WO2016066159A1 - Vorrichtung und verfahren zur zerkleinerung von faserverbundwerkstoffen - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for the comminution and recycling of fiber composites.
  • EP 0 797 496 B1 discloses a chemical separation of fiber composite materials in which, by the action of ozone, the fibers are released from the surrounding matrix.
  • the hitherto known mechanical separation processes for the separation of matrix material and fibers are usually based on breaking up the fiber-plastic structures by means of shredders, rollers or pulverizer.
  • EP 0 443 051 A1 describes the mechanical breaking up of a glass-fiber-polyester composite structure by means of a hammer mechanism, which is preferably a hammer mill.
  • a comminution of fiber composites by hammer mill is proposed.
  • a subsequent separation of fibers and matrix particles by means of sieve and air flow.
  • the fiber composite material to be comminuted is first shredded and then ground by means of a sieve mill and the fibers and matrix particles contained are separated by means of an air flow.
  • a sieve mill the material is usually finely ground and forced through a sieve. A breakage of the fibers can not be excluded here.
  • Roll crushing is described, for example, in DE 10 2004 017 441 A1 or also in EP 1 454 673 B1.
  • the fibers are broken off so that they are no longer undamaged for reuse.
  • frequently used glass fibers are largely broken or bent. Due to the relatively high market price for the fibers commonly used in fiber composites re-use of the fibers brings significant financial benefits.
  • the object is therefore to provide a device and a method available that solves the fibers from the fiber composites as gently as possible, so that both the fibers, and the bedding matrix can be used again.
  • a device for comminuting fiber composites according to the invention in a container means for mechanical abrasion of a matrix of the fiber composite material of the fibers of the fiber composite material are present, the mechanical abrasion of the matrix of the Fibers by a relative rotational movement takes place.
  • two interlocking rotationally symmetric elements are contained in the device according to the invention, of which at least one is conical and at least one of which is rotatably mounted about a longitudinal axis, wherein at one end of the rotationally symmetrical elements
  • a tapering of the distance between the two rotationally symmetrical elements from the feed opening to the discharge opening is preferably achieved by different cone angles of the outer and inner rotationally symmetrical elements.
  • rotationally symmetric elements a Mahlspalt, in which the fiber composites (which may be pre-shredded) are introduced through the feed opening.
  • the discharge opening and supply opening are arranged directly in the intermediate space between the two rotationally symmetrical elements and / or as peripheral openings in the outer and / or in the inner rotationally symmetrical element.
  • means for mechanical abrasion of a matrix of the fiber composite material of the fibers are present in the device.
  • these means are designed as elevations on at least one of the two rotationally symmetrical elements on the surface facing the respective other rotationally symmetrical element.
  • the elevations are strips or bars which are preferably in
  • the introduced via the feed opening material (which may be pre-shredded) is thus further comminuted by "rubbing along" the elevations of the device or the plastic (the matrix) gradually wears away and thereby removed from the fibers and the crushed or partially crushed material in Direction spent to the discharge and further crushed by the reducing grinding gap or the matrix / plastic, are embedded in the de fibers, abraded by the fibers more and more.
  • the two rotationally symmetrical elements are displaceable in the longitudinal direction relative to one another. In this way, the two rotationally symmetrical elements are displaceable in the longitudinal direction relative to one another.
  • At least one of the two rotationally symmetrical elements is perforated in an area above the discharge opening.
  • the perforation is chosen in a size that allows the separated matrix particles, but not the separated fibers a passage.
  • the matrix particles are preferably removed by means of an external suction device through the perforation from the region between the two rotationally symmetrical elements. Alternatively, a simple screening of the matrix particles takes place.
  • fibers and matrix particles emerge in separate form but simultaneously from the discharge opening.
  • a downstream separation process for example, by Wnsichtung necessary.
  • the two rotationally symmetrical elements are arranged in a frame pivotable with respect to a horizontal plane.
  • the device is pivotally mounted in a radius of 0 ° to 45 °. In this way, the passage speed of the ground material can be varied from the feed opening to the discharge opening.
  • the discharge opening is located vertically below the feed opening, so that the comminuted fiber composite material is transported in the grinding gap by gravity downwards in the direction of the discharge opening.
  • Fiber composites are not broken, broken or bent as in known methods, but rather the bedding matrix is gently rubbed off the fibers. By this gentle abrasion not only a Neither use of the detached matrix particles, but also of significantly more undestroyed fibers than by common methods is possible.
  • the device according to the invention it is possible to recover up to 90% of the fibers which are free of matrix particles. With current methods, it is not yet possible, fiber recovery without changing the
  • Also according to the invention is a method for the comminution of fiber composites in the device according to the invention.
  • material to be comminuted is introduced through the feed opening into the device according to the invention.
  • Pre-shredded material is preferably already introduced.
  • the material to be crushed in the grinding gap by a relative rotational movement of the two rotationally symmetric
  • FIG. 1 shows a sectional view of an outer according to the invention.
  • FIG. 1 shows a sectional view of an outer according to the invention
  • rotationally symmetric element 1 in a first region 1A which contains means 6 for mechanical abrasion.
  • means 6 for mechanical abrasion are on the inside of the outer
  • rotationally symmetrical element 1 in the direction of the longitudinal axis A1 means for mechanical abrasion present, which are formed here in the form of strips 6. These strips 6 are preferably distributed over the entire circumference of the rotationally symmetrical element 1, in particular arranged at equal intervals.
