DE69822649T2 - Feinzerkleinerung von materialien - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zum Feinzerkleinern von Materialien in Partikel kleinerer Größe.
  • Das Verkleinern von großen, diskreten Materialien in kleinere Partikel ist für viele Industriezweige ein wichtiger Prozeß. Beispielsweise werden im Bergbau Erze in Partikel kleinerer Größe gebrochen, um den verfügbaren Oberflächenbereich zu vergrößern, so daß Metalle durch chemisches Auslaugen extrahiert werden können. In der Zementindustrie erfolgt ein Zerkleinern von Felsen in Körner verschiedenster Partikelgrößen. Die meisten zu diesen Zwecken verwendeten Maschinen zerkleinern größere Materialklumpen mit Hilfe von Walzen oder mit Hilfe einer Ballenmühle in kleinere Partikel. Das zerkleinerte Material umfaßt typischerweise einen Bereich an Partikelgrößen. Beide Arten von Maschinen sind massiv und unterliegen leicht einem Ausfall beim Zerkleinern von harten Materialien. Zusätzlich haben sie hohe Energieanforderungen.
  • Bei der Wiederverwertungsindustrie werden ebenfalls Abfallmaterialien zu kleineren Partikeln reduziert. Typischerweise müssen Materialien mit unterschiedlichen Zusammensetzungen vor der Größenreduzierung getrennt werden, was den Prozeß kostenintensiver gestaltet.
  • Die Lebensmittelindustrie produziert eine große Menge an tierischen Abfällen, die getrocknet und deren bakteriellen Inhalte reduziert werden müssen, bevor sie zur Düngung oder anderen Zwecken verwendet werden können, wobei diese Prozesse Wochen dauern können.
  • Die US-A-5205500 offenbart eine Vorrichtung zum Feinzerkleinern von feuchte und trockene diskrete Objekte umfassendem Material in relativ kleinere Objekte, umfassend:
    ein Gehäuse mit einem ersten und einem zweiten Ende, wobei das erste Ende einen Einlaß beinhaltet, der ausgelegt ist zum Einführen des Materials in das Gehäuse, das zweite Ende einen Auslaß beinhaltet, der ausgelegt ist zum Entfernen der kleineren Objekte, wobei das Gehäuse longitudinal verlaufende innere Seiten beinhaltet, die longitudinal verlaufende innere Ecken bilden, wo sie aufeinander treffen; und
    eine Lochplatte, die zwischen angrenzend angeordneten Paaren mehrerer Rotoren positioniert ist, wobei jede Lochplatten nach innen von den inneren Seiten des Gehäuses zu einer zentralen Öffnung verläuft, die eine Öffnung um die Welle vorsieht.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine derartige Vorrichtung gekennzeichnet durch eine Rotoranordnung mit einer drehbaren Welle, die sich longitudinal durch das Gehäuse zwischen dem ersten und dem zweiten Ende erstreckt und mehreren Rotoren, die mit der Welle gekoppelt sind, um sich mit dieser zu drehen, wobei Rotoren der mehreren Rotoren jeweils eine Rotorplatte umfassen mit einem polygonalförmigen Umfangsrand unter Ausbildung mehrerer Spitzen, sowie Flügel an einer Seite der Rotorplatte, von denen jeder sich etwa radial von einer Spitze erstreckt.
  • Die Rotorplatte hat vorzugsweise eine ungerade Anzahl an Seiten; beispielsweise kann der Umfangsrand eine Form haben, deren Element ist der Gruppe bestehend aus einem Fünfeck, einem Siebeneck und einem Neuneck.
  • Jeder der Flügel kann derart positioniert sein, daß ein kleiner Überhang über den Umfangsrand der Rotorplatte vorgesehen ist und in Bezug auf eine Spitze der Rotorplatte derart positioniert sein, daß eine vorderste Oberfläche des Flügels, definiert in Bezug auf eine Drehrichtung, sich an der Spitze befindet. Ein Ende jedes Flügels, das nahe einer an der Spitze befindlichen Ecke angeordnet ist, kann wie der Umfangsrand an dieser Stelle gestaltet sein. Jeder Flügel kann in einem Bogen gekrümmt sein, wobei die konkave Seite zur Drehrichtung weist. Jeder Flügel kann einen oberen Rand haben, welcher derart abgeschrägt ist, daß die Höhe des oberen Randes im allgemeinen zunimmt bei zunehmendem Abstand von deren Nabe. Ein Typ Rotor, ein Verteilerrotor, kann des weiteren einen Ring beinhalten, der an den oberen Rändern der Flügel fixiert ist, wobei der Ring eine regelmäßige Polygonform hat, die etwa mit dem Umfangsrand der Rotorplatte fluchtet.
  • Es kann eine ungerade Anzahl an Innenseiten vorhanden sein; beispielsweise können die Seiten im seitlichen Querschnitt ein regelmäßiges Neuneck bilden.
  • Die Öffnungen wenigstens zweier Lochplatten können von unterschiedlicher Größe sein.
  • Bei einer Ausgestaltung hat die zentrale Öffnung jeder Lochplatte einen Durchmesser, der kleiner ist als der Kreis, der definiert wird durch den Scheitel der Spitzen des Rotors, unmittelbar stromaufwärts der Lochplatte angeordnet, wobei die Stromaufwärtsrichtung bestimmt wird durch eine Bewegungsrichtung des Materials durch das Gehäuse. Bei einer anderen Ausgestaltung vergrößern sich die Öffnungen im allgemeinen mit zunehmendem Abstand von einem der ersten und zweiten Enden des Gehäuses.
  • Die Vorrichtung kann auch mehrere umfangsmäßig beabstandete Elemente beinhalten, die in der Nähe jedes Rotors angeordnet sind, wobei die Elemente sich nach innen von den Ecken des Gehäuses in Richtung der Rotoren erstrecken. Die Elemente können als Stifte ausgestaltet sein, die derart angeordnet werden können, daß sie ein Lager für die Lochplatten vorsehen.
  • Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel definiert der Scheitel der Spitzen jedes Rotors einen Kreis und die Kreise werden im allgemeinen größer mit zunehmendem Abstand von einem der ersten und zweiten Enden des Gehäuses.
  • Die Länge zwischen jeder Lochplatte und dem Rotor, der am nächsten zum ersten Ende des Gehäuses positioniert ist, definiert einen ersten Abstand, die Länge zwischen jeder Lochplatte und dem Rotor, der am nächsten zum zweiten Ende des Gehäuses positioniert ist, definiert einen zweiten Abstand, die Länge zwischen jedem Paar angrenzend angeordneter Lochplatten definiert einen dritten Abstand und die Länge zwischen jedem Paar angrenzend angeordneter Rotoren definiert einen vierten Abstand. In einigen Ausführungsbeispielen ist wenigstens einer der ersten Abstände, der zweiten Abstände, der dritten Abstände und der vierten Abstände ungleich. Einer oder mehrere der ersten Abstände, der zweiten Abstände, der dritten Abstände und der vierten Abstände kann im allgemeinen abnehmend sein mit zunehmendem Abstand von dem ersten Ende des Gehäuses und die Öffnungen können im allgemeinen bei zunehmendem Abstand von dem ersten Ende des Gehäuses in der Größe zunehmen.
  • Andere Merkmale können beinhaltet sein bei jeglichen der oben beschriebenen Feinzerkleinerungsvorrichtungen. Ein Mechanismus, beispielsweise ein Motor für variable Geschwindigkeiten, kann mit der Welle gekoppelt sein, um die Welle mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von wenigstens 600 UPM zu drehen. Die Vorrichtung kann eine zusätzliche Einführstruktur beinhalten, die ausgelegt ist zum Einführen einer Substanz über die oberste Platte in das Gehäuse, wobei die Einführstruktur von der Zuführrutsche getrennt bzw. unabhängig ist. Die zusätzliche Einführstruktur kann vorteilhaft einen Reguliermechanismus beinhalten, der ausgestaltet ist, um einen Strom an Gas oder einer Flüssigkeit in das Gehäuse zu regulieren. Die Feinzerkleinerungsvorrichtung kann des weiteren einen Wärmetauscher an einer Außenwand des Gehäuses beinhalten, der ausgestaltet ist, um dem Gehäuse Wärme zuzuführen oder von diesem abzuführen.
  • Die Erfindung sieht auch ein Verfahren vor zum Feinzerkleinern von Material in relativ kleinere Partikel mit jeder der oben beschriebenen Vorrichtungen, wobei das Verfahren umfaßt:
    Drehen der Rotoranordnung, um einen Luftstrom durch das Gehäuse zu bewirken;
    Zuführen des Materials in den Einlaß;
    Bewirken, daß ein wesentlicher Teil des Materials mit dem Luftstrom durch das Gehäuse und aus dem Auslaß strömt;
    Bewirken schneller Druckzunahmen und -abnahmen in dem strömenden Material und dem Luftstrom innerhalb des Gehäuses bei Drehung der Rotoranordnung; und
    Feinzerkleinern des strömenden Materials durch die schnellen Druckzunahmen und -abnahmen.
  • Ein oder mehrere andere Merkmale können in dem Verfahren beinhaltet sein. Das Bewirken, daß ein wesentlicher Teil des Materials mit dem Luftstrom strömt, kann das Strömenlassen des Materials mit einer Geschwindigkeit beinhalten, die ausreichend ist, um einen Coander-Effekt in dem um die Rotoren und durch die Öffnungen strömenden Material aufrechtzuerhalten. Das Vorsehen einer Feinzerkleinerungsvorrichtung kann beinhalten, daß jeder Rotor mit einer im wesentlichen polygonalförmigen Rotorplatte versehen wird, die Spitzen hat, die auf einem imaginären Kreis angeordnet sind und Flügel an einer Seite des Rotors, die sich etwa radial von den Spitzen nach innen, in Richtung der Welle erstrecken. Das Vorsehen einer Feinzerkleinerungsvorrichtung kann beinhalten, daß das Gehäuse mit Innenseiten versehen wird, die sich in längs verlaufenden Ecken treffen. Das Vorsehen einer Feinzerkleinerungsvorrichtung, kann ein Anordnen der Rotoren, der Lochplatten und des Gehäuses beinhalten, um einen negativen Rückdruck in dem strömenden Material bei dessen Strömen durch jede der Öffnungen, aufrechtzuerhalten. Das Verfahren kann des weiteren ein Regulieren des Luftstroms durch das Gehäuse beinhalten. Es kann ein Einführen eines Prozeßmaterials in das Gehäuse beinhalten, während das zuerst erwähnte Material in das Gehäuse eingeführt wird, wodurch bewirkt wird, daß sich das Prozeßmaterial mit dem zuerst erwähnten Material durchmengt.
  • Eine Feinzerkleinerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann für verschiedenste Verwendungen herangezogen werden. Beispielsweise kann die Feinzerkleinerungsvorrichtung nach der Erfindung ausgestaltet sein, um Felsen, einschließlich Erzen, die Edel- und/oder Halbedelmetall enthalten, zu einem feinen Pulver zu zerkleinern. In einigen Erzen können Partikel aus Elementkomponenten, die sich nicht leicht mischen, wie beispielsweise Gold, von anderen Komponenten befreit werden. Oftmals wird Material aus Ganggestein von dem Erz separiert. Ton kann in feine Pulver zur keramischen Verwendung pulverisiert werden. Die Pulverisierung wird mit einem minimalen Energieaufwand und minimaler Abnutzung bei der Zerkleinerungsmaschine vorgenommen.
