EP3106228B1

EP3106228B1 - Vorrichtung und mahlwerkzeug zum zerkleinern von aufgabegut

Info

Publication number: EP3106228B1
Application number: EP16174479.2A
Authority: EP
Inventors: Hartmut Pallmann; Berthold Alles
Original assignee: Pallmann Maschinenfabrik GmbH and Co KG
Current assignee: Pallmann Maschinenfabrik GmbH and Co KG
Priority date: 2015-06-15
Filing date: 2016-06-14
Publication date: 2020-07-22
Anticipated expiration: 2036-06-14
Also published as: CN106238145B; EP3106228A1; ES2826773T3; TW201703860A; US20160367996A1; CA2933068C; PL3106228T3; DE102015007435A1; CN106238145A; CA2933068A1; US10625267B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zerkleinern von Aufgabegut gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Solche Vorrichtungen sind unter anderem als Wirbelstrommühlen zur Fein- und Feinstmahlung von schüttfähigem Aufgabegut und insbesondere zur Mahlung von wärmeempfindlichem Aufgabegut bekannt. Die DE 35 43 370 A1 offenbart eine derartige Mühle mit zylindrischem Stator und darin umlaufendem Rotor. Während sich der Stator über die gesamte axiale Länge des Rotors erstreckt, ist der Rotor durch Anordnung axial beabstandeter Kreisscheiben in mehrere Mühlstufen untergliedert. Jeder Mahlstufe ist eine Vielzahl von Mahlplatten zugeordnet, die am Außenumfang der Kreisscheiben lösbar befestigt sind. Bei rotierendem Rotor erzeugen die Mahlplatten mit ihren axial verlaufenden Kanten ein Wirbelfeld, in dem die Gutpartikel ständig beschleunigt und umgelenkt werden. Die Zerkleinerung des Aufgabeguts erfolgt durch Beschleunigungs-, Aufprall- und Reibkräfte, denen die Gutpartikel im Wirbelfeld ausgesetzt sind.
Eine demgegenüber verbesserte Mühle ist in der DE 197 23 705 C1 beschrieben. Dort ist die Mahlzone aufgeteilt in einen einlaufseitigen Bereich, wo das Aufgabegut zunächst durch mechanische Einwirkung der Mahlleisten zerkleinert wird, bevor es in den ablaufseitigen Bereich der Mahlzone gelangt, wo eine autogene Zerkleinerung im Wirbelfeld des Rotors stattfindet. Auf diese Weise kann die Mühle sowohl im einlaufseitigen als auch ablaufseitigen Mühlenbereich durch konstruktive Maßnahmen an die spezifischen Besonderheiten des Aufgabeguts und des Zerkleinerungsprozesses angepasst und dadurch die Effektivität der Mühle gesteigert werden.
Zudem ist aus der US 2008/0245914 A1 eine Wirbelstrommühle bekannt, mit einem Gehäuse und einer darin drehbar gelagerten Turbine. Der Innenumfang des Gehäuses ist als Stator ausgebildet, mit dem entlang des Außenumfangs der Turbine angeordnete Mahlwerkzeuge zusammenwirken. Aufgrund der hohen Umfangsgeschwindigkeit der Mahlwerkzeuge wird ein Wirbelfeld erzeugt, in dem die Gutpartikel großen Aufprall- und Scherkräften ausgesetzt sind, die eine Feinstzerkleinerung des Aufgabeguts bewirken.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, bekannte Vorrichtungen im Hinblick auf einen wirtschaftlichen Zerkleinerungsbetrieb und eine konstant hohe Qualität des Endprodukts weiter zu entwickeln.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, den Verlauf der wirksamen Kanten der Mahlwerkzeuge eines Rotors so zu modifizieren, dass sich zusätzliche, die Zerkleinerungswirkung verbessernde Effekte ergeben. Die Erfindung geht dabei davon aus, dass eine in einem gasförmigen Medium bewegte Kante Wirbel erzeugt, deren Wirbelachse parallel zur Kante ausgerichtet ist. Im Einflussbereich der Wirbel sind die einzelnen Gutpartikel enormen Beschleunigungskräften und Richtungswechseln sowie Aufprall- und Reibkräften ausgesetzt, die die Zerkleinerungsarbeit leisten.
Die Erfindung zielt nun auf eine Veränderung des Wirbelfelds im Umfangsbereich des Rotors ab, wozu die axial verlaufenden wirksamen Kanten der Mahlwerkzeuge in einem oder mehreren Teilabschnitten in Richtung der Rotorachse zurückversetzt sind. Es entstehen also in ersten Teilabschnitten L₁ axial verlaufende wirksame Kanten mit einem ersten Radialabstand R₁ zur Rotationsachse und in zwischen den ersten Teilabschnitten L₁ angeordneten zweiten Teilabschnitten L₂ axial verlaufende wirksamen Kanten mit einem sich davon unterscheidenden zweiten Radialabstand R₂ zur Rotationsachse, wobei der erste Radialabstand R₁ größer ist als der zweite Radialabstand R₂. Im Sinne der Erfindung gehören dabei zu den zweiten Teilabschnitten L₂ alle Teilabschnitte mit einem im Vergleich zu den ersten Teilabschnitten L₁ geringeren Radialabstand, was beinhaltet, dass die zweiten Teilabschnitte L₂ untereinander auch unterschiedliche Radialabstände R₂ aufweisen können, solange diese kleiner sind als der Radialabstand R₁ der ersten Teilabschnitte L₁ zur Rotationsachse.