  • the strips 6 are secured by means of brackets 6.1 at the end regions and therebetween on the inside of the outer shell. By means of several brackets 1.1 on the outside of the outer shell 1 is attached to a frame, not shown here or
  • the outer casing 1 is substantially conical in shape, on the side 1A 'of the first region 1A, which has the smallest diameter (in the image plane below), a second region 1B of the outer casing 1, which has a perforated region (see FIG. 2). , is attached.
  • FIG. 2 shows a three-dimensional partial sectional view of a second region 1B in the form of a discharge region of the outer casing 1 according to the invention, which contains a perforation 7 in a peripheral region.
  • the first region 1 A and the second region 1 B preferably have the same cone angle.
  • Sectional view of an inner rotationally symmetrical element 2 according to the invention can be seen. Also on the inner rotationally symmetrical element 2 are in a first region 2A strips 6 as a means of mechanical abrasion present, but on the outer circumference. As the strips 6 on the outer rotationally symmetric element / outer shell 1, the strips 6 of the inner rotationally symmetric element over the entire circumference, in particular at equal intervals may be distributed, wherein they extend along the longitudinal axis A2 of the inner rotationally symmetric element 2. The strips 6 are also fastened by means of brackets 6.1 on the inner rotationally symmetrical element 2, but on the outer circumference.
  • a second region 2B which corresponds to the perforation of the outer rotationally symmetrical element 1
  • the inner rotationally symmetrical element 2 has no means of mechanical abrasion 6. an internal rotationally symmetric element according to the invention.
  • the first region 2 A of the inner rotationally symmetrical element 2 is likewise conical, but has a smaller cone angle than the outer jacket 1.
  • the second region 2B is also cone-shaped, wherein the cone angle of the second region 2B substantially corresponds to the cone angle of the outer shell.
  • rotationally symmetric element 2 is preferably only between 2 to 20 U / min.
  • the now separately present fibers and matrix particles enter the discharge area 1 B with the perforated area 7, in which the outer rotationally symmetric element 1 is perforated, i. has a variety of breakthroughs.
  • the perforation 7 is selected in a size through which the matrix particles, but not the fibers can pass.
  • the matrix particles M are removed or sucked through the perforation 7 from the grinding gap 5, which is represented by the many arrows with through-lines.
  • the non-aspirated fibers F leave the grinding gap 5 through the
  • the inner rotationally symmetric element 2 can be adjusted along its longitudinal axis A2. Wrd it adjusted in the direction of the discharge opening 4, the grinding gap 5 is smaller, it is adjusted in the direction of the feed opening 3 is the
  • FIG. 6 a device according to the invention is shown schematically arranged in a frame.
  • rotationally symmetrical element 2 are pivotally mounted in the frame 8, so that the mutually aligned longitudinal axes A1, A2 are either horizontally aligned during the crushing process or tilted up to an inclination angle ⁇ of about 45 °.
  • the Pivoting is made possible by means for pivoting 10, which may be hydraulically driven, for example.
  • To facilitate the import of the fiber composite material and discharge of the separated material may be attached to the frame in the vicinity of the feed opening or a discharge shaft not shown here in the vicinity of the discharge opening an aid such as a feed channel 9.
  • the perforated region 7, which is adjoined by a suction, not shown, preferably points downwards.
  • Fiber composite introduced, which may optionally be precomminuted. By gravity, the material to be crushed sinks in the grinding gap 5 down, where the
  • Mahlspalt 5 by the conical shape of the outer shell and the inner rotationally symmetrical element more and more tapered.
  • the matrix of the fiber composite material between the strips present on the rotationally symmetrical elements is gently rubbed off by the fibers.
  • the pieces thus shrunk sink down into the narrower region of the grinding gap 5 where there is a further abrasion of the fibers remaining on the fibers
  • Matrix particle comes. In the lower region of the grinding gap 5, the fibers and the abraded matrix particles reach a region 7 in which the outer rotationally symmetrical element 1 is perforated. The abraded matrix particles are separated / sucked off by the perforation 7, while the remaining fibers in the grinding gap 5 continue to migrate downwards and finally leave the device according to the invention through the discharge opening 4. If no perforated region 7 is present, matrix particles and fibers leave the device according to the invention in a separate form together through the discharge opening 4 and the discharge chute S.
  • FIG. 7 shows a schematic representation of the outer jacket 1 and the inner one
  • the outer jacket 1 is formed from the first region 1A and the second region 1B, both of which have a first cone angle a1 which is between 20 and 30 °.
  • the Drive is set in rotation, has a first region 2A and a second region 2B.
  • the first region 2A has a second cone angle a2 which is smaller than a1 and preferably lies between 7 and 15 °.
  • the second region 2B is provided with a third cone angle a2.1, which essentially corresponds to the first cone angle a1.
  • the first region 1A of the outer jacket 1 is provided at its inner diameter and the first region 2A of the inner rotationally symmetrical element 2 at its outer diameter with elevations / strips, not shown here.
  • the second region 1 B of the outer sheath is provided with a perforation 7 in the downwardly pointing region, and the second region 2B of the inner rotationally symmetrical element 2 is at least partially aligned with the second region 1A.
  • the second regions 1B, 2B are substantially smooth on their sides facing each other.
  • a grinding gap 5 is present between the first and the second rotationally symmetric element 1, 2, a grinding gap 5 is present.
  • the pulverizing matrix particles M are sucked off through the perforation by means of an exhaust, not shown, and the fibers F are discharged via the discharge opening 4.