  • Die Zerkleinerungsvorrichtung bzw. -maschine kann vorgesehen werden, um entsorgte Reifen zu kleineren Partikeln aus Gummi bzw. Kautschuk zu zerkleinern, wobei die Kordgewebe- und Stahlbandkomponenten im wesentlichen von dem Gummi bzw. Kautschuk getrennt sind.
  • Die Zerkleinerungsmaschine kann auch vorgesehen sein, um gesamte, ungewaschene Aluminiumgetränkedosen in trockene Partikel kleiner Größe zum Zwecke des Recycelns zu zerkleinern.
  • Die Zerkleinerungsmaschine kann auch so vorgesehen werden, daß sie Flaschen zum Recyceln zerkleinert. Die Zerkleinerungsmaschine setzt andere Schmutzstoffe frei, die mit den Flaschen vermischt sein können wie beispielsweise Metalldeckel, Gummidichtungen, Metallfolie und Papier. Flüssigkeitsreste werden vollständig entfernt. Gläser unterschiedlicher Farben können getrennt werden durch Einstellen der Rotationsgeschwindigkeit der Rotoranordnung.
  • Die Zerkleinerungsmaschine kann vorgesehen sein, um schnell einen organischen Schlamm oder tierischen Abfall zu reduzieren, wie beispielsweise Mist bzw. Dünger zu einem trockenen Pulver mit einem wesentlich reduzierten bakteriellen Gehalt.
  • Auch kann die Zerkleinerungsmaschine vorgesehen werden, um Körner, Pharmazeutika oder nahezu jegliches nicht-metallische Material zu Pulver zu vermahlen. Die Größe der pulverförmigen Körner kann eingestellt werden durch Einstellen der Umdrehungsgeschwindigkeit, der Anzahl an Rotor- und Öffnungsplattenstufen und der Anzahl an Seiten der Rotoren.
  • Die Zerkleinerungsmaschine kann vorgesehen werden als Luftwäscher, beispielsweise in einem Schornstein, um die chemischen und Größencharakteristiken des Schornsteinaustraggutes zu ändern.
  • Die Zerkleinerungsmaschine kann so vorgesehen werden, daß sie keramische Komponenten von Katalysatoren bzw. katalytischen Konvertern zerkleinert, mit denen Edelmetalle zusammenhaften, und zwar in abführbare Partikel.
  • Die Zerkleinerungsmaschine kann so ausgestaltet sein, daß sie einen geregelten Fluideinlaß vorsieht, durch den eine geregelte Menge an Gas oder Flüssigkeit dem zu zerkleinernden Material zugefügt werden kann. Das Gas kann zusätzliche Luft sein zum Verstärken und Regulieren des Materialstroms durch die Zerkleinerungsmaschine. Das Gas oder die Flüssigkeit können ein Reaktion erzeugendes Material sein, um eine chemische Umwandlung des zu zerkleinernden Materials zu verstärken oder ein reaktionsverzögerndes oder -hemmendes Material, um eine chemische Transformation des zerkleinerten Materials zu hemmen.
  • Dies und andere Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele offensichtlich, wenn diese im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen gelesen werden.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Spezielle Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen:
  • 1 eine Aufrißansicht eines Zerkleinerungsmaschinensystems nach der Erfindung ist;
  • 2 eine Draufsicht von oben auf das in 1 dargestellte Zerkleinerungsmaschinensystem ist;
  • 3 eine Aufrißansicht eines Rotoranordnungsgehäuses des in 1 dargestellten Zerkleinerungsmaschinensystems ist;
  • 4 eine Querschnittsansicht durch die Linie 4-4 der 3 ist und bei der der Verteilerrotor in Draufsicht gezeigt ist;
  • 4A ein Detail der 4 ist;
  • 5 eine Querschnittsansicht durch die Linie 5-5 der 4 ist in Darstellung der Rotoranordnung innerhalb des Rotor anordnungsgehäuses, mit einer beinhalteten, zweiten Zuführrutsche;
  • 6 eine Draufsicht von unten auf das Rotoranordnungsgehäuse ist;
  • 7 eine aufgeweitete Ansicht des Verteilerrotors ist;
  • 8 eine Ansicht von oben auf eine Lochplatte der Rotoranordnung ist;
  • 9 eine Draufsicht von oben auf einen Rotor ist;
  • 10A und B Aufriß- bzw. Draufsichtansichten eines Tragestifts für die Rotoranordnung sind; und
  • 11 eine Draufsicht auf einen Teil eines Rotors mit einer anderen Ausführung eines Rotorflügels ist;
  • 12 eine Querschnittsansicht durch die Linie 12-12 der 11 ist.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Bezugnehmend auf die 1 und 2, beinhaltet eine verwendete Zerkleinerungsmaschine 10, beispielsweise zum Reduzieren der Größe diskreter Objekte zu Partikeln kleinerer Größe, ein Gehäuse 12, die eine Rotoranordnung 38 beinhaltet, die im Detail unten beschrieben wird. Während die folgende Beschreibung eines speziellen Ausführungsbeispiels die beschriebene Vorrichtung als "Zerkleinerungsmaschine" bzw. "Pulverisierer" bezeichnet, ist es selbstverständlich, daß die Vorrichtung für andere Zwecke Verwendung finden kann, wie beispielsweise zur Bearbeitung von Schlamm und Bioabfall bzw. -masse, zur chemischen Bearbeitung und zur Luftwäsche. Das Gehäuse 12 ist umgeben von einer zylindrischen Abschirmung 14, die getragen ist von einer ringförmigen Platte 16 über ein freistehendes Traggestell 18 auf einer Zementplatte 19. Die ringförmige Platte 16 ist an der Abschirmung 14 angeschweißt und über Bolzen 20 an dem Gestell 18 befestigt.
  • Das Gestell 18 trägt auch eine Motoranordnung 22, die über einen einzelnen Riemen 24 mit vier Rillen, der mit einer variablen, mechanischen Rillenscheibe 26 gekoppelt ist, der Rotoranordnung Rotationsenergie liefert. Die Riemenscheibe 26 ist mit einer Rotorwelle 28 verbunden, welche durch das Gehäuse 12 verläuft. Die Rotorwelle 28 ist aus einer 4140 Stahlstange mit 51 mm (2 Inch) Durchmesser hergestellt. Die Motoranordnung 22 beinhaltet einen 25 PS, 230 V, Drei-Phasenmotor 30, der eine Steuerung 32 für variable Geschwindigkeit hat. Die Motoranordnung 22 empfängt Energie von einem Schmelzsicherungsanschluß 34. Die variable mechanische Rillenscheibe und die Steuerung 32 erlauben, daß die Geschwindigkeit der Rotorwelle 28 kontinuierlich veränderbar ist zwischen etwa 600 bis 3800 Umdrehungen pro Minute (UPM). Eine Zahnradanordnung 36, die an der Welle 28 angebracht ist, wird dazu verwendet, um die tatsächliche Umdrehungsgeschwindigkeit der Welle 28 zu messen. Eine Ummantelung (nicht gezeigt) kann dazu verwendet werden, um die Riemenanordnung 24 abzudecken.
  • Nun ebenfalls bezugnehmend auf die 3 und 4, hat das Gehäuse 12 neun längs verlaufende Seitenwände 40, die eine regelmäßige Polygonform in seitlichem Querschnitt bilden. Die Innenoberfläche des Gehäuse 12 hat einen innen umschriebenen Durchmesser von etwa 597 mm (23,5 Inch). Die Seiten 40 bilden 40° Spitzen oder Innenecken 42, wo sie aufeinandertreffen. Die Seiten 40 und die Innenecken 42 verlaufen längs zwischen einer oberen Platte 44 und einer unteren Platte 46. Die obere und untere Platte 44, 46 sind etwa 775 mm (30,5 Inch) auseinander.
  • Die obere Platte 44 ist über drei Bügel(-band)anordnungen 48 (1 und 2) fest mit der Abschirmung 14 verankert. Die Bügel(-band)anordnungen 48 beinhalten jeweils eine Klammer 50, die an der äußeren Oberfläche der Abschirmung 14 angeschweißt ist, ein festes Band 52 und Bolzen 54, 56, welche das Band 52 mit der Klammer 50 bzw. der oberen Platte 44 verbinden.
  • In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Seiten 40 aus drei Wänden 60, 62, 64 ausgebildet, von denen jede zwei volle Seiten 40 und zwei teilweise Seiten 40 und drei Innenecken 42 beinhaltet. Ebenfalls nun bezugnehmend auf die 4A, kann jedes Paar Wände, beispielsweise 60 und 62, mit einem überlappenden Saum 66 verbunden werden, der etwa in der Mitte zwischen den Ecken 42 angeordnet ist. Die Klammern 68 sind an der Wand 60 angeschweißt und die Klammern 70 sind an der Wand 62, an dem Saum 66 angrenzend, angeschweißt. Klammerpaare 68, 70 werden durch Befestigungselemente, beispielsweise mittels Bolzen 72 und Muttern 74, zusammengezogen. Ein dichtendes Verbindungsmaterial, wie beispielsweise ein auf Silikon basierendes Dichtungsmittel, kann beim Saum 66 und anderen Verbindungen zwischen Teilen des Gehäuses 12 Verwendung finden, um das Gehäuse in etwa luftdicht zu machen.
  • Bezugnehmend wieder auf die 2 und 3, ist die untere Platte 46 von einem Teil der ringförmigen Platte 16 getragen, der sich radial nach innen, in einem gewissen Abstand von der Abschirmung 14, erstreckt. Eine Dichtung (nicht gezeigt), die eine Flüssigkeitsabdichtung liefert, ist zwischen der ringförmigen Platte 16. und der unteren Platte 46 platziert. Eine J-Bolzenanordnung (nicht gezeigt) kann verwendet werden, um eine Zwangsdichtung mit der Dichtung sicherzustellen. Die untere Platte 46 ist mittels neun mit Gewinde versehenen Befestigungselementen 65 an den Wänden 60, 62, 64 befestigt, die sich durch Öffnungen erstrecken, die in entsprechenden, an den Wänden 60, 62, 64 angebrachten Fittings 67 ausgebildet sind und die sich in die mit Gewinde versehenen Löcher 58 schrauben, die um den Umfang der unteren Platte 46 angeordnet sind. Die obere Platte 44 ist über mit Gewinde versehene Befestigungselemente 76 an mit Gewinde versehenen Fittings 75 an den Wänden 60, 62, 64 angeschraubt.
