Verfahren und Vorrichtung zum Pulverisieren
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Pulverisieren, insbesondere zur Zerkleinerung hoch dehnbarer Stoffe bei Raumtemperatur.
Lange bestand ein Bedürfnis nach einem Verfahren und einer Vorrichtung für die Zerkleinerung von hoch dehnbaren Stoffen, wie von Polymeren, insbesondere Thermoplasten, duktilen Metallen und dergleichen.
Bisher war es indessen nicht möglich, solche Zerkleinerungen bei Raumtemperatur zu erreichen, und zwar aus zwei wesentlichen Gründen :
1. der Schwierigkeit, genügend hohe relative Geschwindigkeiten des Prall-oder Schlagelements zu erzielen, um die zu zerkleinernden Stoffe zu zerbrechen und
2. der im Zerkleinerungsverfahren aufgewendeten Arbeit, die so viel Wärme freisetzt, dass die zerkleinerten Stoffe entweder wieder zu unerwünscht grossen Teilchen als Endprodukt zusammenschweissen oder sogar durch Wärme zerstört werden. Bei metallischen Stoffen, wo die Wärme nicht genügt, um das Material im Prozess zu schädigen, führt die die Zerkleinerung begleitende grosse Verformung zu einer Stückerhärtung, die oft hinsichtlich der Verwendungen letzter Hand, wie z. B. bei Pulvermetallurgie und dergleichen, sehr hinderlich ist.
Die Verwendung tiefer Abkühlung des zu pulverisierenden Stoffes und von aussergewöhnlichen Kühl- massnahmen an der Mühle erleichtem zwar tatsächlich die Zerkleinerung dehnbarer Stoffe teilweise ; selbst solche Massnahmen sind aber für viele Stoffe nicht wirksam, ganz abgesehen davon, dass sie schon wegen der Kosten infolge niedriger Produktionsgeschwindigkeiten nicht in Betracht kommen und auch sonst nachteilig sind.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher ein verbessertes Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zum Pulverisieren hoch dehnbarer Stoffe, wie z. B. polymere Stoffe, duktiler Metalle und dergleichen. Ein weiteres Ziel ist die Schaffung eines verbesserten Verfahrens und einer Vorrichtung zur Zerkleinerung, das eine sehr niedrige Wärmemenge pro Kilo Produktdurchsatz im Gefolge hat, eine verhält- nismässig hohe Produktionsgeschwindigkeit gewährlei- stet, bei den Anlagekosten und der Wartung wirtschaftlich ist und zu einem Produkt führt, das eine sehr gute Gleichförmigkeit der Teilchenverteilung aufweist.
Die Art, in der diese Ziele der neuen Erfindung erreicht werden, sind den beiliegenden Darstellungen von Ausführungsbeispielen zu entnehmen.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Pulverisieren hochdehnbarer Stoffe ist dadurch gekennzeichnet, dass nacheinander grobe Teilchen der Stoffe in einem inerten fluiden Medium suspendiert werden, diesen groben Teilchen bei hohen Schlaggeschwindigkeiten, die die Stoffe bis über die Bruchfestigkeit der Teilchen hinaus rascher beanspruchen als die in den Stoffen entstandenen Beanspruchungen durch plastische Deformation der Molekularstruktur der Stoffe verteilt werden können, Schläge versetzt werden, und die in dem inerten fluiden Medium suspendierten Stoffe aus dem Bereich der Schlagbeanspruchung abgeführt werden.
Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist gekennzeichnet durch einen oder mehrere kraftgetriebene Rotoren, die für rasche Rotation innerhalb eines Gehäuses angeordnet sind, das eine Grössen- minderungskammer begrenzt, wobei der oder die Rotoren mit einer Vielzahl stromlinienartiger Schlagelemente versehen sind, die peripher angeordnet sind, durch Mittel, die die zu pulverisierende Charge in einer im allgemeinen radialen Richtung zu den stromlinienartigen Schlagelementen einführen, und durch Mittel, um aus dem Gehäuse das Produktmaterial abzuziehen, das von den stromlinienartigen Schlagelementen freigekommen ist.