  • the distance between the rods (not shown) / means of the outer jacket and the rods / means of the inner rotationally symmetric element determines the painting gap 5 and becomes smaller and smaller in the direction of the discharge opening 4. The one to be shredded for
  • Fiber composite most favorable grinding gap 5 can be determined by reference experiments. It is advantageous that the inner rotationally symmetric element along its longitudinal axis A2 can be adjusted relative to the outer shell 1, which is represented by the thick double arrow. As a result of this adjustment, the grinding gap 5 is simply increased due to the conical shape of outer casing 1 and inner rotationally symmetrical element 2 when the inner rotationally symmetrical element 2 is adjusted in the direction of the feed channel 9 and smaller when the inner rotationally symmetrical element is moved in the direction of the discharge opening 4 , The discharge opening 4 is closed when not designated
  • Outer diameter of the second portion 2B of the inner rotationally symmetric element 1 at the non-designated inner diameter of the second region 1 B of the outer shell 1 is present.
  • Figure 8 is a schematic diagram of the arrangement and design of the means for
  • the means 6 are formed here in the form of round bars.
  • the bars / means 6 alternately have a small and a large
  • the smaller diameter is preferably between 3 and 15 mm, the large diameter between 5 and 30 mm.
  • rods with larger or smaller diameters are fastened, for example, at their upper end on a first pitch circle T1 and the rods / means 6 of the inner rotationally symmetric element, for example at their upper end on a smaller second pitch circle T2, so that the center of each rod (means 6 ) on the corresponding pitch T1, T2 is located. This results in differences in height, between which the material to be shredded from matrix ponds M and F fibers in the
  • the separated and discharged fibers can then be used again as a high-quality raw material for the production of fiber-reinforced plastics.
  • the existing plastic matrix particles M can be recycled.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Zerkleinerung von Faserverbundwerkstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (6) zum mechanischen Abrieb einer bettenden Matrix von Fasern vorhanden sind, wobei der mechanische Abrieb der bettenden Matrix von den Fasern durch eine Rotationsbewegung erfolgt. Verfahrensgemäß erfolgt durch die Mittel (6) ein mechanischer Abrieb einer bettenden Matrix von den Fasern durch eine Rotationsbewegung der angeordneten Mittel (6).

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Zerkleinerung von Faserverbundwerkstoffen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Zerkleinerung und zum Recyceln von Faserverbundwerkstoffen.
Zur Auftrennung von Faserverbundwerkstoffen im Zuge von Entsorgung und Recycling sind dem Stand der Technik verschiedenste Methoden bekannt.
EP 0 797 496 B1 offenbart eine chemische Trennung von Faserverbundmaterialien, bei der durch die Einwirkung von Ozon die Fasern von der umgebenden Matrix gelöst werden.
Chemische Verfahren sind oftmals sehr aufwendig, die verwendeten Chemikalien meist teuer in der Anschaffung und Entsorgung und die gewonnenen Fasern und Matrixpartikel bedürfen einer umfangreichen Nachbehandlung bevor sie einer Weiterverwendung zugeführt werden können.
Die bisher bekannten mechanischen Trennverfahren zur Trennung von Matrixmaterial und Fasern beruhen meistens auf einem Aufbrechen der Faser-Kunststoff-Strukturen mittels Schredder, Walzen oder Pulverisator. Beispielsweise beschreibt die EP 0 443 051 A1 das mechanische Aufbrechen einer Glasfaser- Polyester-Verbundstruktur mittels Schlagwerk, welches bevorzugt eine Hammermühle ist. Auch in der WO 93/05883 wird eine Zerkleinerung von Faserverbundwerkstoffen mittels Hammermühle vorgeschlagen. Hier erfolgt eine anschließende Trennung von Fasern und Matrixteilchen mittels Sieb und Luftstrom.
In der JP 2003 071839 A wird der zu zerkleinernde Faserverbundwerkstoff zunächst geschreddert und anschließend mittels einer Siebmühle gemahlen und die enthaltenen Fasern und Matrixteilchen mittels eines Luftstromes aufgetrennt. In einer Siebmühle wird das Material üblicherweise fein gerieben und durch ein Sieb gedrückt. Ein Zerbrechen der Fasern kann hier nicht ausgeschlossen werden.
Eine Zerkleinerung durch Walzen wird beispielsweise in der DE 10 2004 017 441 A1 oder auch in der EP 1 454 673 B1 beschrieben. Bei den herkömmlichen mechanischen Trennverfahren kommt es zu einem Wegbrechen der Fasern, sodass diese nicht mehr unzerstört für die Wiederverwendung vorliegen. Vor allem häufig eingesetzte Glasfasern werden in hohem Maße zerbrochen oder verbogen. Durch den relativ hohen Marktpreis für die in Faserverbundwerkstoffen üblicherweise eingesetzten Fasern bringt eine erneute Verwendung der Fasern deutliche finanzielle Vorteile.
Aufgabe ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, die die Fasern aus den Faserverbundwerkstoffen möglichst schonend löst, sodass sowohl die Fasern, als auch die bettende Matrix wieder einsetzbar sind.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des 1. und 9. Patentanspruchs gelöst durch eine Vorrichtung zur Zerkleinerung von Faserverbundwerkstoffen wobei erfindungsgemäß in einem Behälter Mittel zum mechanischen Abrieb einer Matrix des Faserverbundwerkstoffs von den Fasern des Faserverbundwerkstoffs vorhanden sind, wobei der mechanische Abrieb der Matrix von den Fasern durch eine relative Rotationsbewegung erfolgt.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zwei ineinander gelagerte rotationssymmetrische Elemente enthalten, von denen wenigstens eines kegelförmig ausgebildet ist und von denen wenigstens eines um eine Längsachse herum drehbar gelagert ist, wobei an einem Ende der rotationssymmetrischen Elemente eine
Zuführöffnung und am entgegen gesetzten Ende der rotationssymmetrischen Elemente eine Austragsöffnung angeordnet ist, und der Abstand zwischen den beiden
rotationssymmetrischen Elementen an der Austragsöffnung schmaler ist, als an der
Zuführöffnung.