  • Eine Zuführrutsche 78 zum Einführen von zu zerkleinerndem (oder auf andere Weise zu bearbeitendem) Material in das Gehäuse 12, verläuft durch eine Öffnung 80 in der oberen Platte 44. Zum Zwecke der Klarheit der Darstellung, ist die Zuführrutsche 78 an einer Stelle in 2 dargestellt, die unterschiedlich ist zu der in 1 gezeigten Stelle. Die Zuführrutsche 78 beinhaltet ein rechtwinkelig geformtes Rohr 82, das relativ zu der Ebene der oberen Platte 44 und einem Winkel von etwa 44° orientiert ist. Die Zuführrutsche 78 hat auch einen Trichter 84 an ihrem oberen Ende, sowie eine Klammer 86 zur Anbringung an der oberen Platte 44. Das Rohr 82 ist etwa 337 mm (13,25 Inch) lang, verläuft etwa 35 mm (1,375 Inch) unterhalb der unteren Seite der oberen Platte 44 und hat Innenabmessungen von 76 mm × 102 mm (3 × 4 Inch). Das Rohr 82 beinhaltet einen Flansch 85 zur Anbringung der Zuführrutsche 78 an der oberen Platte 44, beispielsweise mittels mit Gewinde versehenen Befestigungselementen.
  • Die Rotoranordnung 38 wird nun detailliert unter Bezugnahme auf die 1 und 46 beschrieben. Die Rotoranordnung 38 beinhaltet eine drehbare Welle 28, die längs durch das Gehäuse 12 verläuft. Die Welle 28 verläuft durch eine obere Lageranordnung 86, die an der oberen Platte 44 befestigt ist. Eine Anzeigevorrichtung 36 für die Zahnradgeschwindigkeit und die Rillenscheibe 26 sind an der Welle 28, oberhalb der oberen Lageranordnung 86, angeordnet. Eine untere Lagerordnung 88 ist an der unteren Seite der unteren Platte 46 angebracht. Die Welle verläuft nicht durch die untere Lageranordnung 88.
  • Innerhalb des Gehäuses 12 befinden sich sechs in Längsrichtung beabstandete Rotoren 90, 92, 94, 96, 98, 100, von denen jeder an einer entsprechenden Nabe 102, 104, 106, 108, 110, 112 befestigt ist, die mittels zweier Diebel (nicht gezeigt) mit der Welle 28 gekoppelt ist. Abstandshalter 114, 116, 118, 120, 122, die ebenfalls an der Welle 28 angediebelt sind, sind zwischen angrenzenden Paaren von Naben 102, 104, 106, 108, 110, 112 positioniert. Abstandshalter 124 und 126 sind an der oberen Platte 44 bzw. unteren Platte 46 angrenzend, positioniert. Der Abstandshalter 124 ist auch mit einer Setzschraube (nicht gezeigt) an der Welle 28 befestigt. Die Welle 28 kann aus 4140 Stahllegierung mit einem Durchmesser von 51 mm (2 Inch) hergestellt sein. Der Durchmesser jedes Abstandshalters beläuft sich auf etwa 89 mm (3,5 Inch). Die longitudinale Stellung bzw. Position von einem oder mehr als einem der Rotoren 90, 92, 94, 96, 98, 100 kann eingestellt werden durch Ändern der Länge von einem oder von mehreren der Abstandshalter 114, 116, 118, 120, 122, 126.
  • Zwischen angrenzenden Paaren von Rotoren 90, 92, 94, 96, 98 und 100 sind Lochplatten 128, 130, 132, 134 und 136 positioniert. Die Lochplatten 128, 130, 132, 134, 136 verlaufen jeweils zu Seiten 40 des Gehäuses 12. Jede Lochplatte 128, 130, 132, 134, 136 beinhaltet eine zentrale Öffnung, die zusammen mit ihrem entsprechenden Abstandshalter 114, 116, 118, 120, 122 eine ringförmige Öffnung 138, 140, 142, 144, 146 dazwischen liefert.
  • In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind Abschirmung 14, ringförmige Platte 16, obere Platte 44, unter Platte 46, Wände 60, 62, 64, Rotoren 90, 92, 94, 96, 98, 100 und Lochplatten 128, 130, 132, 134, 136 aus 12,7 mm (0,5 Inch) dickem, kohlenstoffarmen Stahl wie beispielsweise 1020 Stahl, hergestellt. Diese Komponenten können aus unterschiedlichen Materialien hergestellt werden, einschließlich härterer Materialien und weicherer Materialien, in Abhängigkeit von der vorgesehenen Anwendung der Zerkleinerungsmaschine 10.
  • Nun ebenfalls bezugnehmend auf die 7, ist der oberste Rotor 90, der auch als Verteilerrotor bezeichnet wird, am nächsten dort positioniert, wo über die Zuführrutsche 78 Material in das Gehäuse 12 zugeführt wird. Der Verteilerrotor 90 beinhaltet eine Verteilerrotorplatte 148, die einen Umfangsrand regelmäßiger Fünfeckform hat, der fünf Spitzen bildet oder äußere Ecken 150. Fünf Verteilerrotorblätter 152 verlaufen in Richtung der oberen Platte 44 von der oberen Seite der Verteilerrotorplatte 148, nach oben (lediglich drei Flügel sind zu Zwecken der Klarheit in 7 gezeigt). Jeder Verteilerrotorflügel 152 verläuft auch etwa radial von einer äußeren Ecke 150 zu der Nabe 102 nach innen. Die Flügel 152 können mittels Schweißen an der Verteilerrotorplatte 148 und der Nabe 102 befestigt werden. Alternativ kann jeder Verteilerrotorflügel 152 in einen entsprechenden Schlitz 154 passen, der in der Verteilerrotorplatte 90 ausgebildet ist und mittels mit Gewinde versehenen Befestigungselementen 156, beispielsweise Bolzen, befestigt werden, die sich durch Öffnungen 158 in der Verteilerrotorplatte 90 erstrecken und sich in entsprechende, mit Gewinde versehene Löcher 160 in dem Verteilerrotorflügel 152 schrauben. Ein oberer Rand 162 jedes Verteilerrotorflügels 152 ist nach oben geneigt von einer Höhe von etwa 25,4 mm (1 Inch) bei 102 zu einer Höhe von etwa 38 mm (1,5 Inch), nahe dem Umfang der Platte 148. Ein fünfeckförmiger Verteilerring 164, der eine Breite von etwa 38 mm (1,5 Inch) hat, ist an den oberen Rändern 162 der Verteilerrotorflügel 152 angeschweißt.
  • Die Verteilerrotorplatte 148, der Verteilerring 164 und die Verteilerrotorflügel 152 sind aus einer 12,7 mm (0,5 Inch) Platte aus kunststoffarmen Stahl hergestellt. Der Verteilerrotor ist umschrieben von einem Kreis mit einem Durchmesser von 432 mm (17 Inch) und hat eine Höhe von etwa 69 mm (2,7 Inch). Der Verteilerring 164 ist etwa 41 mm (1,625 Inch) unterhalb der oberen Platte 44 und etwa 6,5 mm (0,25 Inch) unterhalb einer Abgabeöffnung 166 der Zuführrutsche 78, angeordnet. Die Abgabeöffnung 166 der Zuführrutsche 78 ist derart positioniert, daß wenn ein Zentrum eines Strangs des Verteilerrings 164 mit der Abgabeöffnung 166 fluchtet, sich ein radialer, innerster Rand 168 der Abgabeöffnung 166 etwa 6,5 mm (0,5 Inch) einwärts, über einen Innenrand 170 des Verteilerrings 164, erstreckt. Fluchtet eine Ecke 150 des Verteilerrotors 90 mit der Zuführrutsche 78, so befindet sich das äußere der Abgabeöffnung 166 vollständig im Inneren des Verteilerrings 164. Dies eröffnet einen großen Bereich zur Zufuhr von Material in Schlitze zwischen den Verteilerrotorflügeln 152 und führt das Material von der Zuführrutsche 78, so radial beabstandet von der Nabe 102 wie möglich, auf den Rotor 90 ab. Aus Gründen, die unten diskutiert werden, ist jeder Flügel 152 derart positioniert, daß bei Umlauf der Rotoranordnung ein hinterster Außenrand 172 jedes Verteilerrotorflügels 152 so geformt ist, daß er etwa fluchtet mit dem Umfangsrand der Verteilerrotorplatte 148 an einem hintersten Rand einer Spitze 150, und zwar entweder ohne jegliche Überlappung oder so, daß die Verteilerrotorflügel 152 geringfügig über den Rand der Verteilerrotorplatte 148 verlaufen.
  • Andere Rotoren 92, 94, 96, 98, 100 sind unterschiedlich zum Verteilerrotor 90 ausgestaltet, jedoch zueinander gleich bzw. ähnlich. Der Rotor 94 wird beispielhaft beschrieben unter Bezugnahme auf 8. Der Rotor 94 beinhaltet eine Rotorplatte 174, die einen regelmäßigen, neunseitigen polygonalen Umfangsrand 176 hat, der neun spitze Ecken 178 bildet. Die Rotorplatte 174 ist angeschweißt oder auf andere Weise fest mit der Nabe 106 gekoppelt. Der Rotor 94 beinhaltet auch neun gekrümmte Flügel 180, von denen sich jeder etwa radial nach innen, in Richtung der Nabe 106 von einer entsprechenden der spitzen Ecken 178 erstreckt. Die Flügel 180 sind etwa 152 mm (6 Inch) lang und verlaufen etwa 25 mm (1 Inch) oberhalb der Rotorplatte 174, die etwa 12,7 mm (0,5 Inch) dick ist. Für die meisten Verwendungen der Zerkleinerungsmaschine 10, weist die Innenkrümmung jedes Flügels 180 in die Richtung, in die sich die Rotoranordnung dreht. Die Rotorplatte 174 ist aus einer 12,7 mm (0,5 Inch) Platte aus kohlenstoffarmen Stahl hergestellt und die Flügel 180 sind aus einer 12,7 mm (0,5 Inch) Wand, eines Stahlrohrmaterials mit 203 mm (8 Inch) Außendurchmesser, hergestellt. Die Flügel 180 sind in entsprechende 3,2 mm (0,125 Inch) tiefe Rillen (nicht gezeigt) gesetzt, die auf einer oberen Fläche der Rotorplatte 174 ausgebildet sind und an Ort und Stelle mit drei mit Gewinde versehenen Befestigungselementen (nicht gezeigt) befestigt, die sich durch Öffnungen erstrecken, die in der Rotorplatte 174 (nicht gezeigt) ausgebildet sind, und zwar in einer Weise, ähnlich zu derjenigen, wie sie oben beschrieben wurde unter Bezugnahme auf den in 7 dargestellten Verteilerrotor 90. Diese Anordnung erlaubt ein einfaches Entfernen und Ersetzen der Flügel 180. Alternativ können die Rotoren 180 an den Rotorplatten 174 angeschweißt oder auf andere Weise an den Rotorplatten 174 befestigt werden. Äußere hinterste Ränder 182 der Flügel 180 sind unter einem Winkel abgeschrägt, um mit dem Umfangsrand 176 der Rotorplatte 174 derart zu fluchten, daß keine Überlappung zwischen der Rotorplatte 174 und dem Flügel 180 besteht, oder derart, daß sich der hinterste Rand 182 geringfügig über den Rand 176 der Rotorplatte 174 auf der hintersten Seite einer spitzen Ecke 178 erstreckt.