Durch diese konstruktive Maßnahme entstehen radial verlaufende wirksame Kanten, die nicht nur die Länge einer wirksamen Kante eines Mahlwerkzeugs verlängern, sondern auch zusätzliche Wirbel mit einer radial ausgerichteten Wirbelachse erzeugen. Unter radial verlaufender wirksamer Kante wird dabei nicht nur ein rechter Winkel zwischen axial und radial verlaufenden Kanten verstanden, sondern allgemein auch eine Anordnung der radialen Kanten quer zu den axial verlaufenden Kanten. Jedes Mahlwerkzeug erschafft also, bedingt durch den erfindungsgemäßen Verlauf der wirksamen Kante, zweierlei Arten von Wirbel, deren Wirbelachsen quer, vorzugsweise senkrecht, zueinander stehen und deren Intensität durch gegenseitige Beeinflussung zeitlich und räumlich variiert.
Im Betrieb einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bedingt die Überlagerung der unterschiedlich orientierten Wirbel äußerst komplexe turbulente Strömungsverhältnisse in den Zwischenräumen zweier benachbarter Mahlwerkzeuge. Dadurch wird die Effizienz des Zerkleinerungsprozesses erheblich gesteigert, was sich zunächst in einer unerwartet hohen Leistungssteigerung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bemerkbar macht. Die verhältnismäßig kurze Verweildauer des Aufgabeguts im Mahlbereich minimiert dabei den Wärmeeintrag in das Aufgabegut, so dass sich eine solche Vorrichtung auch zur Zerkleinerung wärmeempfindlichen Aufgabeguts eignet.
Die äußerst effektive Gutbearbeitung eröffnet jedoch auch die Möglichkeit, das Aufgabegut in einer gröberen Körnung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zuzuführen, ohne dass sich dadurch die erreichbare Feinheit des zerkleinerten Guts verschlechtert. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich somit gegenüber bekannten Vorrichtungen zusätzlich durch einen höheren Zerkleinerungsgrad aus.
Dadurch, dass ein Mahlwerkzeug sich im Regelfall über die gesamte axiale Länge der Mahlzone erstreckt, lassen sich durch den Wechsel einer relativ geringen Anzahl von Mahlwerkzeugen sämtliche wirksamen Kanten tauschen. Die Werkzeugwechselzeiten beim verschleißbedingten Erneuern der Mahlwerkzeuge oder beim Umstellen der Vorrichtung auf ein anderes Aufgabegut lassen sich auf diese Weise auf ein Minimum reduzieren, was zu einem äußerst wirtschaftlichen Gesamtbetrieb einer erfindungsgemäßen Vorrichtung führt.
Die zu einer vorteilhaften Anpassung und Optimierung vorgesehenen Maßnahmen umfassen unter anderem die Wahl einer geeigneten Anzahl und/oder relativen Länge der ersten und zweiten Teilabschnitte L₁, L₂ der axial verlaufenden wirksamen Kanten bezogen auf die Gesamtlänge L der Mahlwerkzeuge bzw. die Wahl eines geeigneten Längenverhältnisses zwischen ersten Teilabschnitten L₁ und zweiten Teilabschnitten L₂. Vorzugsweise beträgt die Summe der Längen aller ersten Teilabschnitte L₁ 50 % bis 90 % der gesamten axialen Länge L eines Mahlwerkzeugs, höchstvorzugsweise 60 % bis 80 % und/oder die Summe aller Längen der ersten Teilabschnitte L₁ und/oder die Summe aller Längen der zweiten Teilabschnitte L₂ stehen in einem Verhältnis von 5:1 bis 1:1. Das bedeutet, dass mindestens die halbe Länge einer wirksamen Kante eines erfindungsgemäßen Mahlwerkzeugs aufgrund des geringeren radialen Abstands zu den Statorwerkzeugen für ein intensives Zusammenwirken mit den Statorwerkzeugen zur Verfügung steht, wo ein Großteil der Zerkleinerungsarbeit geleistet wird.
Die axiale Länge eines einzelnen zweiten Teilabschnitts L₂ einer wirksamen Kante eines Mahlwerkzeugs einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann 10 % bis 50 % der gesamten axialen Länge L des Mahlwerkzeugs betragen, vorzugsweise 20 % bis 40 %. Diese Maßnahme begrenzt die axiale Länge des zweiten Teilabschnitt L₂ bezüglich der Gesamtlänge des Mahlwerkzeugs und ermöglicht so eine gezielte Steuerung des Gutstroms innerhalb des Rotors.