Bevorzugt wird eine Verjüngung des Abstandes zwischen den beiden rotationssymmetrischen Elementen von der Zuführöffnung hin zur Austragsöffnung durch unterschiedliche Kegelwinkel von äußerem und innerem rotationssymmetrischen Element erreicht. Durch die erfindungsgemäße Anordnung entsteht zwischen den beiden
rotationssymmetrischen Elementen ein Mahlspalt, in den die Faserverbundwerkstoffe (die vorher vorzerkleinert sein können) durch die Zuführöffnung eingebracht werden. Durch eine Rotation eines der beiden oder beider rotationssymmetrischer Elemente um ihre Längsache kommt es zu einem schonenden allmählichen Abreiben des Matrixmaterials von den Fasern. Dadurch, dass der Abstand zwischen den beiden rotationssymmetrischen Elementen an der Austragsöffnung schmaler ist, als an der Zuführöffnung, erfolgt einer feine Zermahlung des Mahlgutes im unteren Bereich, der Vorrichtung.
Vorzugsweise sind Austragsöffnung und Zuführöffnung direkt in dem Zwischenraum zwischen den beiden rotationssymmetrischen Elementen und/oder als umfangseitige Öffnungen im äußeren und/oder im inneren rotationssymmetrischen Element angeordnet.
Erfindungsgemäß sind in der Vorrichtung Mittel zum mechanischen Abrieb einer Matrix des Faserverbundmaterials von den Fasern vorhanden. In einer bevorzugten Ausführungsform sind diese Mittel an wenigstens einem der beiden rotationssymmetrischen Elemente auf der zum jeweils anderen rotationssymmetrischen Element hin weisenden Fläche als Erhebungen ausgebildet. Vorzugsweise sind die Erhebungen Leisten oder Stäbe, die bevorzugt in
Längsrichtung der rotationssymmetrischen Elemente ausgerichtet sind. Ebenfalls möglich ist die Ausbildung der genannten Mittel als Halbkugeln an den Wänden der
rotationssymmetrischen Elemente.
Das über die Zuführöffnung eingebrachte Material ( welches vorzerkleinert sein kann) wird somit durch„entlangreiben" an den Erhebungen der Vorrichtung weiter zerkleinert bzw. der Kunststoff (die Matrix) allmählich aufgerieben und dabei von den Fasern entfernt und das zerkleinerte bzw. teilweise zerkleinerte Material in Richtung zur Austragsöffnung verbracht und durch den sich reduzierenden Mahlspalt immer weiter zerkleinert bzw. die Matrix / der Kunststoff, in den de Fasern eingebettet sind, von den Fasern immer mehr abgerieben.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Mittel zum mechanischen Abrieb kommt es vorteilhafter Weise nicht zu einem Aufbrechen und Zerreiben der Fasern, sondern vielmehr zu einem schonenden Abrieb der Matrix / des Kunststoffs von den Fasern, was eine Wiederverwendung sowohl der Fasern als auch der Matrix- Partikel ermöglicht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die beiden rotationssymmetrischen Elemente in Längsrichtung relativ zueinander verschiebbar. Auf diese Weise kann der
Abstand zwischen den beiden rotationssymmetrischen Elementen variiert und je nach den Materialeigenschaften des zu trennenden Faserverbundwerkstoffes individuell eingestellt werden. ln einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zumindest einer der beiden rotationssymmetrischen Elemente in einem Bereich oberhalb der Austragsöffnung perforiert. Die Perforation wird dabei in einer Größe gewählt, die zwar den abgetrennten Matrixteilchen, jedoch nicht den abgetrennten Fasern einen Durchgang ermöglicht. Bevorzugt werden die Matrixteilchen mittels einer externen Saugvorrichtung durch die Perforation aus dem Bereich zwischen den beiden rotationssymmetrischen Elementen entfernt. Alternativ erfolgt ein einfaches Absieben der Matrixteilchen.
Wenn eine solche Perforation nicht vorhanden ist, so treten Fasern und Matrixteilchen in getrennter Form aber gleichzeitig aus der Austragsöffnung aus. In diesem Fall ist ein nachgeordnetes Trennverfahren, beispielsweise durch Wndsichtung nötig.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die beiden rotationssymmetrischen Elemente in einem Gestell schwenkbar im Bezug auf eine horizontale Ebene angeordnet.
Vorteilhafterweise ist die Vorrichtung in einem Wnkel von 0° bis 45° schwenkbar angeordnet. Auf diese Weise kann die Durchlaufgeschwindigkeit des Mahlgutes von der Zuführöffnung zur Austragsöffnung variiert werden.
Vorzugsweise liegt die Austragsöffnung höhenmäßig unterhalb der Zuführöffnung, so dass das zerkleinerte Faserverbundmaterial im Mahlspalt durch die Schwerkraft nach unten in Richtung zur Austragsöffnung transportiert wird.