  • Die anderen Rotoren, die Rotoren 92, 96, 98 und 100, sind ähnlich wie der Rotor 94 ausgestaltet und haben jeweils einen neunseitigen Umfangsrand 176 und gekrümmte Flügel 180 erstrecken sich radial von spitzen Ecken 178 nach innen in Richtung entsprechender Naben 104, 108, 110 und 112. In dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Rotoren 92, 94, 96, 98 und 100 durch Kreise umschrieben, die Durchmesser haben von 432, 483, 533, 533 bzw. 533 mm (17, 19, 21, 21 bzw. 21 Inch). Jeder Flügel 180 ist um seinen Außenumfang etwa 153 mm (6 Inch) lang und derart an seiner spitzen Ecke 182 gestaltet, daß an seinem hintersten Rand 182 nur wenig oder gar keine Überlappung zwischen dem Flügel 180 und der Rotorplatte 174 vorliegt. Jeder Rotor hat eine Höhe von etwa 38 mm (1,5 Inch). Da der Rotor 92 kleiner ist als die anderen Rotoren und die Flügel 180 an all den Rotoren 92, 94, 96, 98, 100 die gleiche Größe haben, erstreckt sich jeder der Flügel 180 am Rotor 92 etwa zur Nabe 104, wohingegen die Flügel 180 an den Rotoren 94, 96, 98, 100 sich nicht die gesamte Strecke zu den jeweiligen Naben 106, 108, 110, 112 erstrecken, wodurch ein Spalt dazwischen vorliegt.
  • Nun auch bezugnehmend auf die 9, kann die Lochplatte 128 hergestellt werden aus einer 12,7 mm (0,5 Inch) Platte aus kohlenstoffarmen Stahl. Ihr Umfangsrand 184 bildet ein neunseitiges Polygon, das derart bemessen ist, daß es eng an die Seiten 40 des Gehäuses 12 paßt. Die Lochplatte 128 beinhaltet eine zentrale Öffnung 186, die durch den Innenrand 188 gebildet ist, und die mit dem Abstandshalter 114 dazwischen eine ringförmige Öffnung 138 vorsieht. Die Lochplatten 130, 132, 134 und 136 sind gleich ausgestaltet. Die Lochplatten 128, 130, 132, 134 und 136 haben Öffnungen 186 mit Durchmessern von 78, 203, 229, 254 bzw. 279 mm (7, 8, 9, 10 bzw. 11 Inch).
  • Wieder zurückkehrend auf die 4 und 5 und auch auf die 10A und 10B, sind die Lochplatten 128, 130, 132, 134, 136 unabhängig von den Wänden 60, 62, 64 durch Tragestifte bzw. -zapfen 190 getragen. Die Tragestifte 190 können aus Stahlstangen mit einem Durchmesser von 51 mm (2 Inch) hergestellt werden. Drei gleich voneinander beabstandete Stifte 190 sind zwischen jedem benachbarten Paar Lochplatten positioniert. Jeder Tragestift 190 ist an einer spitzen Ecke 192 einer Lochplatte angeordnet, so daß er an einer Innenecke 42 des Gehäuses angrenzt. Wie in den 5 und 9 gezeigt, sind die Tragestifte 190 an einer Seite einer Lochplatte, beispielsweise der Lochplatte 128 um eine Spitze (40°) von Tragestiften 190A an der anderen Seite der Lochplatte, versetzt.
  • Die Tragestifte 190 sind durch mit Gewinde versehene Befestigungselemente 194, beispielsweise Bolzen, an den Lochplatten befestigt, welche sich in das Gegengesenk durch Löcher (nicht gezeigt) erstrecken, die in den Lochplatten ausgebildet sind und in die mit Gewinde versebenen, in den Stiften 190 ausgebildeten Löcher 196. Drei Tragestifte 190, die an einer Oberseite der Lochplatte 128 angebracht sind, können ebenfalls mit mit Gewinde versehenen Befestigungselementen an der oberen Platte 44 befestigt werden. Beispielsweise können Bolzen 56, die auch verwendet werden, um die Bänder 52 zu halten, wie dies oben beschrieben wurde unter Bezugnahme auf die 2, dazu verwendet werden, um diese drei Stifte 190 zu befestigen. Drei Tragestifte 190, die an einer unteren Seite der Lochplatte 136 befestigt sind, können auch an der unteren Platte 46 befestigt werden. Die untere Platte 46 beinhaltet drei Öffnungen 198, durch die mit Gewinde versehene Befestigungselemente 200 (in 5 gezeigt) eingeführt werden können, um an diesen drei Stiften 190 befestigt zu werden.
  • Wieder bezugnehmend auf 6, beinhaltet die untere Platte 46 einen Steg 202, der vier Öffnungen 204 bildet, durch die zerkleinertes Material aus dem Gehäuse 12 abführbar ist. Ein Rand 206 mit einem Durchmesser von 584 mm (23 Inch), geht von der unteren Platte 46 gerade außerhalb der Öffnungen 204 ab. Der Steg 202 bzw. die Speiche trägt die Rotoranordnung 38 von der unteren Lageranordnung 88, die an dem Steg 202 angebracht ist. Die Größe des Stegs 202 ist so klein wie möglich, um die Größe der Öffnungen 204 innerhalb des Randes 206 zu maximieren.
  • Der Durchmesser des Randes 206 ist derart bemessen, daß er in ein offenes Faß 208 von 208 Liter (55 Gallonen) paßt, das auf Rollen 209 ruht. Ein Gewebeband 210 wird zwischen dem Rand 206 und dem Faß 208 verwendet, um ein Entweichen fein zerkleinerter Partikel zu verhindern. Der Rand 206 beinhaltet vier Öffnungen 212 (lediglich zwei sind in 3 gezeigt). Jede Öffnung 212 beinhaltet einen Bolzenkreis, der verwendet wird zur Anbringung eines entsprechenden Rohres 214 von 152 mm (6 Inch) Durchmesser (lediglich zwei sind in den 1 und 2 gezeigt). Die Rohre 214 erstrecken sich etwa radial von dem Rand 206 nach außen und jedes Rohr 214 hat eine daran lösbar befestigte Stofffiltertüte 216. Luft wird aus der Zerkleinerungsmaschine 10 über die Rohre 214 ausgestoßen. Die Filtertüten 216 fangen feine Partikel und erlauben es der Luft, durch sie hindurch zu gelangen.
  • In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Rotoren 90, 92, 94, 96, 98, 100 und die Lochplatten 128, 130, 132, 134, 136 wie folgt positioniert: Die oberen Oberflächen der Lochplatten 128, 130, 132, 134 und 136 sind jeweils etwa 73, 54, 48, 41 und 35 mm (2,875, 2,125, 1,875, 1,625 und 1,375 Inch) unterhalb der unteren Oberflächen entsprechender Rotoren 90, 92, 94, 96 und 98 angeordnet. Die Lochplatten 128 und 130 sind etwa 127 mm (5 Inch) beabstandet; die Lochplatten 130 und 132 sind etwa 114 mm (4,5 Inch) beabstandet; die Lochplatten 132 und 134 sind etwa 102 mm (4 Inch) beabstandet; und die Lochplatten 134 und 136 sind etwa 89 mm (3,5 Inch) beabstandet. Die Oberseiten der Flügel 180 an den Rotoren 92, 94, 96, 98 und 100 sind etwa 35, 30, 22, 16 und 12,7 mm (1,375, 1,187, 0,875, 0,625 und 0,5 Inch) unterhalb entsprechender Lochplatten 128, 130, 132, 134 und 136. Der Rotor 100 ist etwa 44 mm (1,75 Inch) oberhalb der unteren Platte 46 positioniert. Die Rotoren 92, 94, 96, 98 und 100 sind um etwa 13,3° relativ zu ihrem nächst näheren Rotor gedreht.
  • Es ist erkennbar, daß die Rotoren 90, 92, 94, 96, 98, 100 der Rotoranordnung 38 Größen haben, die im allgemeinen zunehmen mit zunehmendem Abstand von einem oberen Ende des Gehäuses 12, durch das Material, das zerkleinert oder auf andere Weise verarbeitet werden soll, in das Gehäuse eingeführt wird. Die kleinsten Rotoren 90, 92 sind am nächsten zu der oberen Platte 44 angeordnet, die größten Rotoren 96, 98, 100 sind am nächsten zur unteren Platte 46 angeordnet und ein Rotor 94 mit Zwischengröße ist etwa auf halber Strecke zwischen der oberen Platte 44 und der unteren Platte 46 positioniert. Diese Anordnung ist insbesondere ausgelegt zur Zerkleinerung von Objekten großer Größe. Falls das zugeführte Material Partikel kleinerer Größe umfaßt, können im Durchschnitt die Rotoren gleichmäßigere, größere Größe haben. Bei einigen Anwendungen kann es vorteilhaft sein, Rotoren zu verwenden, die alle die gleiche Größe haben oder auf eine Weise abzuwechseln zwischen größeren und kleineren Rotoren.
  • Zudem sind die Öffnungen 138, 140, 142, 144, 146 von allgemein zunehmender Größe bei zunehmendem Abstand von dem oberen Ende. Diese Anordnung wird dazu verwendet, bei jeder Stufe einen negativen Rückdruck aufrechtzuerhalten. Bei anderen Anwendungen kann diese Anordnung umgekehrt werden, die Öffnungen können von gleichförmigerer Größe sein oder die Öffnungsgrößen können auf unterschiedliche Weise von einem Ende des Gehäuses 12 zu dem anderen abgeändert werden.
  • Die Beabstandung zwischen jeder Lochplatte und dem nächst unter ihr liegenden Rotor nimmt im allgemeinen mit zunehmenden Abstand von oben nach unten ab. Überdies sind die Rotoren und Lochplatten derart positioniert, daß der Abstand zwischen angrenzenden Lochplatten von oben nach unten allgemein abnimmt. Dies vermindert das Volumen in Stufen zwischen dem oberen und dem unteren der Rotoranordnung 38.
  • Material, das durch eine Öffnung in der Zerkleinerungsmaschine 10 strömt, unterliegt zunächst einer Geschwindigkeitszunahme und einer damit einhergehenden Druckabnahme. Da das zur Verfügung stehende Volumen bei jeder darauffolgenden Stufe abnimmt, erfährt dann das durch die Zerkleinerungsmaschine 10 strömende Material eine schnelle Kompression, die wiederum eine schnelle Zunahme des Drucks und/oder der Temperatur bewirken kann. Die Größe der Öffnung wird bei jeder folgenden Stufe erhöht, um einen Druck unmittelbar stromabwärts einer Öffnung vorzusehen, der geringer ist als der Druck unmittelbar stromaufwärts der Öffnung. Dieser negative Rückdruck, der über der Öffnung aufrechterhalten wird, hilft, um den Strom beizubehalten.
