fest verbunden sind, ein in der Trommel 10 befind­ liches Schüttgut oder Haufwerk zerkleinern, verdichten oder zerhacken. Die Bearbeitungselemente 15 könnten aber auch in anderer Art und Weise ausgebildet sein, um ein Schüttgut oder ein Haufwerk zu bearbeiten.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt eines Behälters, der als Trommel 20 ausgebildet ist. Eine erste Welle 21 durchdringt die Trommel 20 und ist in Lagern 22 und 23 lagestabil gehal­ ten. Durch eine Rotation der ersten Welle 21 in Pfeilrichtung 24 können die Bearbeitungselemente 25, die als Messer ausgebildet und mit der ersten Welle 21 fest verbunden sind, ein in der Trommel 20 befindliches Schüttgut oder Haufwerk zerkleinern oder zerhacken. An einer zweiten Welle 26, die in Stirnseiten der Trommel 20 gelagert ist, ist über einen Arm 27 ein weiteres Bearbeitungselement 28 befestigt. Das Bearbei­ tungselement 28 ist vorzugsweise als Pflugscharschaufel aus­ gebildet, um das in der Trommel 20 befindliche Schüttgut oder Haufwerk zu durchmischen. Durch eine Drehung der zwei­ ten Welle 26 in Pfeilrichtung 29 wird das Schüttgut zum ei­ nen durchmischt und zum anderen den Messern 25 zum Zer­ kleinern bzw. Verdichten zugeführt. Die Messer 25 an der schräg angeordneten ersten Welle 21 reichen unterschiedlich weit in das Schüttgut hinein. Die erste Welle 21 ist ober­ halb der zweiten Welle 26 angeordnet. Sie kann in anderen Ausführungsformen auch unterhalb der zweiten Welle 26 ver­ laufen.

Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht eines Behälters, der als Trommel 30 ausgebildet ist. Erste Wellen 31a, 31b und 31c durchdringen die Trommel 30 und sind in Lagern lagestabil gehalten. Durch eine Rotation der ersten Wellen 31a, 31b und 31c können die Bearbeitungselemente 35, die als Messer unterschiedlichster Art ausgebildet und mit den ersten Wel­ len fest verbunden sind, ein in der Trommel 30 befindliches Schüttgut oder Haufwerk zerkleinern, verdichten oder zer­ hacken. An Stirnseiten 36, 37 der Trommel 30 ist eine zweite Welle 38 gelagert, die mit weiteren Bearbeitungselementen 39 versehen ist. Die Bearbeitungselemente 39 sind wiederum als Pflugscharschaufeln ausgebildet, um ein in der Trommel 30 befindliches Schüttgut zu durchmischen.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt längs der Linie IV-IV der Fig. 3. Die ersten Wellen 31a, 31b und 31c durchdringen die Trommel 30 und sind in Lagern 42 bis 47 lagestabil gehalten. Durch eine Rotation der ersten Wellen 31a, 31b und 31c können die Bearbeitungselemente 35 ein in der Trommel 30 befindliches Schüttgut oder Haufwerk zerkleinern. An der zweiten Welle 38 sind nicht gezeigte Bearbeitungselemente 39 angeordnet, die bei einer Rotation der zweiten Welle 38 in Pfeilrichtung 48 das in der Trommel 30 befindliche Schüttgut durchmischen können. Die ersten Wellen 31a, 31b, 31c weisen unterschied­ liche Lagen zur zweiten Welle 38 auf.

Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt eines nur teilweise gezeig­ ten Behälters, der als Trommel 50 ausgebildet ist. Erste Wellen 51a und 51b durchdringen die Trommel 50 und sind in Lagern 52a, 52b und nicht gezeigten gegenüberliegenden La­ gern beidseitig lagestabil gehalten. Durch eine Rotation der ersten Wellen 51a und 51b können die Bearbeitungselemente 55, die wiederum als Messer ausgebildet und mit den er­ sten Wellen 51a, 51b fest verbunden sind, ein in der Trommel 50 befindliches Schüttgut oder Haufwerk zerkleinern. An ei­ ner zweiten Welle 58 sind über Arme 59 weitere Bearbeitungs­ elemente 60 befestigt, um bei einer Rotation der zweiten Welle 58 um eine Rotationsachse 60, in der Trommel 50 be­ findliche Schüttgüter oder Haufwerke zu durchmischen und den Bearbeitungselementen 55 zuzuführen. Außerdem ist an der Trommel 50 eine einseitig gelagerte Welle 61 befestigt, die ebenfalls mit den Bearbeitungselementen 55 versehen ist.

Fig. 6 zeigt einen Schnitt eines Behälters, der als Trommel 70 ausgebildet ist. Eine erste Welle 71 durchdringt die Trommel 70 und ist in Lagern 72 und 73 lagestabil gehalten. Durch eine Rotation der ersten Welle 71 können die Bear­ beitungselemente 75, die als hintereinander liegende zuein­ ander abgestufte Messer ausgebildet sind, ein in der Trommel 70 befindliches Schüttgut oder Haufwerk zerkleinern oder zerhacken. Die mit der ersten Welle 71 verbundenen Bear­ beitungselemente 75 weisen eine unterschiedliche radiale Er­ streckung auf. Die zur Umfangsfläche der Trommel 70 gerich­ teten Enden der Bearbeitungselemente 75 sind der Kontur der Trommelinnenwandung angepaßt und davon beabstandet. Dadurch entsteht ein definierter Abstand zwischen Bearbeitungsele­ menten 75 und der Umfangsfläche der Trommel 70, so daß ein in der Trommel 70 befindliches Schüttgut oder Haufwerk gezielt zwischen Umfangsfläche der Trommel 70 und Bearbeitungsele­ menten 75 zerkleinert werden kann.