Die Erfindung liefert die Möglichkeit eines besonders effektiven Recycelns von
Faserverbundwerkstoffen. Die Fasern werden nicht wie in bekannten Methoden zerschlagen, zerbrochen oder verbogen, sondern vielmehr wird die bettende Matrix schonend von den Fasern abgerieben. Durch diesen schonenden Abrieb ist nicht nur eine Wederverwendung der abgelösten Matrixpartikel, sondern auch von deutlich mehr unzerstörten Fasern als nach gängigen Methoden möglich. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist es möglich, bis zu 90 % der Fasern, welche frei von Matrixpartikeln sind, zurück zu gewinnen. Mit gängigen Methoden ist es bisher nicht möglich, Faserückgewinnung ohne Änderung der
Fasereigenschaften zu realisieren.
Ebenfalls erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Zerkleinerung von Faserverbundwerkstoffen in der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dabei wird zu zerkleinerndes Material durch die Zuführöffnung in die erfindungsgemäße Vorrichtung eingebracht. Bevorzugt wird bereits vorzerkleinertes Material eingebracht. Anschließend wird das zu zerkleinernde Material im Mahlspalt durch eine relative Rotationsbewegung der beiden rotationssymmetrischen
Elemente zermahlen, wobei ein schonender Abrieb der Matixpartikel von den Fasern unter möglichst geringer Beanspruchung der Fasern erfolgt. Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles sowie dazugehöriger Figuren beschrieben, ohne dabei auf diese beschränkt zu sein. Es zeigen: eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen äußeren
rotationssymmetrischen Elementes in dem Bereich, welcher Mittel zum mechanischen Abrieb enthält,
eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen äußeren
rotationssymmetrischen Elementes in dem Bereich, welcher eine Perforation enthält,
eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen inneren
rotationssymmetrischen Elementes,
eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen inneren rotationssymmetrischen Elementes,
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Querschnitt,
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Gestell angeordnet,
eine Prinzipdarstellung der Winkel der Vorrichtung,
eine Prinzipdarstellung der Mittel 6.
Figur 1 zeigt eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen äußeren
rotationssymmetrischen Elementes 1 in einem ersten Bereich 1A, welcher Mittel zum mechanischen Abrieb 6 enthält. Dabei sind auf der Innenseite des äußeren
rotationssymmetrischen Elementes 1 (nachfolgend als Außenmantel bezeichnet) in Richtung zur Längsachse A1 Mittel zum mechanischen Abrieb vorhanden, welche hier in Form von Leisten 6 ausgebildet sind. Diese Leisten 6 sind bevorzugt über den gesamten Umfang des rotationssymmetrischen Elementes 1 verteilt insbesondere in gleichen Abständen angeordnet. Die Leisten 6 werden mittels Halterungen 6.1 an den Endbereichen und dazwischen an der Innenseite des Außenmantels befestigt. Mittels mehrerer Halterungen 1.1 am Außenbereich wird der Außenmantel 1 an einem hier nicht dargestellten Gestell befestigt bzw.
aufgenommen. Der Außenmantel 1 ist im Wesentlichen kegelförmig ausgebildet, wobei an der Seite 1A' des ersten Bereiches 1A, welche den kleinsten Durchmesser aufweist (in der Abbildungsebene unten) ein zweiter Bereich 1 B des Außenmantels 1 , welcher einen perforierten Bereich aufweist (siehe Figur 2), angebracht wird. ln Figur 2 ist eine dreidimensionale Teil-Schnittdarstellung eines zweiten Bereiches 1 B in Form eines Austragsbereiches des erfindungsgemäßen Außenmantels 1 dargestellt, welcher in einem Umfangsbereich eine Perforation 7 enthält,. Dieser Austragsbereich 1 B des
Außenmantels 1 wird mit der Seite 1 B', an welcher er den größten Durchmesser aufweist (in der Abbildungsebene oben) an den in Figur 1 dargestellten Teil des Außenmantels 1 , welcher die Mittel zum mechanischen Abrieb 6 aufweist, an der Seite 1' mit dem kleinsten
Durchmesser angebracht.
Das äußere rotationssymmetrische Element 1 - der Außenmantel 1 ist somit aus dem ersten Bereich 1A, der an der Innenseite die Leisten 6 enthält und aus dem zweiten Bereich 1 B = Austragsbereich, der die Perforation 7 enthält zusammengesetzt.
Der erste Bereich 1 A und der zweite Bereich 1 B, weisen bevorzugt den gleichen Kegelwinkel auf.
Aus Figur 3 ist eine schematische dreidimensionale Darstellung und aus Figur 4 eine
Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen inneren rotationssymmetrischen Elementes 2 ersichtlich. Auch am inneren rotationssymmetrischen Element 2 sind in einem ersten Bereich 2A Leisten 6 als Mittel zum mechanischen Abrieb vorhanden, jedoch am Außenumfang. Wie die Leisten 6 am äußeren rotationssymmetrischen Element / Außenmantel 1 , können auch die Leisten 6 des inneren rotationssymmetrischen Elementes über den gesamten Umfang, insbesondere in gleiche Abständen angeordnet, verteilt vorliegen, wobei sie sich entlang der Längsachse A2 des inneren rotationssymmetrischen Elements 2 erstrecken. Die Leisten 6 werden ebenfalls mittels Halterungen 6.1 am inneren rotationssymmetrischen Element 2 befestigt, jedoch am Außenumfang. In einem zweiten Bereich 2B, welcher mit der Perforation des äußeren rotationssymmetrischen Elementes 1 korrespondiert, weist das innere rotationssymmetrische Element 2 keine Mittel zum mechanischen Abrieb 6 auf. eines erfindungsgemäßen inneren rotationssymmetrischen Elementes. Der erste Bereich 2A des inneren rotationssymmetrischen Elements 2 ist ebenfalls kegelförmig ausgebildet, weist aber einen kleineren Kegelwinkel als der Außenmantel 1 auf. Der zweite Bereich 2B ist auch kegelförmig ausgebildet, wobei der Kegelwinkel des zweiten Bereiches 2B im Wesentlichen dem Kegelwinkel des Außenmantels entspricht.