  • Ich testete das oben beschriebene Zerkleinerungssystem mit mehreren unterschiedlichen Einsatzmaterialien, umfangreich unterschiedlicher Zusammensetzung, Härte, Duktilität und Feuchtigkeitsgehalts. Meine Tests führen mich dazu zu glauben, daß Material, das in die Zerkleinerungsmaschine eingeführt wird, wobei die Rotoranordnung umläuft mit Geschwindigkeiten von etwa 1000 Umdrehungen pro Minute (UPM) oder größer, primär durch innerhalb des Gehäuses 12 erzeugte Stoß- bzw. Schockwellen zerkleinert wird. Meine Beobachtungen zeigen, daß in die Förderrutsche 78 geführtes Material, wie auch durch die Förderrutsche 78 eintretende Luft, rasch beschleunigt wird und dann mitgeführt bzw. -gerissen wird in einen fluidartigen Strom durch die umlaufende Rotoranordnung 38. Es scheint, daß das im Strom befindliche Material nahezu augenblicklich einer schnell ablaufenden Abfolge von Stoßwellen unterworfen wird, die damit beginnen können, daß Einsatzmaterial aufzubrechen, sogar bevor es den Verteilrotor erreicht hat.
  • Die umlaufenden Rotoren 90, 92, 94, 96, 98, 100 erzeugen einen sehr starken Luftstrom durch das Gehäuse 12. Es scheint, daß in die Zerkleinerungsmaschine 10 über die Zuführrutsche 78 eingeführtes Material in diesem Strom mitgenommen wird. Das Material strömt offensichtlich mit dem Luftstrom durch die Zerkleinerungsmaschine 10 und tritt mit den Seiten 40 des Gehäuses 12 oder mit den Lochplatten 128, 130, 132, 134, 136 minimal in Kontakt. Ich glaube, dies liegt daran, daß der Strom von dem Coanda-Effekt derart beeinflußt wird, daß er den Konturen der Rotorumfänge 174 und den Öffnungsrändern 188 eng folgt. Aus diesem Grunde nenne ich den Strom an Material und Luft durch die Zerkleinerungsmaschine einen "Coanda-Strom". Der Coanda-Effekt hilft dabei, Kontakte zwischen dem strömenden Material und den Komponententeilen der Zerkleinerungsmaschine 10, die unter großem Winkel erfolgen, zu reduzieren und dabei die Abnutzung dieser Teile zu reduzieren. Der Verteilerring 184 wirkt als Ummantelung bzw. Umhüllung, um den Coanda-Effekt zu verstärken.
  • Der Coanda-Strom wechselt schnell die Richtung, wenn er den Umfangsrand jedes Rotors und den Rand jeder Öffnung umrundet und wechselt ab zwischen einem Strom, der radial nach außen gerichtet ist und einem Strom, der radial nach innen gerichtet ist. Die Größen der Öffnungen vergrößern sich mit jeder folgenden Stufe, um einen negativen Rückdruck in der gesamten Rotoranordnung 38 aufrechtzuerhalten, was dabei hilft, die Geschwindigkeit der Luft und der Partikel ausreichend groß zu halten, um den Coanda-Strom aufrechtzuerhalten.
  • Ich habe beobachtet, daß wenn die Flügel 152, 180 nicht an der hintersten Seite der spitzen Ecken 150, 178 jeweils positioniert sind, die Rotorplatten 148, 174 eine Abnutzung erfahren und geringfügig abgerundet werden an der Unterseite, die angrenzt und stromabwärts liegt von dem Ort, wo die Flügel 152, 180 angebracht sind. Dies ist ein Nachweis, daß das Material mitgenommen wird in einem "Coanda-Strom", der eng der Kontur des Umfangs jedes Rotors folgt. Die vordere Seite jedes Rotorflügels 152, 180, insbesondere im Bereich nahe seiner entsprechenden Rotorplatte 148, 174, zeigt auch eine zunehmende Abnutzung in der Nähe ihres Außenrandes. Es besteht auch eine Tendenz, das Material sich an der Seite des Flügels nach oben bewegt, wenn das Material radial durch den Flügel nach außen bewegt wird. Das Abnutzungsmuster zeigt jedoch eine geringe Einfressung oder Einkerbung, die zu erwarten wären, falls das Material nicht in einem Coanda-Strom mitgenommen wäre. Dies sind die einzigen Bereiche der Rotoren, bei denen ich einen Abnutzung bemerkte. Die Seiten 40 und die Lochplatten 128, 130, 132, 134, 136 zeigen einen gewissen Nachweis des Auftreffens einiger großer Partikel, jedoch kein Abnutzungsmuster, wie es auf den Rotoren beobachtet wurde.
  • Um den Coanda-Effekt auf dem an den Flügeln 152 und 180 und um die Rotorplatten 148, 174 strömenden Material zu verstärken, können die Außenränder der Flügel abgeschrägt und mit dem Umfangsrand der entsprechenden Rotorplatte 150 und 174 fluchtend gestaltet sein. Der vorderste Rand jedes Flügels 152, 180 sollte zumindest zu der entsprechenden Spitze 150, 178 der entsprechenden Rotorplatte 148, 174 verlaufen. Eine Positionierung der Flügel 152, 180 derart, daß ihre äußeren Ränder auf der hintersten Seite der spitzen Ecken 150, 178 liegen, sollte das Ausmaß der Abnutzung reduzieren.
  • Stoßwellen können jedesmal erzeugt werden, wenn das Material einer schnellen Beschleunigung unterliegt, beispielsweise wenn die Strömungsrichtung sich schnell ändert oder eine Druckänderung erfährt. Derartige Stoßwellen können aufgrund der piezo-elektrischen Eigenschaften der Materialien, da sie einer schnellen Kompression oder Dekompression unterworfen werden, hohe Spannungen erzeugen. Einige Orte, bei denen starke Beschleunigungen stattfinden können, beinhalten die Abgabeöffnung 166 der Förderrutsche 78, den Verlauf um die Flügel 152, 180, Verlauf um die Verteilerrotorplatte 148 und um die Umfangsränder 176 der Rotorplatte; und den Verlauf um die Ränder 188 der Öffnungen 138, 140, 142, 144, 146. Starke Druckänderungen können stattfinden, wenn der Strom durch eine Öffnung gelangt oder wenn der Strom durch einen Rotor gepumpt wird.
  • Ein ungleichförmiges elektromagnetisches Feld kann ebenfalls innerhalb des Gehäuses 12 erzeugt werden, wenn sich die Rotoranordnung 38 dreht. Die Rotoren 90, 92, 94, 96, 98, 100, wie auch das Gehäuse 12 und die Lochplatten 128, 130, 132, 134, 136, sind alle aus kohlenstoffarmen Stahl hergestellt, der ferromagnetisch ist. Die umlaufenden Rotoren würden ein schnell wechselndes, ungleichförmiges elektromagnetisches Feld erzeugen. Diese elektromagnetischen Felder könnten piezoelektrischen Effekte in dem Material in dem Coanda-Strom verstärken.
  • Primär gepulste, stehende Stoßwellen können ebenfalls erzeugt werden, wenn die Flügel 152, 180 an den Rotoren 90, 92, 94, 96, 98, 100 abwechselnd an Seiten 40 und Ecken 42 des Gehäuses entlang gelangen. Eine Dekompression würde auftreten, wenn die Rotoren an jeder leeren Innenecke 42 des Gehäuses 12 vorbeigelangen und eine Kompression würde auftreten, wenn die Flügel das Zentrum jeder Seite 40 durchlaufen. Eine Stoßwelle dieses Typs würde bei jeder 40° Drehung eines Flügels erzeugt.
  • Überdies können sekundärgepulste, stehende Stoßwellen erzeugt werden, wenn die Flügel 152, 180 an Tragezapfen 190 vorbeigelangen, von denen drei in der Nähe jedes Rotors angeordnet sind. Die Flügel 180 der größten Rotoren, der Rotoren 96, 98, 100 verlaufen innerhalb etwa 2,5 mm (0,1 Inch) von den Tragezapfen 190. Diese Stoßwellen würden bei jeder 120° Drehung eines Flügels an einem Rotor erzeugt aufgrund der Kompression des Stroms, wenn der Flügel an jedem der drei, nahe dem Rotor angeordneten Tragezapfen vorbeiläuft. 27 Stoßwellen werden bei jeder Drehung eines neuneckförmigen Rotors erzeugt. Daher werden Tragezapfen 190 verwendet, um die Lochplatten zu tragen und auch, um die Erzeugung von Stoßwellen zu unterstützen. Während in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel zylindrische Tragezapfen zu diesen Zwecken verwendet werden, kann eine andere Anordnung Verwendung finden, um die Lochplatten zu tragen und unterschiedlich geformte Elemente können in Ecken 42 gegenüber entsprechenden Rotorflügeln 150, 180 positioniert sein, um die sekundären Stoßwellen zu erzeugen.
  • Bevor Material in die Zerkleinerungsmaschine zugeführt wird, wird die Rotoranordnung 38 auf eine Betriebsumlaufgeschwindigkeit gebracht. Die umlaufenden Rotoren erzeugen einen starken Luftstrom mit einem negativen Rückdruck durch das Zuführrohr 78 und nach unten, durch die Zerkleinerungsmaschine 10. Daher wird jegliches Material, das in das Zuführrohr 78 zugeführt wurde, unverzüglich eingesogen und in Richtung des Verteilerrotors 90 schnell beschleunigt.
  • Wie oben festgehalten ist, kann Material auseinander gebrochen werden, während es in der Zuführrutsche 78 nach unten beschleunigt wird und seine Richtung beim Austritt aus der Abgabeöffnung 166 dreht. Es wird angenommen, daß die Abgabeöffnung 166 als Öffnung wirkt, durch die Luft und das Einsatzmaterial in den Bereich größeren Volumens zwischen der oberen Platte 44 und dem Verteilerrotor 90 strömt. Der Strom durch diese über die Abgabeöffnung 166 vorgesehene erste Öffnung, kann eine Druckänderung bewirken, die mit einer Temperaturänderung einhergehen kann. Die Druckänderung, zusammen mit der raschen Beschleunigung der das Zuführrohr 78 verlassenden Partikel, kann eine erste Stoßkompression und/oder -expansion und ein anfängliches Auseinanderbrechen einiger Partikel bewirken.
  • Kleinere Partikel mit einer Größe von weniger als etwa 25,4– 38 mm (1–1,5 Inch) werden schnell mitgerissen in dem Coanda-Strom und würden durch den Verteilerrotor 90 zwischen der Rotorplatte 148 und dem Verteilerring 164 strömen. Partikel größerer Größen können gegen die Seiten 40 des Gehäuses beschleunigt werden, welche die Partikel weiter auseinanderbrechen können, derart, daß sie nach innen zurückprallen und mitgerissen werden von dem Hochgeschwindigkeits-Coanda-Strom.
  • Der Verteilerrotor 90 hat fünf spitze Ecken – eher als neun –, um Stoßwellen mit größerer Wellenlänge zu erzeugen, von denen ich herausfand, daß sie wirkungsvoll sind beim Aufbrechen größerer Partikel. Aus diesem Grunde können in anderen Ausführungsbeispielen, die verwendet werden können, um sehr harte Materialien aufzubrechen, Rotoren 92, 94, 96, 98 und 100 ausgestaltet sein mit einer allgemein zunehmenden Anzahl an Seiten mit zunehmenden Abstand von einem oberen Ende des Gehäuses 12, durch das Material eingeführt wird. Beispielsweise können der Verteilerrotor 90 und der Rotor 92 als Fünfecke ausgestaltet sein, die Rotoren 94 und 96 als Siebenecke und die Rotoren 98 und 100 als Neunecke.