Von Vorteil ist es für eine erfindungsgemäße Vorrichtung, wenn ein Mahlwerkzeug über seine Länge höchsten acht zweite Teilabschnitte L₂ besitzt, vorzugsweise zwei bis vier zweite Teilabschnitte L₂. Durch die Anzahl zweiter Teilabschnitte L₂ kann Einfluss auf die Intensität und damit Effizienz der Gutzerkleinerung genommen werden, wobei im Umfangsbereich des Rotors ein Wirbelfeld mit weitgehend einheitlicher Zerkleinerungswirkung erzeugt wird.
Durch eine geeignete Länge der radial wirksamen Kanten kann die Anzahl und damit Wirkung der Wirbel mit radial ausgerichteter Wirbelachse eingestellt werden. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung besitzt zu diesem Zweck die radial wirksame Kante eine maximale Länge, die der axialen Länge des angrenzenden zweiten Teilabschnitts L₂ entspricht, und die vorzugsweise 30 % bis 60 % der axialen Länge des angrenzenden zweiten Teilabschnitts L₂ beträgt. Gleichzeitig wird dadurch aber auch Einfluss auf den Verlauf des Gutstroms im Rotor genommen werden, da das Aufgabegut in den Bereichen der zweiten Teilabschnitte L₂ infolge des größeren radialen Abstands von den Statorwerkzeugen konzentriert von einer Kammer zu einer benachbarten Kammer zwischen den Mahlwerkzeugen strömt. In Abhängigkeit von der Art des Aufgabeguts und der Art der Materialbearbeitung beträgt die Länge der radial wirksamen Kanten eines bevorzugten Mahlwerkzeugs beispielsweise mindestens 5 mm, mindestens 8 mm, mindestens 10 mm, mindestens 15 mm oder mindestens 20 mm.
Die zurückversetzten zweiten Teilabschnitte L₂ der axial wirksamen Kanten führen also zu einem Materialfluss innerhalb einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei dem größere Partikel im Bereich dieser zweiten Teilabschnitte L₂ von einer zwischen zwei benachbarten Mahlwerkzeugen im Rotor gebildeten Kammer in eine nachfolgende Kammer strömen, um dort weiter zerkleinert zu werden. Hingegen werden bereits ausreichend gefeinte Gutpartikel vom Luftstrom in der vorauseilenden Wirbelkammer mitgerissen und aus der Vorrichtung abgezogen. Diese Bearbeitungsart hat neben einer äußerst effizienten Gutzerkleinerung den zusätzlichen Vorteil, dass das zerkleinerte Gut im Hinblick auf Form und Größe der einzelnen Gutpartikel innerhalb enger Grenzen sehr einheitlich ist, so dass auch hohe Anforderungen an die Qualität des Endprodukts erfüllt werden.
Dabei können die wirksamen Kanten des zweiten Teilabschnitts L₂ bzw. der zweiten Teilabschnitte L₂ zweier im Rotor benachbarter Mahlwerkzeuge den gleichen radialen Abstand R₂ zur Rotationsachse aufweisen oder aber auch einen unterschiedlichen radialen Abstand. Ist beispielsweise der radiale Abstand R₂ des in Rotationsrichtung vorauseilenden Teilabschnitts L₂ kleiner als der des nachfolgenden Teilabschnitts L₂, so wird ein größerer Anteil des Aufgabeguts auf das nachfolgende Mahlwerkzeug treffen und dort zerkleinert werden. Auf diese Weise kann der Gutstrom und die Intensität der Zerkleinerung gesteuert werden.
Entsprechendes gilt bei unterschiedlichen axialen Längen der zweiten Teilabschnitte L₂ zweier im Rotor benachbarter Mahlwerkzeuge. Auch hier wird bei einer größeren Länge des zweiten Teilabschnitts L₂ eines vorauseilenden Mahlwerkzeugs im Vergleich zur kleineren Länge des zweiten Teilabschnitts L₂ des nachfolgenden Mahlwerkzeugs ein größerer Anteil des Aufgabeguts auf das nachfolgende Mahlwerkzeug treffen und dort zerkleinert werden.
Dieser Effekt wird gemäß der Erfindung_dadurch gesteuert, dass die zweiten Teilabschnitte L₂ eines Mahlwerkzeugs gegenüber den zweiten Teilabschnitten L₂ eines im Rotor benachbarten Mahlwerkzeugs einen axialen Versatz V aufweisen. Dadurch wird der Gutstrom durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung so gesteuert, dass das Aufgabegut bei seinem Weg von der Einlaufseite zur Auslaufseite des Rotors mehrere im Rotor zwischen den Mahlwerkzeugen gebildete Kammern sukzessive durchströmt. Die Kammern bildet auf diese Weise jeweils eine Bearbeitungsstufe, die vom Aufgabegut aufeinanderfolgend durchlaufen werden.