Das zweite rotationssymmetrische Element 2 ist mit einer durch dieses führende Drehwelle W drehfest verbunden, die an beiden Enden das innere rotationssymmetrische Element überragt und an diesen beiden Enden drehbar gelagert ist. Die Welle W wird mittels eine nicht dargestellten Antriebes rotatorisch angetrieben. In Figur 5 wird eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Querschnitt gezeigt. Während das äußere rotationssymmetrische Element = Außenmantel 1 mittels Halterungen 1.1 in einem Gestell 8 drehfest gelagert ist, ist das innere
rotationssymmetrische Element 2 mittels der Welle W drehbar um seine Längsachse A2 gelagert. Die Längsachsen A1 und A2 fluchten dabei. Die Welle W wird durch einen hier nicht dargestellten Antriebsmotor ggf. unter Verwendung eines Getriebes angetrieben. Zwischen dem äußeren 1 und dem inneren rotationssymmetrischen Element 2 bildet sich ein Mahlspalt 5, in den der zu zerkleinernde Faserverbundwerkstoff über die Zuführöffnung 3 eingebracht wird. Sowohl am inneren 2 als auch am äußeren rotationssymmetrischen Element 1 befinden sich in Längsrichtung verlaufende Leisten 6, die in entsprechenden Halterungen 6.1 befestigt sind. An beiden rotationssymmetrischen Elementen verlaufen die Leisten 6 über den gesamten Umfang (bei dem Außenmantel 1 am Innenumfang und bei den Inneren Element 2 am Außenumfang) und sind in Figur 3 nur angedeutet. Durch die Rotationsbewegung des inneren rotationssymmetrischen Elementes werden die im Mahlspalt 5 vorliegenden
Faserverbundwerkstoffe schonend zerrieben. Die Drehzahl des inneren
rotationssymmetrischen Elements 2 liegt dabei bevorzugt nur zwischen 2 bis 20 U/min. Die nun getrennt vorliegenden Fasern und Matrixteilchen treten in den Austragsbereich 1 B mit dem perforierten Bereich 7 ein, in dem das äußere rotationssymmetrische Element 1 perforiert ist, d.h. eine Vielzahl von Durchbrüchen aufweist . Die Perforation 7 ist dabei in einer Größe gewählt, durch die die Matrixteilchen, jedoch nicht die Fasern passieren können. Mittels einer nicht dargestellten Absaugvorrichtung werden die Matrixteilchen M durch die Perforation 7 aus dem Mahlspalt 5 entfernt bzw. abgesaugt, was durch die vielen Pfeile mit Durchgangslinien dargestellt ist,. Die nicht abgesaugten Fasern F verlassen den Mahlspalt 5 durch die
Austragsöffnung 4 und gelangen in einen Austragsschacht S, was durch den fetten
gestrichelten Pfeil angedeutet ist. Sowohl Fasern F als auch Matrixteilchen M können im Anschluss einer weiteren Verwertung zugeführt werden.
Zur Einstellung des Mahlspaltes 5 kann das innere rotationssymmetrische Element 2 entlang seiner Längsachse A2 verstellt werden. Wrd es in Richtung zur Austragsöffnung 4 verstellt, wird der Mahlspalt 5 kleiner, wird es in Richtung zur Zuführöffnung 3 verstellt wird der
Mahlspalt 5 größer. Die Verstellbarkeit wird durch den fetten Doppelpfeil angedeutet.
In Figur 6 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Gestell angeordnet schematisch dargestellt. Das äußere rotationssymmetrische Element 1 und das innere
rotationssymmetrische Element 2 sind dabei schwenkbar im Gestell 8 gelagert, so dass die zueinander fluchtenden Längsachsen A1 , A2 während der Zerkleinerungsvorgangs entweder horizontal ausgerichtet oder bis zu einem Neigungswinkel γ von ca. 45° geneigt sind. Das Schwenken wird ermöglicht, durch ein Mittel zum Schwenken 10, welches beispielsweise hydraulisch angetrieben sein kann. Zur erleichterten Einfuhr des Faserverbundwerkstoffes und Austragung des aufgetrennten Materials kann ein Hilfsmittel wie etwa ein Zuführkanal 9 am Gestell in der Nähe der Zuführöffnung bzw. ein hier nicht dargestellter Austragsschacht in der Nähe der Austragungsöffnung angebracht sein. Der perforierte Bereich 7, an den sich eine nicht dargestellte Absaugung anschließt, weist bevorzugt nach unten.