Es zeigt :
Fig. 1 eine Darstellung der Arbeitsaufnahme in Funktion der prozentualen Dehnung und der Zugfe- stigkeit, bezogen auf einen Ausgangsquerschnitt für ein 6-6-Nylonpolymer mit einem Molekulargewicht von annähernd 100000 unter in Luft bewirktem Aufprall oder Schlag bei drei Scherbeanspruchungen,
Fig. 2 einen Vertikalschnitt einer bevorzugten Aus führungsform der Pulverisiervorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung mit einem gasförmigen Teilchen tragenden Fluidum,
Fig. 3 einen Grundriss eines Igegenüber Fig. 2 abgewandten Chargen lenkenden Rotors, bei dem alle Einzelheiten oberhalb des Lüfterringes weggelassen sind und die ausserdem den peripheren Rand des damit zusammenwirkenden Rotors zeigt, der sich radial über den Chargen lenkenden Rotor hinaus erstreckt,
Fig.
4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 3,
Fig. 5 einen Teilschnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 4,
Fig. 6 einen Teilschnitt nach der Linie 6-6 der Fig. 2, wobei ein Teil des Rotors weggeschnitten ist, um die Anbringung der Prall-oder Schlagelemente besser erkennbar zu machen.
Fig. 7 eine teilweise schematische Ansicht von fünf verschiedenen Formen der Prall-oder Schlagelemente für praktische Ausübung der vorliegenden Erfindung,
Fig. 8 einen Seitenaufriss einer bevorzugten Aus führungsform eines für die horizontal angeordnete Reihe der Vorrichtung nach den Fig. 2 und 6 benutzten Prall-oder Schlagelements,
Fig. 9 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform des als die aufrechten Zähne der Vorrichtung sowohl der Fig. 2 (und 6) und Fig. 3 (und 4) benutzten Prall-oder Schlagelements,
Fig. 10 einen Seitenaufriss des Prall-oder Schlagelements nach Fig. 9,
Fig. lOa einen Grundriss des Prall-oder Schlagelements nach Fig. 9,
Fig.
11,12 und 13 Querschnitteilansichten von verschiedenen Ausführungsarten der bevorzugten Verriegelungen, die für die Anbringung der Schlag-oder Prallelemente an ihren Tragrotoren benutzt werden,
Fig. 14 eine perspektivische Ansicht einer bevor zugten Ausführungsform der Anbringung der horizontalen Prall-oder Schlagelemente am Rotor der Vorrichtung nach den Fig. 2 und 6,
Fig. 15 einen vertikalen Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform der Pulverisiervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung für Teilchen in einem flüs- sigen Medium,
Fig. 16 einen teilweise gebrochenen Schnitt nach der Linie 16-16 der Fig. 15,
Fig. 17 einen Schnitt nach der Linie 17-17 der Fig. 16,
Fig. 18 einen Schnitt nach der Linie 18-18 der Fig. 17,
Fig.
19 eine Seitenansicht eines in der Vorrichtung nach den Fig. 15 und 16 verwendeten Prall-oder Schlagelements,
Fig. 20 einen Schnitt nach der Linie 20-20 der Fig. 19,
Fig. 21 eine Seitenansicht von der Aussenseite des Schlammrückhalteflügelrades der Vorrichtung nach den Fig. 15 und 16,
Fig. 22 eine Seitenansicht von der Innenseite des rückdruckmindernden Flügelrades der Vorrichtung nach den Fig. 15 und 16,
Fig. 23 einen Schnitt nach der Linie 23-23 der Fig. 22,
Fig. 24 einen Vertikalschnitt einer weiteren Aus führungsform der Pulverisiervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung für Teilchen in einem flüssigen Medium,
Fig. 25 einen Grundriss eines Prall-oder Schlagelements der Vorrichtung nach Fig. 24,
Fig. 26 einen Schnitt nach der Linie 26-26 der Fig. 25,
Fig.
27 einen Schnitt nach der Linie 27-27 der Fig. 25,
Fig. 28 einen Schnitt nach der Linie 28-28 der Fig. 25 und
Fig. 29 einen Schnitt nach der Linie 29-29 der Fig. 25.