Soll zum Beispiel das Aufgabegut zur intensiven Zerkleinerung länger im Bereich der Mahlwerkzeuge gehalten werden, so kann der axiale Versatz V kleiner gewählt werden. In diesem Fall ist es möglich, dass ein Mahlwerkzeug über seine axiale Länge mehrere zweite Teilabschnitte L₂ aufweist und das Aufgabegut eine größere Anzahl Kammern durchläuft. In diesem Sinne kann der Versatz V zweier in Rotationsrichtung benachbarter zweiter Teilabschnitte L₂ bezogen auf deren Mitten beispielsweise mindestens der Summe aus der halben axialen Länge des zweiten Teilabschnitts L₂ des vorauseilenden Mahlwerkzeugs und der halben axialen Länge des zweiten Teilabschnitts L₂ des nachfolgenden Mahlwerkzeugs betragen, höchstvorzugsweise mindestens der Summe aus der axialen Länge des zweiten Teilabschnitts L₂ des vorauseilenden Mahlwerkzeugs und der axialen Länge des zweiten Teilabschnitts L₂ des nachfolgenden Mahlwerkzeugs.
Bei einem größeren axialen Versatz, der beispielsweise mindestens der 3-fachen, mindestens der 4-fachen oder mindestens der 5-fachen Länge eines zweiten Teilabschnitts L₂ entspricht, ergeben sich verhältnismäßige kurze Aufenthaltsdauern des Aufgabeguts im Bereich der Mahlwerkzeuge mit dem Vorteil einer hohen Maschinenleistung und eines geringen Wärmeeintrags in das Aufgabegut.
Bei einem einheitlichen axialen Versatz aller zweiten Teilabschnitte L₂ liegen die zweiten Teilabschnitte L₂ auf einer Anzahl parallel verlaufender Schraubenlinien um die Rotorachse, wobei die Steigung der Schraubenlinien das Maß des axialen Versatzes bestimmt. Um die vorbeschriebenen Vorteile bei der Gutbearbeitung zu erzielen, verlaufen die Schraubenlinien vorzugsweise in einem Winkel ε zwischen 10 Grad und 50 Grad zu den Mantellinien des Rotors, höchstvorzugsweise in einem Winkel ε zwischen 20 Grad und 35 Grad.
Um wahlweise einen auf die Bewegung des Gutstroms fördernden oder rückhaltenden Effekt auszuüben, sieht eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung vor, dass die wirksamen Kanten der Mahlwerkzeuge in einem Winkel β zu den Mantellinien des Rotors verlaufen. Ist die auslaufseitige wirksame Kante des Mahlwerkzeugs in Rotationsrichtung geneigt (-β), so stellt sich ein rückhaltender Effekt mit längeren Aufenthaltsdauern des Aufgabeguts im Bereich der Mahlwerkzeuge ein, während bei einer entgegengesetzten Neigung (+β) der Gutstrom beschleunigt und damit die Aufenthaltsdauer verkürzt wird. Zu diesem Zweck bevoorzugte Winkel β betragen -5 Grad bis +5 Grad gegenüber einer Mantellinie des Rotors, vorzugsweise -3 Grad bis +3 Grad.
In einer darüber hinaus bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die wirksame Kante am einlaufseitigen und/oder auslaufseitigen Ende eines Mahlwerkzeugs von einem dritten Teilabschnitt L₃ gebildet ist mit einem dritten radialen Abstand R₃ von der Rotationsachse, wobei der erste radiale Abstand R₁ des ersten Teilabschnitts L₁ größer ist als der dritte radiale Abstand R₃. Durch diese Maßnahme kann erreicht werden, dass die Gutpartikel im Einlaufbereich und/oder Auslaufbereich eine geringere Axialgeschwindigkeit besitzen und sich dort aufgrund der größeren Verweildauer gleichmäßig über den Umfang des Rotors verteilen.
In vorteilhafter Weiterbildung dieser Ausführungsform ist der dritte radiale Abstand R₃ zweier im Rotor benachbarter Mahlwerkzeuge unterschiedlich groß. Besitzt dabei ein in Rotationsrichtung vorauseilendes Mahlwerkzeug einen dritten Teilabschnitt L₃ mit kleinerem radialem Abstand R₃ gegenüber dem radialen Abstand R₃ eines dritten Teilabschnitts L₃ eines nachfolgenden Mahlwerkzeugs, so wird ein größerer Anteil des Aufgabeguts auf das nachfolgende Mahlwerkzeug treffen und dort zerkleinert werden. Auf diese Weise kann der Gutstrom und die Intensität der Zerkleinerung gesteuert werden.
Ohne die Erfindung darauf zu beschränken wird die Erfindung nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung offenbar werden. Zur Erleichterung des Verständnisses der Erfindung werden dabei soweit möglich für gleiche oder funktionsgleiche Merkmale unterschiedlicher Ausführungsformen gleichlautende Bezugszeichen verwendet.
