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Die Erfindung betrifft Vorrichtungen
und Verfahren zum Feinzerkleinern von Materialien in Partikel kleinerer
Größe.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Es kann eine ungerade Anzahl an Innenseiten
vorhanden sein; beispielsweise können
die Seiten im seitlichen Querschnitt ein regelmäßiges Neuneck bilden.
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Die Öffnungen wenigstens zweier
Lochplatten können
von unterschiedlicher Größe sein.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Zerkleinerungsmaschine kann auch
vorgesehen sein, um gesamte, ungewaschene Aluminiumgetränkedosen
in trockene Partikel kleiner Größe zum Zwecke
des Recycelns zu zerkleinern.
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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.
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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.
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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.
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Die Zerkleinerungsmaschine kann vorgesehen
werden als Luftwäscher,
beispielsweise in einem Schornstein, um die chemischen und Größencharakteristiken
des Schornsteinaustraggutes zu ändern.
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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.
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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.
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Dies und andere Vorteile der Erfindung
werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
offensichtlich, wenn diese im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen gelesen
werden.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Spezielle Ausführungsbeispiele der Erfindung
werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in
denen:
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1 eine
Aufrißansicht
eines Zerkleinerungsmaschinensystems nach der Erfindung ist;
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2 eine
Draufsicht von oben auf das in 1 dargestellte
Zerkleinerungsmaschinensystem ist;
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3 eine
Aufrißansicht
eines Rotoranordnungsgehäuses
des in 1 dargestellten
Zerkleinerungsmaschinensystems ist;
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4 eine
Querschnittsansicht durch die Linie 4-4 der 3 ist
und bei der der Verteilerrotor in Draufsicht gezeigt ist;
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4A ein
Detail der 4 ist;
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5 eine
Querschnittsansicht durch die Linie 5-5 der 4 ist
in Darstellung der Rotoranordnung innerhalb des Rotor anordnungsgehäuses, mit einer
beinhalteten, zweiten Zuführrutsche;
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6 eine
Draufsicht von unten auf das Rotoranordnungsgehäuse ist;
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7 eine
aufgeweitete Ansicht des Verteilerrotors ist;
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8 eine
Ansicht von oben auf eine Lochplatte der Rotoranordnung ist;
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9 eine
Draufsicht von oben auf einen Rotor ist;
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10A und B Aufriß- bzw. Draufsichtansichten
eines Tragestifts für
die Rotoranordnung sind; und
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11 eine
Draufsicht auf einen Teil eines Rotors mit einer anderen Ausführung eines
Rotorflügels
ist;
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12 eine
Querschnittsansicht durch die Linie 12-12 der 11 ist.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Rotoranordnung 38 wird
nun detailliert unter Bezugnahme auf die 1 und 4–6 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Beispiel 2: Ton
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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.
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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.
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Beispiel 3: Golderze
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- (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.
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Beispiel 4: Reifen
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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.
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Beispiel 5: Keramikkugeln
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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.
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Beispiel 6: Perlit
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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.
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Beispiel 7: Glasflaschen
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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.
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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.
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Beispiel 8: Wollastonit
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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.
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Beispiel 9: Katalysatoren
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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.
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Beispiel 10: Gebranntes
Aluminiumoxid
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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.
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Beispiel 11: Calciumcarbonat
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Andere Variationen und Modifikationen
können
bzgl. der beschriebenen Ausführungsbeispiele vorgenommen
werden, ohne von der Erfindung abzuweichen, deren Bereich in den
folgenden Ansprüchen
definiert ist.