  • Wenn der Coanda-Strom durch die Öffnung 138 gelangt, so erfahren die Partikel eine schnelle Richtungsänderung und eine Geschwindigkeitszunahme mit einer entsprechenden Erhöhung des Drucks. Der Strom wird unverzüglich komprimiert, da das Volumen zwischen der Lochplatte 128 und dem Rotor 92 kleiner ist als das Volumen zwischen dem Rotor 90 und der Lochplatte 128. Dies kann auch zu einer schnellen Druckerhöhung führen und einer damit einhergehenden Temperaturerhöhung. In dieser Stufe würden immer noch einige Hochgeschwindigkeitsaufpralle größerer Partikel gegen die Seiten 40 und gegen die Stifte 190 erfolgen, wobei die größeren Partikel von diesen Strukturen abprallen oder aufbrechen und dann mit Partikeln in dem Coanda-Strom kollidieren würden.
  • Dieser Prozeß der raschen Beschleunigung, Expansion und Kompression wird wiederholt, wenn der Strom durch jede aufeinanderfolgende Stufe gelangt und die Rotoren und Öffnungen umrundet. Diese schnellen Änderungen des Drucks und der Beschleunigung des strömenden Materials können dazu beitragen, Stoßwellen zu erzeugen, die durch die Zerkleinerungsmaschine 10 strömendes Material zerkleinern. Zusätzlich kann das schnelle Komprimieren und Dekomprimieren von Material in dem Strom einen Aufbau an piezo-elektrischer Energie bewirken und darauf folgende Freigaben in dem Material, was ein Aufbrechen von einigem Material in Partikel kleinerer Größe bewirken kann. Es wird angenommen, daß die primär und sekundär gepulsten Stoßwellenfronten verstärkt werden durch Stoßwellen, die erzeugt wurden durch freiwerdende piezo-elektrische Energie in dem Strom. Der rasche Strom an Material durch die ungleichförmigen elektrischen und magnetischen Felder innerhalb der Zerkleinerungsmaschine 10, die erzeugt werden durch die umlaufenden Rotoren, kann ebenfalls zur piezo-elektrischen Kompression und Dekompression von Material in dem Strom beitragen und trägt dadurch ebenfalls zur Erzeugung von Stoßwellen in dem strömenden Material bei.
  • Bei einigen Tests maß ich Spannungen innerhalb des Gehäuses 12 an einer Stelle etwa in der Mitte zwischen zwei Ecken 42 der Seiten 40, gegenüber dem Rotor 96. Ich beobachtete Spannungsspitzen im Bereich von 100–200 kV, die ich als Freigabe von piezo-elektrischer Energie interpretiere. Um die Spannung zu messen, verwendete ich ein Oszilloskop, um die Spannung über einen Funkengeber bzw. eine Zündkerze mit einem Spalt von etwa 1,3 mm (0,050 Inch) zu messen. Der Funkengeber wurde derart über ein Loch in dem Gehäuse eingeführt, daß lediglich die Anschlüsse des Funkengebers in das Gehäuse ragten. Der Funkengeber würde typischerweise innerhalb von etwa 30 Sekunden nach dem Einführen des Einsatzmaterials in die Zerkleinerungsmaschine 10 zerstört.
  • Ich habe beobachtet, daß die Zerkleinerungsmaschine 10 ein zerkleinertes Material derart erwärmt, daß tatsächlich die gesamte freie Feuchtigkeit ausgetrieben ist. Das Gesamtprodukt gelangt erwärmt auf etwa 50–100° Celsius oder höher aus der Zerkleinerungsmaschine 10. Elektrische Entladungen von dem Material und die rasche Expansion, dann Kompression nachdem der Strom durch jede Öffnung gelangt ist, kann die Temperatur des strömenden Materials erhöhen und die Feuchtigkeit austreiben. Es erscheint, daß flüchtige organische Materialien ebenfalls aus dem strömenden Material verdampft oder auf andere Weise umgewandelt werden.
  • Die freigegebenen piezo-elektrischen Energien und die reibungsmäßige Aufwärmung von Partikeln in dem Strom tragen in ähnlicher Weise zu der beobachteten allgemeinen Temperaturerhöhung des zerkleinerten Materials bei. Ich beobachtete jedoch auch, daß ein Durchströmenlassen lediglich von Luft durch die Zerkleinerungsmaschine 10 bewirkt, daß sich das Gehäuse 12 wesentlich erwärmte. Daher ist ein gewisser Aufwärmeffekt ebenfalls wahrscheinlich aufgrund von Druckänderungen in dem strömenden Material und wenn eine Energiedissipation von den Stoßwellen erfolgt.
  • Zu speziellen Zwecken können die Abstände zwischen den Lochplatten, zwischen den Rotoren und zwischen angrenzend angeordnetem Rotor und Lochplatten verändert werden. Eine Veränderung von einem oder mehreren dieser Abstände beeinflußt die Stärke der Kompression und Dekompression, welche das strömende Material erfährt, insbesondere wenn es durch eine Öffnung strömt. Da der Abstand von der oberen Platte sich in der in 5 dargestellten Anordnung erhöht, verringern sich die Abstände zwischen den Lochplatten, zwischen den Rotoren und zwischen den Lochplatten und angrenzend angeordneten Rotoren, während die Größen der Öffnungen und der Rotoren sich vergrößern. Diese Anordnung erzeugt einen Druckabfall, wenn der Strom jeweils die Öffnung quert, während eine Erhöhung der Rohmaterialdichte in dem Strom stattfindet, wenn der Strom sich durch aufeinanderfolgende Stufen in dem Gehäuse bewegt. Die Anzahl an Partikeln und die Partikeldichte erhöht sich mit jeder aufeinanderfolgenden Stufe, wenn mehr Material zerkleinert wird. Die zunehmende Partikeldichte kann bewirken, daß die Partikel in dem Strom aneinander reiben und weiter Material in kleinere Partikel zerkleinern und das Produkt erwärmen.
  • Obwohl die relative Bedeutung jedes Mechanismus bislang noch nicht vollständig klar ist, ist es sicher, daß große Partikel in kleinere Partikel zerkleinert werden und die Partikel durch den Prozeß erwärmt und ausgetrocknet werden. Spezielle Tests werden nun beschrieben.
  • Beispiel 1: Aluminiumdosen
  • Ich führte ganze, ungewaschene, Aluminiumgetränkedosen in die Förderrutsche 78 ein, bei einem Umlauf der Rotoranordnung 38 von 3200 UPM. Die Getränkedosen beinhalteten jeweils eine Kunststoffbeschichtung und einige beinhalteten ein Getränk und/oder andere Reste unbekannten Ursprungs. All die Dosen beinhalteten gemalte Angaben. Die Zerkleinerungsmaschine 10 erzeugte raube Aluminiumpartikel mit 100%–10 Maschengröße und etwa 90–95% + 80 Maschengröße. Die Pellets zeigten keine bemerkenswerten Überbleibsel der Kunststoffbeschichtung oder verbliebene Getränke und das meiste der Bemalung war entfernt.
  • Wenn das Gehäuse 12 geöffnet wurde nach dem Test mit den Aluminiumdosen, fanden sich einige Aluminiumteile um den Innenrand des Verteilerrings 164 gewickelt. Dieses Problem kann ausgeschaltet werden durch Entfernen des Verteilerrings 164 von dem Verteilerrotor 90.
  • Beispiel 2: Ton
  • Ich führte eine Kombination aus Tonklumpen mit einem 35% Wasseranteil, der aus der Nähe von Golden, Colorado, stammte, der Zerkleinerungsmaschine 10 zu, wobei die Rotoranordnung 38 mit Geschwindigkeiten von 2000, 2500, 3000 und 3200 UPM umlief. Die Tonklumpen hatten die Größe von etwa 25,4–102 mm (1–4 Inch). Für jede Umlaufgeschwindigkeit reduzierte die Zerkleinerungsmaschine 10 die Tonklumpen zu einem trockenen Tonpulver mit einem Größenverteilungsbereich von 50% 6 μm; Ganggesteinmaterialien, einschließlich Quarz, die sich in der Tonabscheidung befanden, wurden auf in gewisser Weise größere Größen reduziert, und konnten leicht durch Sieben oder Zyklon-Trennung separiert werden. Der Wasseranteil wurde auf ein Niveau reduziert, bei welchem das pulverförmige Tonprodukt bemerkbar hydrophil war. Nachdem es über Nacht stehengelassen wurde, war das Produkt aus Tonpulver sichtbar gerötet. Dies ist ein Nachweis, daß die Partikelgrößen klein genug waren für das Produkt aus Tonpulver, um zu autooxidieren.
  • Ich wiederholte den Test mit trockenem Tonerz und erzielte das gleiche Resultat. Dies liefert den Nachweis, daß die Zerkleinerungsmaschine 10 wirkungsvoll sein kann bei der Entfernung von Feuchtigkeit aus einem Einsatzmaterial.
  • Beispiel 3: Golderze
    • (A) Ich führte Klumpen aus Quarz-/Serpentingolderz, mit einer nominalen Größe von etwa 38 mm (1,5 Inch), das aus der Nähe von Oatman, Arizona, stammte, einer Zerkleinerungsmaschine 10 zu, deren Rotoranordnung mit 3200 UPM umlief. Die Zerkleinerungsmaschine 10 reduzierte das Erz auf ein Pulver mit einer Partikelgröße von etwa 50%–325 Maschengröße. Viele rauhe Partikel aus Gold wurden aus dem Erz freigesetzt.
    • (B) Ich testete ebenfalls ein Quarz-/Pyridgolderz aus Costa Rica. 38 mm (1,5 Inch) Klumpen dieses Erzen wurden in die Zerkleinerungsmaschine 10 eingeführt, die mit 3200 UPM umlief. Die Zerkleinerungsmaschine 10 reduzierte die Klumpen auf Partikel von 100%–225 Maschengröße. Gold- und Silberpartikel wurde beide aus dem Erz freigesetzt.
    • (C) Ich testete ein Alaskagold/Kupfersulfiderz mit 15 freiem Kohlenstoff. Ich führte feuchte, 76 mm (3 Inch) große Klumpen dieses Erzen in die Zerkleinerungsmaschine 10, deren Rotoranordnung 38 mit etwa 3000 UPM umlief. Die Zerkleinerungsmaschine 10 erzeugte Partikel mit 100% –325 Maschengröße. Das Gold, zusammen mit all dem freien Kohlenstoff, erschien vollständig freigesetzt. Ebenfalls wurde Kupfersulfid weggebrochen von dem Ganggesteinmaterial.