Es zeigt

Fig. 1: einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung entlang der in Fig. 2 gezeigten Linie I - I,
Fig. 2: einen Teilschnitt durch die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung entlang der dortigen Linie II - II,
Fig. 3: in skizzenhafter Darstellung die von Statorwerkzeugen und Mahlwerkzeugen gebildeten Mahlzone der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung mit Mahlwerkzeugen einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die
Fig. 4a - 4d: Ansichten auf im Rotor benachbart zueinander angeordnete Mahlwerkzeuge einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die
Fig. 5a - 5d: Ansichten auf im Rotor benachbart zueinander angeordnete Mahlwerkzeuge einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 6: eine Abwicklung des in Fig. 4d gezeigten Rotorteilbereichs mit Darstellung der Gutströmung, und
Fig. 7: eine Ansicht zweier Mahlwerkzeuge mit geneigter Anordnung gegenüber einer Mantellinie des Rotors.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in Form einer Wirbelstrommühle, die ohne Beschränkung darauf zur Fein- und Feinstmahlung von Kunststoffen wie Duroplaste, Thermoplaste und Elastomere oder zur Mahlung kristalliner Stoffe oder Agglomerate dient. Die Vorrichtung 1 umfasst einen plattformartigen Maschinenunterbau 2, der nach oben hin mit einer horizontalen Montageplatte 3 abschließt, auf der ein Drehantrieb 4 und ein Tragrahmen 5 nebeneinander montiert sind. Mit dem Tragrahmen 5 ist ein zylindrisches Gehäuse 6 fest verbunden, dessen senkrecht zu Montageplatte 3 ausgerichtete Gehäuseachse das Bezugszeichen 7 trägt. Das Gehäuse 6 ist in axialer Richtung untergliedert in einen eintragsseitigen Gehäuseabschnitt 8, einen mittleren zylindrischen Gehäuseabschnitt 9 und einen austragsseitigen Gehäuseabschnitt 10.
Innerhalb des Gehäuses ist ein Rotor 11 mit einer zur Achse 7 koaxialen Antriebswelle 12 angeordnet. Die Antriebswelle 12 ist mit ihrem unteren Endabschnitt in einem unteren Lager 13 und mit ihrem gegenüberliegenden Endabschnitt in einem oberen Lager 14 drehbar gelagert. Das sich durch die Montageplatte 3 erstreckende Ende der Antriebswelle 12 trägt eine Mehrrillenscheibe 15, die über Antriebsriemen 16 mit der Mehrrillenscheibe 17 des Drehantriebs 4 gekoppelt ist.
Ebenfalls innerhalb des Gehäuses 6 sitzt achssenkrecht auf der Antriebswelle 12 eine obere Tragscheibe 18 und in axialem Abstand dazu eine planparallele untere Tragscheibe 19, die mit der Antriebswelle 12 rotieren. An ihrem Umfang weisen die Tragscheiben 18 und 19 Positionsschlitze zur Aufnahme achsparallel verlaufender plattenförmiger Mahlwerkzeuge 20 auf, die sich auf diese Weise kranzartig über den Umfang des Rotors 11 verteilen und im Betrieb einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beispielsweise mit einer Umfangsgeschwindigkeit von etwa zwischen 100 m/sec und 180 m/sec je nach Produkt bewegen können. Der Winkelabstand der Mahlwerkzeuge 20 über den Umfang des Rotors 11 ist einheitlich und beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel drei Grad, kann aber auch vier Grad, fünf Grad, sechs Grad oder mehr betragen.
Der einlaufseitige Gehäuseabschnitt 8 bildet nach unten den stirnseitigen Gehäuseabschluss und besitzt im Bereich der Achse 7 eine konzentrische Eintrittsöffnung 21 für das Aufgabegut, die die Antriebswelle 12 in lichtem radialem Abstand umgibt. Über die axiale Dicke des eintragsseitigen Gehäuseabschnitts 8 entwickelt sich die Eintrittsöffnung 21 zu einer flachkegeligen Aufweitung, die auf diese Weise mit der unteren senkrechten Tragscheibe 19 einen Verteilerraum 22 bildet, der sich radial nach außen hin verjüngt und so für eine Beschleunigung des Aufgabeguts in diesem Bereich sorgt. Der auslaufseitige Gehäuseabschnitt 10 bildet den oberen stirnseitigen Gehäuseabschluss und beherbergt dort einen zur Achse 7 konzentrisch verlaufenden Ringkanal 23, der in einen tangential aus dem Gehäuseabschnitt 10 austretenden Gutauslauf 24 übergeht.
Der mittlere zylindrische Gehäuseabschnitt 9 beherbergt einen Stator, wozu an dem Gehäuseinnenumfang Statorwerkzeuge 35 angeordnet sind, die in ihrer Gesamtheit eine Prallbahn bilden und die mit den axial verlaufenden wirksamen Kanten der plattenförmigen Mahlwerkzeuge 20 des Rotors 11 einen Mahlspalt 36 einschließen (Fig. 3).
Die Beschickung der Vorrichtung 1 mit Aufgabegut 37 erfolgt einlaufseitig über einen Zulaufkanal 38, durch welchen das Aufgabegut 37 als Gas-Feststoff-Gemisch über die Eintrittsöffnung 21 in das Gehäuseinnere gelangt und dort im Verteilerraum 22 nach Umlenkung in radialer Richtung zum Mahlspalt 36 hin beschleunigt wird. Im Mahlspalt 36 strömt das Aufgabegut 37 schraubenlinienförmig um die Achse 7 nach oben, während es zerkleinert wird. Das ausreichend gefeinte Gut gelangt schließlich in den Ringkanal 23, von wo es über den Gutauslauf 24 aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung abgezogen wird.