Verfahrensgemäß wird durch den oben liegende Zuführkanal 9 der zu zerkleinernde
Faserverbundwerkstoff eingebracht, der optional vorzerkleinert vorliegen kann. Durch die Schwerkraft sinkt das zu zerkleinernde Material im Mahlspalt 5 nach unten, wo sich der
Mahlspalt 5 durch die Kegelform des Außenmantels und des inneren rotationssymmetrischen Elements mehr und mehr verjüngt. Durch eine relative Rotationsbewegung der beiden rotationssymmetrischen Elemente 1 , 2 wird die Matrix des Faserverbundwerkstoffes zwischen den an den rotationssymmetrischen Elementen vorhandenen Leisten, schonend von den Fasern abgerieben. Die so zerkleinerten Teile sinken nach unten in den engeren Bereich des Mahlspaltes 5 wo es zu einem weiteren Abreiben der an den Fasern verbliebenen
Matrixteilchen kommt. Im unteren Bereich des Mahlspaltes 5 erreichen die Fasern und die abgeriebenen Matrixteilchen einen Bereich 7, in welchem das äußere rotationssymmetrische Element 1 perforiert ist. Die abgeriebenen Matrixteilchen werden durch die Perforation 7 abgetrennt / abgesaugt, während die verbleibenden Fasern im Mahlspalt 5 weiter nach unten wandern und die erfindungsgemäße Vorrichtung schließlich durch die Austragungsöffnung 4 verlassen. Wenn kein perforierter Bereich 7 vorhanden ist, verlassen Matrixteilchen und Fasern die erfindungsgemäße Vorrichtung in getrennt vorliegender Form gemeinsam durch die Austragungsöffnung 4 und den Austragsschacht S.
Die Figur 7 zeigt eine Prinzipdarstellung des Außenmantels 1 und des inneren
rotationssymmetrischen Elements 2 mit den Kegelwinkeln.
Der Außenmantel 1 wird aus dem ersten Bereich 1A und dem zweiten Bereich 1 B gebildet, die beide einen ersten Kegelwinkel a1 aufweisen, der zwischen 20 und 30° liegt. Das innere rotationssymmetrische Element 2, welches über die Welle W und einen nicht dargestellten
Antrieb in Rotation versetzt wird, weist einen ersten Bereich 2A und einen zweiten Bereich 2B auf. Der erste Bereich 2A weist einen zweiten Kegelwinkel a2 auf, der kleiner als a1 ist und bevorzugt zwischen 7 und 15° liegt. Der zweite Bereich 2B ist mit einem dritten Kegelwinkel a2.1 versehen, der im Wesentlichen dem ersten Kegelwinkel a1 entspricht. Der erste Bereich 1A des Außenmantels 1 ist an seinem Innendurchmesser und der erste Bereich 2A des inneren rotationssymmetrischen Elements 2 an seinem Außendurchmesser mit hier nicht dargestellten Erhebungen/Leisten versehen.
Der zweite Bereich 1 B des Außenmantels ist in dem nach unten weisenden Bereich mit einer Perforation 7 versehen und der zweite Bereich 2B des inneren rotationssymmetrischen Elements 2 fluchtet zumindest bereichsweise mit dem zweiten Bereich 1A.
Die zweiten Bereiche 1 B, 2B sind an ihren aufeinander zuweisenden Seiten im Wesentlichen glatt ausgebildet.
Zwischen dem ersten und dem zweiten rotationssymmetrischen Element 1 , 2 ist ein Mahlspalt 5 vorhanden. Die zermahlenden Matrixteilchen M werden durch die Perforation mittels einer nicht dargestellten Absaugung abgesaugt und die Fasern F über die Austragsöffnung 4 ausgetragen.
Der Abstand zwischen den hier nicht dargestellten Stäben / Mitteln des Außenmantels und den Stäben / Mitteln des inneren rotationssymmetrischen Elements bestimmt den Malspalt 5 und wird in Richtung zur Austragsöffnung 4 immer kleiner. Der für das zu zerkleinernde
Faserverbundmaterial günstigste Mahlspalt 5 kann durch Referenzversuche ermittelt werden. Günstig ist dabei, dass das innere rotationssymmetrische Element entlang seiner Längsachse A2 relativ zum Außenmantel 1 verstellt werden kann, was durch den dicken Doppelpfeil dargestellt ist. Durch diese Verstellung wird bedingt durch die Kegelform von Außenmantel 1 und innerem rotationssymmetrischen Element 2 der Mahlspalt 5 einfach vergrößert, wenn das innere rotationssymmetrische Element 2 in Richtung zum Zuführkanal 9 verstellt wird und kleiner, wenn das innere rotationssymmetrische Element in Richtung zur Austragsöffnung 4 verstellt wird. Die Austragsöffnung 4 ist verschlossen, wenn der nicht bezeichnete
Außendurchmesser des zweiten Bereichs 2B des inneren rotationssymmetrischen Elements 1 am nicht bezeichneten Innendurchmesser des zweiten Bereichs 1 B des Außenmantels 1 anliegt.
In Figur 8 wird eine Prinzipskizze der Anordnung und Ausbildung der Mittel zum
mechanischen Abrieb 6 dargestellt. Die Mittel 6 sind hier in Form von runden Stäben ausgebildet. Die Stäbe /Mittel 6 weisen abwechselnd einen kleinen und einen großen
Durchmesser auf. Der kleinere Durchmesser liegt bevorzugt zwischen 3 und 15 mm, der große Durchmesser zwischen 5 und 30 mm. Es können jedoch auch Stäbe mit größeren oder kleineren Durchmessern verwendet werden. Die Stäbe/Mittel 6 des Außenmantels sind beispielsweise an ihrem oberen Ende auf einem ersten Teilkreis T1 und die Stäbe/Mittel 6 des inneren rotationssymmetrischen Elements beispielsweise an ihrem oberen Ende auf einem kleineren zweiten Teilkreis T2 befestigt, so dass die Mitte jedes Stabes (Mittel 6) auf dem entsprechenden Teilkreis T1 , T2 liegt. Dadurch ergeben sich Höhenunterschiede, zwischen denen das zu zerkleinernde Material aus Matrixteichen M und Fasern F bei der
Rotationsbewegung des inneren rotationssymmetrischen Elements entlang gefördert und zerrieben/zermahlen wird. Der Durchmesserunterschied der Stäbe, der für ein bestimmtes Material am günstigsten ist, kann durch Vorversuche bestimmt werden,
Die separierten und ausgetragenen Fasern können F dann als hochwertiger Rohstoff wieder zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffen eingesetzt werden.