  • Beispiel 4: Reifen
  • Ich führte aufgeschnittene Teile aus Stahlband- und Gewebebandreifen mit einer Größe von etwa 12,7–25,4 mm (0,5–1 Inch) in die Zuführrutsche 78 ein, wobei die Rotoranordnung 38 mit etwa 3200 UPM umlief. Die Zerkleinerungsmaschine 10 erzeugte ein Produkt, bei dem die Gewebe- und Stahlkomponenten wesentlich von den Gummi- bzw. Kautschukkomponenten getrennt waren. Die Gewebekomponente, die ursprünglich aus Kordfasern bestand, wurde zu individuellen Fasersträngen reduziert, die hauptsächlich mit abgeblasener Luft in die Filtertüten 216 geschwappt wurden. Der Stahl und der Gummi fielen in das Faß 208. Die Zerkleinerungsmaschine 10 trennte den Stahl in individuelle Drahtstücke von bis zu etwa 25 mm (1 Inch) Länge. Einige der Stahldrähte wurden umgefaltet. Von der Zerkleinerungsmaschine erzeugte Gummiteile hatten die Größe von etwa 3,2 mm (1/8 eines Inch). Ein paar wenige Gewebefaserstränge wickelten sich um Gummipartikel. Der Stahl kann durch herkömmliche Mittel, beispielsweise mit Hilfe eines Magneten, von dem Gummi separiert werden.
  • Beispiel 5: Keramikkugeln
  • Ich führte wenige 25,4 mm (1 Inch) Keramikkugeln, erhältlich von der Coors Ceramik Company aus Golden, Colorado, in die Zerkleinerungsmaschine 10, deren Rotoranordnung 38 mit etwa 3200 UPM umlief. Die Keramik hat eine Härte von wenigstens 9 Moh. Die Zerkleinerungsmaschine erzeugte Partikelkörner von etwa 95%–100 Maschengröße. Es war nachweisbar, daß einige der Kugeln mit hoher Geschwindigkeit auf Komponenten der Rotoranordnung 38 und der Seitenwände 40 auftrafen. Die Treffer hinterließen abgerundete Einbuchtungen auf den Oberflächen der Komponenten aus weichem Stahl der Rotoranordnung 38 und des Gehäuses 12, hauptsächlich im Bereich des Verteilerrotors 90. Die meisten Oberflächen zeigten wenige oder keine Einbuchtungen. Die Einbuchtungen hatten nahezu alle etwa kugelförmige Gestalt, wobei die größten Einbuchtungsdurchmesser einen Durchmesser von etwa 7,1 mm (0,28 Inch) und etwa 0,03 Inch Tiefe hatten. Es bestand sehr wenig Beschädigung an den Rotoren 90, 92, 94, 96, 98, 100 oder an den Lochplatten 128, 130, 132, 134, 136. Das Fehlen stärkerer Schäden an der Rotoranordnung 38 ist ein Nachweis, daß die Zerkleinerungsmaschine nicht derart arbeitet, daß sie das Einsatzmaterial an den Oberflächen der Seiten 40 des Gehäuses 12 zerschmeißt.
  • Beispiel 6: Perlit
  • Ich führte einen Nevada-Perlit mit Korund-Bestandteil einer Größe von bis zu 102 mm (4 Inch) in die Zerkleinerungsmaschine bei einer Umdrehung der Rotoranordnung von 3200 UPM. Das Erz wurde reduziert auf ein 50% 6 μm Pulver. Korund, wie auch andere metallische Partikel wurden vollständig freigesetzt. Bei diesem Test habe ich Spannungen von bis zu etwa 170 kV mit einer Zündkerze gemessen, wie dies oben beschrieben wurde.
  • Beispiel 7: Glasflaschen
  • Ich führte ein Gemisch aus unterschiedlich farbigen Glasflaschen, einige ganz, einige zerbrochen, einige mit angebrachten Metall-/Kunststoffdeckeln und Inhalten, die innerhalb der Flasche eingeschlossen waren und einige mit etwas unbekannten Essens-/Schmutzbestandteilen in die Zerkleinerungsmaschine 10, wobei die Rotoranordnung 38 mit etwa 3200 UPM umlief. Die Zerkleinerungsmaschine trennte das Material in Bestandteile: ein trockenes, feines Glaspulver von etwa 10 μm; Deckelklumpen; Papieretikettenfetzen von bis zu 3,2 mm (1/8 Inch) Größe; kleine Stücke aus Aluminiumfolie, die gefaltet, jedoch nicht geballt waren; und ein paar wenige Teile an Gummiklumpen aus den Abdichtungen der Flaschendeckel bzw. -verschlüsse. Es gab keinen Nachweis für organische Reste, mit Ausnahme eines grauen, tonartigen, flotationsfähigen Staubs.
  • Ich unternahm einen zweiten Test mit Flaschen gemischter Farben bei einem Umlauf der Rotoranordnung 38 von etwa 2500 UPM. Aus Gründen, die nicht vollständig verständlich sind, wurden Glasbestandteile unterschiedlicher Farbe zu unterschiedlicher Rauhigkeit zerkleinert. Klarglas wurde am feinsten zermahlen, Grünglas wurde ein wenig rauher zermahlen. Braunglas und gelbes am rauhesten. Dies könnte Anwendungen haben bei der Wiederverwertungsindustrie oder andere Anwendungen, bei denen es nicht wünschenswert ist, Glas mit unterschiedlichen Farben zu mischen. Es ist möglich, daß der Trennprozeß bei geringeren Umlaufgeschwindigkeiten verbessert werden kann.
  • Beispiel 8: Wollastonit
  • New York Wollastonit (CaSiO3)-Partikel mit einer Maschengröße von 12,7 mm (0,5 Inch) wurden in die Zerkleinerungsmaschine 10 bei einer Umlaufgeschwindigkeit der Rotoranordnung von etwa 2000 UPM zugeführt. Es schien, als würde die Zerkleinerungsmaschine 10 die Wollastonit-Fasern und das Ganggesteinmaterial vollständig freisetzen. Die Produktfasern hatten ein Länge-zu-Durchmesserverhältnis von größer als etwa 20.
  • Beispiel 9: Katalysatoren
  • Ich führte Keramikteile von Kraftfahrzeugkatalysatoren in die Zerkleinerungsmaschine 10 ein. Nachdem das Material sechsmal durch die Zerkleinerungsmaschine geführt wurde, bei einem Umlauf der Rotoranordnung 38 von etwa 2500 UPM, erzeugte die Zerkleinerungsmaschine 10 sichtbare, abführbare Stücke aus Pt-Gruppe Metallen (Pt, Pd, Rh). Ich maß Funken mit einer Spannung von etwa 100 kV mit einer Zündkerze und einem Oszilloskop.
  • Beispiel 10: Gebranntes Aluminiumoxid
  • Gebrannte Aluminiumoxidpartikel mit einer nominalen Größe von etwa 50 μm wurden in die Zerkleinerungsmaschine 10 zugeführt mit einem Umlauf der Rotoranordnung 38 von 3200 UPM. Die Zerkleinerungsmaschine reduzierte die nominale Partikelgröße auf 50% 6 μm.
  • Beispiel 11: Calciumcarbonat
  • Ich führte Calciumcarbonat mit Größen im Bereich von 6 μm– 1 Inch in die Zerkleinerungsmaschine 10 mit einem Umlauf von 3200 UPM ein. Die Zerkleinerungsmaschine reduzierte die Partikelgrößenverteilung auf 50% 6 μm.
  • Die Grundausgestaltung einer Zerkleinerungsmaschine kann modifiziert werden, um zu einem speziellen Zweck zu passen. Beispielsweise kann eine zweite Förderrutsche 78A an einer Stelle, diametral zur Förderrutsche 78 gegenüberliegend verwendet werden, wie dies in 5 dargestellt ist, um ein Verfahrensmaterial in die Zerkleinerungsmaschine 10 gleichzeitig einzuführen mit der Einführung eines Einsatzmateriales, das zerkleinert und verarbeitet werden muß, über die Zuführrutsche 78. Das zu verarbeitende bzw. Prozessmaterial kann flüssige oder trockene Form haben oder kann sogar ein gasförmiges Material sein. Bei dem Einsatzmaterial kann es sich um trockene, diskrete Objekte oder ein feuchtes Material handeln und es kann von gleichförmiger Zusammensetzung oder ein Komposit sein. Auf diese Weise kann das Einsatzmaterial chemisch verarbeitet, sterilisiert oder auf andere Weise verändert werden durch Zusammenwirken mit dem Prozeßmaterial, da das Ausgangsmaterial zu kleineren Partikeln zerkleinert bzw. pulverisiert und/oder getrocknet ist.
  • Alternativ kann die zweite Förderrutsche 78A verwendet werden, um ein reaktionshemmendes Material einzuführen, wie beispielsweise ein inertes oder nicht reaktives Gas oder eine Flüssigkeit in das Gehäuse 12, um eine chemische Änderung, wie beispielsweise eine Oxidation des Ausgangsmaterials zu hemmen. Die zweite Zuführrutsche 78A kann auch verwendet werden, um zusätzliche Mengen des gleichen Materials, wie es in das Gehäuse 12 über die Förderrutsche 78 eingeführt wird, zuzuführen.
  • Die zweite Förderrutsche 78A kann unterschiedlich zu der Förderrutsche 78 ausgestaltet sein. Beispielsweise kann die Förderrutsche 78A insbesondere angepaßt sein für die Einführung eines flüssigen oder gasförmigen Prozeßmaterials in die Zerkleinerungsmaschine. Bei einem Beispiel kann Chlor zum Desinfizieren organischer Abfälle in die Zuführrutsche 78A eingeführt werden. Ein Regulierventil 79 kann mit der Förderrutsche 78A Verwendung finden zum Zwecke des Regulierens des Stroms des flüssigen oder gasförmigen Materials in das Gehäuse zum Optimieren des Prozesses. Schließlich kann die Förderrutsche 78A auch Verwendung finden um das Einführen von zusätzlicher Luft in das Gehäuse zuzulassen, wobei der Luftstrom durch das Regulierventil 79 gesteuert wird.
  • Während in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel das Gehäuse 12 neun Seiten 40 hat, kann ein Gehäuse mit bis zu fünf und auch bis zu elf Seiten Verwendung finden. Eine ungerade Anzahl an Seiten 40 ist bevorzugt, da sie die Wahrscheinlichkeit für das Entstehen von Resonanzen reduziert. Aus dem gleichen Grund habe ich eine ungerade Anzahl an Stiften 190 verwendet und habe Rotoren 90, 91, 94, 96, 98, 100 verwendet, die eine ungerade Anzahl an Ecken und Flügeln haben, obgleich eine gerade Zahl an Stiften und Rotoren, die eine gerade Anzahl an Ecken und Flügeln haben, ebenfalls Verwendung finden kann. Rotoren mit bis zu fünf und bis zu dreizehn Seiten können Verwendung finden. Mehr oder weniger als drei Tragestifte können, jedem Rotor gegenüberliegend, verwendet werden.
  • Die Formen der Rotorplatten 148, 174 können gegenüber einer strengen Polygonalform abgeändert werden. Beispielsweise kann ein kleiner Teil der Rotorplatte 148, 174 unmittelbar hinter dem hinteren Rand jeder der jeweiligen Flügel 152, 180 ausgekerbt sein. Dies kann den Coanda-Strom verstärken und die Abnutzung an den Rotorplatten 148, 174 in diesem Bereich reduzieren.