Zur Einflussnahme auf die Zerkleinerungswirkung der Mahlwerkzeuge 20 weist die wirksame Kante der Mahlwerkzeuge 20 einen besonderen Verlauf auf. Wie vor allem aus Fig. 3 ersichtlich besitzt jedes Mahlwerkzeug 20 eine achsparallel zur Achse 7 verlaufende wirksame Kante 25, die den Statorwerkzeugen 35 unter Einhaltung eines radialen Mahlspalts 36 gegenüberliegt. In Richtung der Achse 7 ist die axial verlaufende wirksame Kante 25 untergliedert in drei erste Teilabschnitte L₁ mit jeweils einem ersten radialen Abstand R₁ von der Achse 7 und zwei zweite Teilabschnitte L₂ mit jeweils einem zweiten radialen Abstand R₂ von der Achse 7. Dadurch dass der zweite radiale Abstand R₂ gegenüber dem ersten radialen Abstand R₁ geringer ist, ergibt sich ein radialer Versatz der wirksamen Kante 25" im Bereich der zweiten Teilabschnitte L₂ gegenüber der wirksamen Kante 25' im Bereich der ersten Teilabschnitte L₁ in Richtung zur Achse 7. Dabei sind die ersten Teilabschnitte L₁ und zweiten Teilabschnitte L₂ jeweils über radial wirksame Kanten 26 miteinander verbunden.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die geometrischen Verhältnisse so gewählt, dass die Summe der Längen aller axial verlaufenden Teilabschnitte L₁ etwa 75 % der gesamten axialen Länge L eines Mahlwerkzeugs 20 ausmacht. Das Verhältnis der aufsummierten Längen der ersten Teilabschnitte L₁ zu den aufsummierten Längen der zweiten Teilabschnitte L₂ beträgt etwa 3:1. Die axiale Länge eines einzelnen zweiten Teilabschnitts L₂ entspricht etwa 15 % der gesamten axialen Länge L eines Mahlwerkzeugs 20. Die radiale Länge der in radialer Richtung wirksamen Kante 26 ist dabei maximal halb so groß wie die axiale Länge des anschließenden zweiten Teilabschnitts L₂.
Die Fig. 4a bis c zeigen unterschiedliche Typen von im Rotor 11 benachbarter Mahlwerkzeugen 20.1, 20.2, 20.3, wie sie grundsätzlich unter Fig. 3 beschrieben sind. Die Anordnung dieser unterschiedlichen Mahlwerkzeuge 20.1, 20.2, 20.3 in einem Rotor 11 mit vorgegebener wiederkehrender Abfolge ist schließlich in Fig. 4d gezeigt. Bezogen auf die Rotationsrichtung R des Rotors 11 ist das Mahlwerkzeug 20.1 das vorauseilende Mahlwerkzeug und das Mahlwerkzeug 20.2 das nachfolgende Mahlwerkzeug.
Den Mahlwerkzeugen 20.1, 20.2 und 20.3 gemäß der Fig. 4a bis 4d ist gemein, dass deren axial wirksame Kante 25 im einlaufseitigen Bereich mit einem dritten Teilabschnitt L₃ beginnt. Zudem endet das Mahlwerkzeug 20.2 als einziges mit einem dritten Teilabschnitt L₃. Die axiale Länge des einlaufseitigen dritten Teilabschnitts L₃ ist bei allen Mahlwerkzeugen 20.1, 20.2 und 20.3 gleich groß. Hingegen ist die an diesen Teilabschnitt L₃ anschließende radial wirksame Kante 26.1, 26.2 und 26.3 der unterschiedlichen Werkzeugtypen unterschiedlich lang. So weist die radial wirksame Kante 26.1 des Mahlwerkzeugs 20.1 die größte Länge und die radial wirksame Kante 26.3 des Mahlwerkzeugs 20.3 die geringste Länge, während die radial wirksame Kante 26.2 eine dazwischen liegende Länge besitzt. In der Folge führt dies dazu, dass der radiale Abstand R₃ zwischen der axial verlaufenden wirksamen Kante 25'" im dritten Teilabschnitt L₃ zur Rotationsachse 7 vom Mahlwerkzeug 20.1 bzw. 20.2 zum Mahlwerkzeug 20.2 bzw. 20.3 jeweils zunimmt.
Zusätzlich weisen die Mahlwerkzeugen 20.1, 20.2 und 20.3 im axialen Abstand zu dem einlaufseitigen dritten Teilabschnitt L₃ einen (Fig. 4a) oder zwei (Fig. 4b und 4c) zweite Teilabschnitte L₂ auf, wobei ein zweiter Teilabschnitt L₂ des Mahlwerkzeugs 20.1 bzw. Mahlwerkzeugs 20.2 einen axialen Versatz V gegenüber einem zweiten Teilabschnitt L₂ des benachbarten Mahlwerkzeugs 20.2 bzw. Mahlwerkzeugs 20.3 aufweist. Die an die zweiten Teilabschnitte L₂ anschließenden radialen wirksamen Kanten 26 aller Mahlwerkzeuge 20.1, 20.2 und 20.3 besitzen alle eine einheitliche Länge.