Die in der Beschreibung und den Ansprüchen be nutzten Ausdrücke werden wie folgt definiert : Grobe Teilchen-die eine Grösse von nicht mehr als etwa 1,25 cm grössten Durchmesser haben-, hochdehn- bare Stoffe-die eine Dehnung von 30% oder mehr aushalten, bevor sie unter der Zugbeanspruchung brechen-, inertes fluideso Medium-jedes Fluidum, flüssig oder gasförmig, das nicht in eine bemerkenswerte chemische Reaktion mit dem gerade pulverisierten Stoff eintritt und es ausserdem nicht in übermässi- ger Menge auflöst.
Physikalische Grundlagenforschung für die vorliegende Erfindung erhellte, dass verschiedene Materialien der Ausübung von Beanspruchung in charakteristischer Weise entsprechen, was eine grundlegende Verschiedenheit der Struktur nahe legt. Sonach erfahren spröde Materialien einen plötzlichen Bruch, wenn sie bis zur Ermüdung beansprucht werden, ein Phänomen, das bei relativ mässigen Schlag-oder Prallgrössen auftritt, die genügen, um Risse hervorzurufen, die sich hierauf ohne weiteres, mit nur geringem Energieaufwand, längs Ebenen geringer Festigkeit fortpflanzen, die zwischen Schichten von Atomen in dem spröden Atomgitter vorhanden sind.
Solche Ebenen bestehen in sämtlichen Richtungen des Gitterwerks, so dass sich Risse gleichzeitig längs aller drei Achsen bei Energien fortpflanzen, die nur wenig höher als diejenigen sind, die zur Einleitung eines Bruchs in der Prall-oder Schlagrichtung notwendig sind. Dieser dreiaxiale Bruch längs regulärer Ebenen erzeugt geometrisch gestaltete Fragmente oder Bruchstücke, die für Sprödigkeitsbruch kennzeichnend sind.
Ebenen geringer Festigkeit bestehen auch bei dehnbaren oder streckbaren Materialien, die kohäsiven Kräfte zwischen den Atomschichten sind jedoch derart, dass die Schichten in einer Weise schlüpfen oder gleiten, die die ausgeübte Beanspruchung entlasten, statt dass sie zum Bruch Anlass geben, wie im Falle von spröden Materialien. Wenn das Ausmass der ausgeübten Beanspruchung zunimmt, nimmt auch der relative Widerstand gegen plastischen Schlupf zu, und zwar infolge von interatomarer Trägheit und reibungsund viscoelastischen Effekten.
Sonach erreicht, bei sehr hohen Ausmassen von ausgeübter Beanspruchung, d. h. hohen Prall-oder Schlaggeschwindigkeiten, die Beanspruchung letzte Spannungswerte, bevor ein merkli- cher Schlupf auftreten kann, worauf das dehn-oder streckbare Material in dreiaxialem Bruch durch denselben Mechanismus wie ein sprödes Material versagt oder bricht.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, Stoffe in weitgehend sprödem Bruch zu pulverisieren, worunter praktisch eine Zerkleinerung innerhalb von 30 S oder weniger der von dem Stoff gezeigten letzten Deh nung verstanden wird, und dies bei Umgebungstemperaturen oberhalb etwa minus 40 C zu tun.
Es wurde gefunden, dass hoch dehnbare oder streckbare Materialien, um einen Bruch zu bewirken, eine Arbeitsaufnahme erfordern, die eine Funktion der Beanspruchung ist, bei der der Bruch erreicht wird.
Die Arbeitsaufnahme für ein typisch hochdehnbares oder streckbares Material ist Fig. 1 zu entnehmen.