  • Es kann vorteilhaft sein, die Rotoranordnung 38 umgekehrt laufen zu lassen. Die Rotorflügel 180, die in Drehrichtung gekrümmt sind, würden das strömenden Material nicht so schöpfen, wie sie es täten, wenn sie in Vorwärtsrichtung drehen. Anstelle dessen würde das strömende Material leichter von den äußeren Spitzen der Flügel 180 abrutschen. Dies kann wünschenswert sein, dort wo es notwendig ist, mit hoher Umlaufgeschwindigkeit zu arbeiten, jedoch eine sehr feine Partikelgröße nicht erwünscht ist. Dieses Verfahren kann verwendet werden zur Herstellung von gebrochenem Weizen oder zum Brechen anderen Getreides bzw. anderer Körner.
  • Die Abschirmung 16 kann so ausgestaltet sein, daß Wasser, eine andere Flüssigkeit oder ein Gas dort durchströmen kann und als Wärmesenke wirkt oder als Quelle für die Zerkleinerungsmaschine 10 in einem Wärmetauscher. Dies kann für einige Anwendungen wichtig sein, beispielsweise wenn ein temperaturempfindlicher chemischer Prozeß vorgenommen wird bei einem zu zerkleinernden Material.
  • Bezugnehmend nun auf die 11, kann jeder Flügel 180 so positioniert sein, daß er einen kleinen Überhang 220 über dem Rand 176 der Rotorplatte vorsieht, an dem er angebracht ist. Der Überhang 220 würde sich auf nicht mehr als etwa 0,8 mm (1/32 eines Inch) belaufen und würde den Coanda-Strom verstärken. Es sei festgehalten, daß der in 11 dargestellte Flügel 180 auch derart positioniert ist, daß der Überhang 220 ähnlich zum Rand 176 der Rotorplatte 174 geformt ist und eine äußere Spitze 222 seiner vordersten Oberfläche 224 etwa über der spitzen Ecke 178 positioniert ist. Der Pfeil in der Fig. gibt eine Drehrichtung an.
  • Bezugnehmend nun auf 12, können die Flügel 180 auch mit einem gekrümmten Profil, ähnlich einer Turbinenschaufel, modifiziert sein an ihrer vordersten Oberfläche 224, und zwar in Bezug auf eine Drehrichtung (Pfeil), um eine effizientere Pumpwirkung zu liefern.
  • Die Materialien, die verwendet werden zur Herstellung der Komponenten der Zerkleinerungsmaschine können gegenüber den oben Beschriebenen modifiziert werden, um für eine spezielle Anwendung geeignet zu sein. Beispielsweise können zum Zerkleinern sehr harter Materialien die Rotoren aus dauerhaften Legierungen hergestellt sein oder eine Beschichtung haben, die gegenüber einer Abnutzung oder Beschädigung durch Stöße bzw. Aufpralle resistent ist.
  • Die Zerkleinerungsmaschine 10 muß nicht vertikel, mit oben vorgesehener Zuführrutsche 78, angeordnet sein. Bei einigen Anwendungen, wie beispielsweise bei der Verwendung zur Luftwäsche, kann Material von einem unteren Ende aus einströmen oder die Zerkleinerungsmaschine kann unter einem Winkel zur Vertikalen angeordnet sein.
  • Eine Zerkleinerungsmaschine kann für eine spezielle Anwendung mit mehr als sechs oder weniger als sechs Rotoren ausgestaltet sein und mit einer angepaßt erhöhten oder geminderten Anzahl an Lochplatten.
  • Andere Variationen und Modifikationen können bzgl. der beschriebenen Ausführungsbeispiele vorgenommen werden, ohne von der Erfindung abzuweichen, deren Bereich in den folgenden Ansprüchen definiert ist.

Claims (20)

  1. Vorrichtung (10) zum Feinzerkleinern von feuchte und trockene diskrete Objekte umfassendem Material in relativ kleinere Objekte, umfassend: ein Gehäuse (12) mit einem ersten (44) und einem zweiten (46) Ende, wobei das erste Ende einen Einlaß (78) beinhaltet, der ausgelegt ist zum Einführen des Materials in das Gehäuse, das zweite Ende einen Auslaß beinhaltet, der ausgelegt ist zum Entfernen der kleineren Objekte, wobei das Gehäuse longitudinal verlaufende innere Seiten (40) beinhaltet, die longitudinal verlaufende innere Ecken (42) bilden, wo sie sich treffen; und eine Lochplatte (128, 130, 132, 134, 136), die zwischen angrenzend angeordneten Paaren mehrerer Rotoren (90, 92, 94, 96, 98, 100) positioniert ist, wobei jede Lochplatte innen von den inneren Seiten (40) des Gehäuses (12) zu einer zentralen Öffnung verläuft, die eine Öffnung (138, 140, 142, 144, 146) um die Welle (28) vorsieht, gekennzeichnet durch eine Rotoranordnung (38) mit einer drehbaren Welle (28), die sich longitudinal durch das Gehäuse zwischen dem ersten (44) und dem zweiten (46) Ende erstreckt und mehreren Rotoren (90, 92, 94, 96, 98, 100), die mit der Welle gekoppelt sind, um sich mit dieser zu drehen, wobei Rotoren der mehreren Rotoren jeweils eine Rotorplatte (148, 174) umfassen mit einem polygonalförmigen Umfangsrand unter Ausbildung mehrerer Spitzen, sowie Flügel (152, 180) an einer Seite der Rotorplatte, von denen jeder sich etwa radial von einer Spitze erstreckt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, des weiteren mit mehreren umfangsmäßig beabstandeten Elementen, die unmittelbar bei jedem Rotor (90, 92, 94, 96, 98, 100) angeordnet sind und sich nach innen von den Ecken (42) des Gehäuses (12) erstrecken.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei welcher der Umfangsrand jeder Rotorplatte (148, 174) eine ungerade Zahl an Seiten aufweist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher die Flügel (152, 180) jedes Rotors (90, 92, 94, 96, 98, 100) winkelmäßig zu den Flügeln anderer Rotoren versetzt sind.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher die Rotorplatten (148, 174) bei zunehmendem Abstand von dem Einlaß (78) allgemein größenmäßig zunehmen.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher die Flügel (152, 180) jeweils derart positioniert sind, daß sie einen kleinen Überhang über den Umfangsrand ihrer entsprechenden Rotorplatte (148, 174) vorsehen.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welcher jeder Flügel (152, 180) in einem Bogen gekrümmt ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welcher ein äußeres Endes jedes Flügels (152, 180) wie der Umfangsrand der Rotorplatte (148, 174) an dieser Stelle geformt ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welcher die Rotoranordnung (38) des weiteren einen Verteilerrotor (90) beinhaltet, der nahe dem Einlaß (78) angeordnet ist, wobei der Verteilerrotor umfaßt: eine Rotorplatte (148) mit einem polygonalförmigen Umfangsrand, der mehrere Spitzen (150) ausbildet; Flügel (152) an einer Seite der Rotorplatte (148), von denen sich jeder etwa radial von einer Spitze (150) erstreckt; und einen Ring (164), der an oberen Rändern der Flügel (152) fixiert ist, wobei der Ring eine regelmäßige Polygonalform hat, etwa fluchtend mit dem Umfangsrand der Rotorplatte (148).
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welcher die Öffnungen (138, 140, 142, 144, 146) wenigstens zweier Lochplatten (128, 130, 132, 134, 136) von unterschiedlicher Größe sind.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welcher die zentrale Öffnung jeder Lochplatte (128, 130, 132, 134, 136) einen Durchmesser hat, der kleiner ist als das angrenzend angeordnete Paar von Rotoren (90, 92, 94, 96, 98, 100), als nächstes zur Lochplatte.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei welcher die zentralen Öffnungen der Lochplatten (128, 130, 132, 134, 136) bei zunehmendem Abstand von dem Einlaß (78) im allgemeinen in der Größe zunehmen.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei welcher die Länge zwischen jeder Lochplatte (128, 130, 132, 134, 136) und dem Rotor (90, 92, 94, 96, 98, 100), der am nächsten zum ersten Ende (44) des Gehäuses (12) positioniert ist, einen ersten Abstand definiert, wobei die Länge zwischen jeder Lochplatte und dem Rotor, der am nächsten zum zweiten Ende des Gehäuses positioniert ist, einen zweiten Abstand definiert, wobei die Länge zwischen jedem Paar angrenzend angeordneter Lochplatten einen dritten Abstand definiert, wobei die Länge zwischen jedem Paar angrenzend angeordneter Rotoren einen vierten Abstand definiert, und wobei wenigstens einer der ersten Abstände, der zweiten Abstände, der dritten Abstände und der vierten Abstände ungleich ist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, bei welcher einer oder mehrere der ersten Abstände, der zweiten Abstände, der dritten Abstände und der vierten Abstände im allgemeinen abnimmt mit zunehmendem Abstand von dem ersten Ende (44) des Gehäuses (12) und wobei die Öffnungen (138, 140, 142, 144, 146) bei zunehmendem Abstand von dem ersten Ende des Gehäuses allgemein in der Größe zunehmen.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 14, bei welcher jede Rotorplatte (148, 174) eine Form hat, die ein Element ist der Gruppe bestehend aus einem Fünfeck, einem Siebeneck und einem Neuneck, wobei die innere Oberfläche des Gehäuses (12) ein Neuneck bildet, und wobei drei Elemente in der Nähe jedes Rotors (90, 92, 94, 96, 98, 100) positioniert sind.
  16. Verfahren zum Feinzerkleinern von Material in relativ kleinere Partikel mit der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Verfahren umfaßt: Drehen der Rotoranordnung (38), um einen Luftstrom durch das Gehäuse (12) zu bewirken; Zuführen des Materials in den Einlaß (78); Bewirken, daß ein wesentlicher Teil des Materials mit dem Luftstrom durch das Gehäuse (12) und aus dem Auslaß strömt; Bewirken schneller Druckzunahmen und -abnahmen in dem strömenden Material und dem Luftstrom innerhalb des Gehäuses (12) bei Drehung der Rotoranordnung (38); und Feinzerkleinern des strömenden Materials durch die schnellen Druckzunahmen und -abnahmen.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, bei welchem das Bewirken, daß ein wesentlicher Teil des Materials mit dem Luftstrom strömt, das Strömenlassen des Materials mit einer Geschwindigkeit beinhaltet, die ausreichend ist, um einen Coander-Effekt in dem um die Rotoren (90, 92, 94, 96, 98, 100) strömenden Material aufrechtzuerhalten.
  18. Verfahren nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, des weiteren umfassend ein Regulieren des Luftstroms durch das Gehäuse (12).
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, des weiteren umfassend das Einführen eines Prozeßmaterials in das Gehäuse (12), während das zuerst erwähnte Material in das Gehäuse (12) zugeführt wird, wodurch bewirkt wird, daß sich das Prozeßmaterial mit dem zuerst erwähnten Material durchmengt.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, bei welchem das Material ein Kompositwerkstoff ist, bestehend aus Bestandteilen, wobei ein Feinzerkleinern des strömenden Materials das Separieren des strömenden Kompositwerkstoffs in seine Bestandteile mit der schnellen Druckzunahme und -abnahme beinhaltet.
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