Die in den Figuren gezeigten Mischelemente sind über den Umfang der zweiten Welle verteilt, so daß axial gerichtete Fördercharakteristiken für das zu bearbeitende Gut eingestellt werden können.

Ein Bearbeitungselement 15 für feste Materialien, wie Schüttgütern und/oder Haufwerken beliebiger Struktur und Konsistenz ist in einem Behälter 10 angeordnet, der ein Material chargenweise oder kontinuierlich aufnimmt, bearbeitet, und wiederum chargenweise bzw. kontinuierlich abgibt. Die Bearbeitungselemente 15 sind auf einer ersten Welle 11 gelagert. Die erste Welle 11 durchdringt den Behälter 10 vollkommen und ist beidseitig gelagert (Lager 12, 13). An einem der Lager 12, 13 ist ein Antrieb für die erste Welle 11 vorgesehen. Auf der ersten Welle 11 können beliebige Bearbeitungswerkzeuge, hier Bearbeitungselemente 15, vorgesehen sein.

Claims (10)

1. Bearbeitungselement von festen Materialien, wie Schütt­ gütern und/oder Haufwerken beliebiger Struktur und Konsistenz in einem Behälter (10; 20; 30; 50; 70), der das Material chargenweise oder kontinuierlich aufnimmt, wobei das oder die Bearbeitungselemente (15; 35; 55) auf oder an einer Welle (11; 21; 31a, 31b, 31c; 51a, 51b; 71) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Welle (11; 21; 31a, 31b, 31c; 51a, 51b; 71) als erste Welle den Behälter (10; 20; 30; 50; 70) in einer Querschnittsebene durchdringt und daß am Behälter (10; 20; 30; 50; 70) zwei Lager (12, 13; 22, 23; 42, 43, 44, 45, 46, 47; 52a, 52b; 72, 73) vorgesehen sind, die die erste Welle (11; 21; 31a, 31b, 31c; 51a, 51b; 71) im Bereich der Enden lagestabil halten.

2. Bearbeitungselement nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß am Behälter (10; 20; 30; 50; 70) Verstei­ fungsringe für die Lager (12, 13; 22, 23; 42, 43, 44, 45, 46, 47; 52a, 52b; 72, 73) angebracht sind.

3. Bearbeitungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die erste Welle (11; 21; 31a, 31b, 31c; 51a, 51b; 71) horizontal oder in einer Zwischenstellung zwischen horizontal und vertikal angeordnet ist.

4. Bearbeitungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Behälter als horizontal ausge­ richtete Trommel (20; 30; 50) angeordnet ist, die eine in Stirnseiten der Trommel (20; 30; 50) gelagerte zwei­ te Welle (26; 38; 58) aufweist, die mit weiteren Bear­ beitungselementen (28; 39; 60) versehen ist, die über die Länge der Trommel (20; 30; 50) gesehen zwischen den Bearbeitungselementen (25; 35; 55) der ersten Welle (31a, 31b, 31c; 51a, 51b) rotieren.

5. Bearbeitungselement nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bearbeitungselemente (25; 35; 55) der ersten Welle (21; 31a, 31b, 31c; 51a, 51b) Materialauf­ schlußelemente sind, die auf der ersten Welle (21; 31a, 31b, 31c; 51a, 51b) mit einer Drehzahl rotieren, die größer ist als die Drehzahl der Bearbeitungselemente (28; 39; 60), die auf der zweiten Welle (26; 38; 58) vorgesehen sind.

6. Bearbeitungselement nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bearbeitungselemente (28; 39; 60) der zweiten Welle (26; 38; 58) einen Mischkörper (28) aufweisen, der über einen Arm (27; 59) mit der zweiten Welle (26; 38; 58) verbunden ist.

7. Bearbeitungselement nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungs­ elemente (15; 35; 55) der ersten Welle (21; 31a, 31b, 31c; 51a, 51b) in einem Bereich auf der ersten Welle (21; 31a, 31b, 31c; 51a, 51b) angeordnet sind, welcher beabstandet neben den Armen (27; 59) liegt.

8. Bearbeitungselement nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bearbeitungselemente (15; 35; 55) der ersten Welle (21; 31a, 31b, 31c; 51a, 51b) im Be­ reich der Mischkörper (28) angeordnet sind.

9. Bearbeitungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere erste Wellen (31a, 31b, 31c) längs des Behälters (10; 20; 30; 50; 70) in gleichen oder zueinander unterschiedlichen Lagepositionen angeordnet sind.

10. Bearbeitungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungselemente (15; 25, 35; 55) mit auf einseitig gelagerten Wellen (61) vorgesehenen Bearbeitungselementen (55) kombinierbar sind.