Die weitere Ausführungsform gemäß der Fig. 5a bis 5d unterscheidet sich von der unter den Fig. 4a bis 4d beschrieben lediglich durch die höhere Anzahl an zweiten Teilabschnitten L₂. Dadurch erhöht sich auch die Anzahl und Dichte der radial wirksamen Kanten 26, so dass ein derartiges Mahlwerkzeug 20.1, 20.2, 20.3 in der Lage ist, das Aufgabegut intensiver zu zerkleinern. Zur Vermeidung von Wiederholungen gilt das unter den Fig. 4a bis 4d Gesagte sinnentsprechend.
Fig. 6 stellt eine Abwicklung des in Fig. 4d gezeigten Umfangsabschnitt des Rotors 11 dar. Man sieht wiederum eine in Umfangsrichtung wiederkehrende Abfolge der Mahlwerkzeuge 20.1, 20.2 und 20.3. Zwei benachbarte Mahlwerkzeuge 20.1, 20.2, 20.3 bilden dabei jeweils eine axial durchströmbare Kammer, in der das Aufgabegut von der Einlaufseite zur Auslaufseite gelangt. Die wirksame Kante aller Mahlwerkzeuge ist von der Einlaufseite zur Auslaufseite untergliedert in einen einlaufseitigen dritten Teilabschnitt L₃, einen ersten Teilabschnitt L₁, einen zweiten Teilabschnitt L₂ und einen ersten Teilabschnitt L₁. Die Mahlwerkzeuge 20.2 enden zudem auslaufseitig mit einem weiteren dritten Teilabschnitt L₃, dessen wirksame Kante 25'" mit der wirksamen Kante 25" fluchtet, und die Mahlwerkzeuge 20.3 mit einer weiteren Abfolge eines zweiten Teilabschnitts L₂ und daran anschließenden ersten Teilabschnitts L₁.
Die zweiten Teilabschnitte L₂ zweier benachbarter Mahlelemente 20.1, 20.2, 20.3 weisen einen einheitlichen axialen Versatz V in Richtung zur Auslaufseite auf, wodurch sich deren Anordnung auf schraubenförmig den Rotorumfang umlaufenden Linien 39 ergibt. Die Linien 39 schließen dabei mit einer Mantellinie 40 des Rotorumfangs einen Winkel ε ein, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel etwa 45 Grad beträgt.
Die Strömung des Aufgabeguts im Bereich des Rotors 11 ist in Fig. 6 durch die Pfeile 41 versinnbildlicht. Man erkennt, dass das Aufgabegut vor allem in den zweiten Längsabschnitten L₂ von einer Kammer zur nachfolgenden Kammer gelangt und so den Rotor 11 bis zum Austritt auf der Auslaufseite stufenartig durchwandert.
Gegenstand von Fig. 7 ist schließlich eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Mahlwerkzeuge 20 zur Steuerung der Aufenthaltzeit des Aufgabeguts im Bereich der Mahlwerkzeuge 20 mit ihrer wirksamen Kante im Winkel β zu einer Mantellinie 40 des Rotorumfangs angeordnet sind. Ist das auslaufseitige Ende des Mahlwerkzeugs 20 in Rotationsrichtung R geneigt (-β), so erhalten die Gutpartikel beim Aufprall auf das Mahlwerkzeug 20 einen Impuls entgegen der allgemeinen Gutströmung 41, was einen rückhaltenden Effekt auf die Gutströmung 41 bewirkt. Bei entgegengesetzter Neigung (+β) hingegen werden die Gutpartikel beim Aufprall auf die Mahlwerkzeuge 20 in Richtung der Gutströmung 41 beschleunigt.