Auch die aus Kunststoff bestehenden Matrixteilchen M können wieder verwertet werden.
Bezugszeichenliste
1 äußeres rotationssymmetrisches Element - Außenmantel 1.1 Halterung für das äußere rotationssymmetrische Element 1A erster Bereich mit Mitteln zum mechanischen Abrieb
1A' Seite des Außenmantels mit dem kleinsten Durchmesser
1 B zweiter Bereich = Austragsbereich mit Perforation
1 B' Seite des Austragsbereichs mit dem größten Durchmesser
2 inneres rotationssymmetrisches Element
2A erster Bereich mit Mitteln zum mechanischen Abrieb
2B zweiter Bereich
3 Zuführöffnung
4 Austragsöffnung
5 Mahlspalt
6 Mittel zum mechanischen Abrieb / Erhebungen / Leisten 6.1 Halterung für die Mittel zum mechanischen Abrieb
7 perforierter Bereich
8 Gestell
9 Zuführkanal zur Einfuhr des Materials
10 Mittel zum Schwenken der erfindungsgemäßen Vorrichtung
A1 Längsachse Außenmantel
A2 Längsachse inneres rotationssymmetrisches Element
M Matrixteichen
F Fasern
S Austragsschacht
W Welle
a1 erster Kegelwinkel
a2 zweiter Kegelwinkel
a2.1 dritter Kegelwinkel
γ Neigungswinkel

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Zerkleinerung von Faserverbundwerkstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (6) zum mechanischen Abrieb einer bettenden Matrix von Fasern vorhanden sind, wobei der mechanische Abrieb der bettenden Matrix von den Fasern durch eine Rotationsbewegung erfolgt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass diese zwei ineinander gelagerte rotationssymmetrische Elemente (1 , 2) aufweist, von denen wenigstens eines kegelförmig ausgebildet ist und von denen wenigstens eines um eine
Längsachse herum drehbar gelagert ist, wobei an einem Ende der
rotationssymmetrischen Elemente (1 , 2) eine Zuführöffnung (3) und am entgegen gesetzten Ende der rotationssymmetrischen Elemente (1 , 2) eine Austragsöffnung (4) angeordnet ist, und wobei der Abstand (5) zwischen den beiden
rotationssymmetrischen Elementen an der Austragsöffnung (4) schmaler ist, als an der Zuführöffnung (3).
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Austragsöffnung (4) und die Zuführöffnung (3) in dem Zwischenraum (5) zwischen den beiden
rotationssymmetrischen Elementen (1 , 2) und/oder als umfangseitige Öffnungen im äußeren (1) und/oder im inneren (2) rotationssymmetrischen Element angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel (6) zum mechanischen Abrieb an wenigstens einem der beiden rotationssymmetrischen Elemente (1 , 2) auf der zum jeweils anderen
rotationssymmetrischen Element hin weisenden Fläche Erhebungen (6) angebracht sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (6)
bevorzugt in Längsrichtung der rotationssymmetrischen Elemente (1 , 2) ausgerichtete Leisten oder Stäbe sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Variierung des Abstandes zwischen den beiden rotationssymmetrischen Elementen (1 , 2) die beiden rotationssymmetrischen Elemente (1 , 2) in Längsrichtung relativ zueinander verschiebbar sind.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der beiden rotationssymmetrischen Elemente (1 , 2) in einem Bereich (7) oberhalb der Austragsöffnung (4) perforiert ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden rotationssymmetrischen Elemente (1 , 2) in einem Gestell (8) schwenkbar in Bezug auf eine horizontale Ebene angeordnet sind.
9. Verfahren zur Zerkleinerung von Faserverbundwerkstoffen in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei durch Mittel (6) ein mechanischer Abrieb einer bettenden Matrix von den Fasern (F) durch eine Rotationsbewegung erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die folgenden Schritte durchgeführt werden:
a. Einbringen des Faserverbundwerkstoffes durch eine Zuführöffnung in einen Mahlspalt (5) der Vorrichtung, der zwischen zwei ineinander gelagerten rotationssymmetrischen Elementen (1 , 2) ausgebildet ist;
b. Versetzen von wenigstens einem rotationssymmetrischen Element (1 , 2) in eine Rotationsbewegung oder Versetzen beider rotationssymmetrischer Elemente (1 , 2) in eine relative Rotationsbewegung wodurch der Faserverbundwerkstoff in Matrixteilchen (M) und Fasern (F) aufgerieben wird und
entweder
c. Trennung von Matrixteilchen (M) und Fasern (F) des Faserverbundwerkstoffs durch Mittel (6) in der Vorrichtung,
oder
d. gemeinsames Ausführen von getrennt vorliegenden Matrixteilchen (M) und Fasern (F) über die Austragsöffnung (4) und nachgelagerte Separation von Matrixteilchen (M) und Fasern (F).
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