Claims

Vorrichtung zum Zerkleinern von Aufgabegut mit einem sich entlang einer Rotationsachse (7) erstreckenden Gehäuse (6), in dem ein um die Rotationsachse (7) drehend angetriebener Rotor (11) angeordnet ist, der über seinen Umfang eine Vielzahl achsparalleler Mahlwerkzeuge (20; 20.1, 20.2, 20.3) aufweist, die von einem Stator mit Statorwerkzeugen (35) umgeben sind, wobei die wirksamen Kanten der Mahlwerkzeuge (20; 20.1, 20.2, 20.3) unter Bildung eines Mahlspalts (36) in radialem Abstand zu den Statorwerkzeugen (35) angeordnet sind und sich dabei über die axiale Länge des Mahlspalts (36) erstrecken, und wobei das Aufgabegut (37) auf der Einlaufseite dem Mahlspalt (36) zugeführt wird und auf der Auslaufseite aus dem Mahlspalt (36) austritt, wobei die axial verlaufenden wirksamen Kanten (25) der Mahlwerkzeuge (20; 20.1, 20.2, 20.3) in axialer Richtung jeweils untergliedert sind in mindestens zwei erste Teilabschnitte L₁ mit jeweils einem ersten radialen Abstand R₁ von der Rotationsachse (7), und in mindestens einen zweiten Teilabschnitt L₂ mit einem zweiten radialen Abstand R₂ von der Rotationsachse (7), wobei der zweite Teilabschnitt L₂ zwischen den mindestens zwei ersten Teilabschnitten L₁ angeordnet ist, und wobei der erste radiale Abstand R₁ größer ist als der zweite radiale Abstand R₂, und wobei die axial verlaufenden wirksamen Kanten (25') der mindestens zwei ersten Teilabschnitts L₁ und die axial verlaufende wirksame Kante (25") des mindestens einen zweiten Teilabschnitts L₂ über quer oder im Wesentlichen radial verlaufende wirksame Kanten (26) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Teilabschnitte L₂ eines Mahlwerkzeugs (20.1, 20.2, 20.3) gegenüber den zweiten Teilabschnitten L₂ eines im Rotor (11) benachbarten Mahlwerkzeugs (20.1, 20.2, 20.3) einen axialen Versatz V aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Längen aller ersten Teilabschnitte L₁ 50 % bis 90 % der gesamten axialen Länge L eines Mahlwerkzeugs (20; 20.1, 20.2, 20.3) beträgt, vorzugsweise 60 % bis 80 %.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe aller Längen der ersten Teilabschnitte L₁ und die Summe aller Längen der zweiten Teilabschnitte L₂ in einem Verhältnis von 5:1 bis 1:1 zu stehen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge eines einzelnen zweiten Teilabschnitts L₂ 10 % bis 50 % der gesamten axialen Länge L eines Mahlwerkzeugs (20; 20.1, 20.2, 20.3) beträgt, vorzugsweise 20 % bis 40 %.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Länge der in radialer Richtung wirksamen Kante (26) maximal so groß ist wie die axiale Länge des angrenzenden zweiten Teilabschnitts L₂, vorzugsweise 30 % bis 60 % der axialen Länge des angrenzenden zweiten Teilabschnitts L₂ beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Länge der in radialer Richtung wirksamen Kante (26) mindestens 5 mm beträgt, vorzugsweise mindestens 8 mm, mindestens 10 mm, mindestens 15 mm oder mindestens 20 mm.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge L₂ eines zweiten Teilabschnitts L₂ zweier im Rotor (11) benachbarter Mahlwerkzeuge (20.1, 20.2, 20.3) abnimmt oder zunimmt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite radiale Abstand R₂ zweier im Rotor (11) benachbarter Mahlwerkzeuge (20.1, 20.2, 20.3) abnimmt oder zunimmt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mahlwerkzeug (20; 20.1, 20.2, 20.3) über seine Länge höchstens acht zweite Teilabschnitte L₂ aufweist, vorzugsweise zwei bis vier zweite Teilabschnitte L₂.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die wirksame Kante (25) am einlaufseitigen Ende und/oder auslaufseitigen Ende eines Mahlwerkzeugs (20) einen dritten Teilabschnitt L₃ aufweist mit einem dritten radialen Abstand R₃ von der Rotationsachse (7), wobei der erste radiale Abstand R₁ größer ist als der dritte radiale Abstand R₃.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte radiale Abstand R₃ zweier im Rotor (11) in Rotationsrichtung benachbarter Mahlwerkzeuge (20.1, 20.2, 20.3) abnimmt oder zunimmt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Versatz V mindestens der Summe aus 50 % der axialen Länge des zweiten Teilabschnitts L₂ des in Rotationsrichtung vorauseilenden Mahlwerkzeugs (20; 20.1, 20.2, 20.3) und 50 % der axialen Länge des zweiten Teilabschnitts L₂ des nachfolgenden Mahlwerkzeugs (20; 20.1, 20.2, 20.3) entspricht, vorzugsweise mindestens der Summe aus der axialen Länge des zweiten Teilabschnitts L₂ des vorauseilenden Mahlwerkzeugs (20; 20.1, 20.2, 20.3) und der axialen Länge des zweiten Teilabschnitts L₂ des nachfolgenden Mahlwerkzeugs (20; 20.1, 20.2, 20.3).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Versatz V der Teilabschnitte L₂ zweier im Rotor benachbarter Mahlwerkzeuge (20; 20.1, 20.2, 20.3) eine schraubenlinienförmige Bahn definiert ist, die mit einer Mantellinie des Rotors einen Winkel ε einschließt, wobei der Winkel ε vorzugsweise zwischen 10 Grad und 50 Grad liegt, höchst vorzugsweise zwischen 20 Grad und 35 Grad.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die wirksamen Kanten der Mahlwerkzeuge mit einer Mantellinie des Rotors einen Winkel β einschließen, wobei der Winkel β vorzugsweise zwischen +5 Grad und -5 Grad liegt, höchstvorzugsweise zwischen +3 Grad und -3 Grad.