Das als Beispiel für die Brechversuche nach Fig. 1 gewählte Material war ein typischer Thermoplast, näm- lich das Polyamid 6-6 Nylon, unter dem das Reaktionsprodukt von Hexamethylendiamin (das 6 C-Atome hat) und Adipinsäure (die ebenfalls 6 C-Atome hat) verstanden wird, was im vorliegenden Fall ein Molekulargewicht von etwa 100 000 besass. Die Darstellung zeigt, dass der Bruch der drei Proben im wesentlichen identische physikalische Eigenschaften bei verschiedenen Schergrössen hat, die sich entsprechend von einer sehr hohen Schergeschwindigkeitsgrösse A von annähernd 336 m/sec,
über eine begrenzt hohe Schergeschwindigkeit B von annähernd 180 m/sec zu einer verhältnismässig niedrigen Schergeschwindigkeit C von etwa 61 m/sec ändern. In allen Fällen ist der Brechpunkt der Probe angegeben, und es ergab sich aus umfangreicher Versucherfahrung, dass ein Bruch längs einer Kurve D eintritt, die die Brechpunkte der verschiedenen Proben miteinander verbindet. Die kreuzschraffierten Flächen unter den drei Kurven A, B und C bilden ein direktes Mass der Arbeit, die zum Scheren der Proben erforderlich ist, und diese Arbeit belief sich auf annähernd 16,7 kcal/kg bei Geschwindigkeit A, 33,4 kcal/kg bei Geschwindigkeit B und 66,8 kcal/kg bei Geschwindigkeit C.
Der die Freisetzung von 66,2 kcal/kg (nämlich Geschwindigkeit C) begleitende Temperaturenanstieg entspricht unter gewöhnlichen Umständen, praktisch anwendbarer Geschwindigkeit von Wärmeübertragungs- möglichkeiten und dergleichen, etwa 150 C, was für Nylon 6-6 viel zu hoch ist, insofern als das Polymer sowohl weich wird als auch einen Wärmeabbau bei dieser herrschenden Temperatur erleidet.
Im Gegensatz hierzu entspricht ein Scheren bei Geschwindigkeit B annähernd einem Temperaturanstieg von nur etwa 75 C, der bei Produktdurchsätzen im typischen Bereich von etwa 180-450 kg/h für das nachfolgend geschilderte Gasphasenausführungsbeispiel hingenommen werden kann ; dies stellt einen wirtschaftlichen Produktionswert dar.
Bei gewissen Materialarten kann es vorteilhaft sein, die Grössenminderung sogar bei höheren Schergeschwin digkeiten durchzuführen, die sich einer praktisch in Betracht kommenden Grenze von etwa der Geschwindigkeit A nähern und im allgemeinen irgendwo innerhalb des Bereiches zu mahlen, der von den Kurven begrenzt wird, wobei das Äquivalent von A und B aus dem Gesichtspunkt der Wärmeabgabe als Funktion der Schergeschwindigkeit völlig zufriedenstellt.
Natürlich versteht sich, dass die zum Brechen spezifischer Polymere notwendige Arbeit bei jedem Polymer etwas schwankt, und ausserdem, dass der annehmbare Temperaturanstieg in jedem Falle von der Art des zu pulverisierenden Materials abhängt. Als allgemeine Regel lässt sich indessen sagen, dass die bei Schlaggeschwindigkeiten in dem Bereich von etwa 180 m/sec bis etwa 760 m/sec durchgeführte Grössenminderung für die meisten thermoplastischen Werkstoffe, wie z. B.
Polyester, Polyamide und ungesättigte Poly-Verbindungen als Klasse genommen befriedigt. Ausserdem weisen metallische Stoffe, sowohl Elemente wie Legierungen, die hohe Duktilitäten bis etwa 30% Dehnung vor dem Brechen besitzen, Brucheigenschaften auf, die sie in die Familie hoch dehnbarer oder streckbarer Materialien bringen, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht.
Sonach betrifft diese Erfindung Pulverisierung hoch dehnbarer oder streckbarer Materialien insbesondere bei Schergrössen, die einen Teilchenbruch bei Dehnungen bewirken, die kleiner als etwa 30 % der zuletzt beteiligten Dehnung des Materials sind, was im Falle von 6-6 Nylon etwa 150 % Dehnung entspricht, wobei die letzte Dehnung etwa 500% ausmacht, oder einem äquivalenten Ziehverhältnis von etwa 2,5.
Es versteht sich, dass die oben erörterten Schlaggeschwindigkeiten die wahren relativen Geschwindigkeiten des Sclllaggerätes hinsichtlich des zu pulverisierenden Materials sind, und nicht lediglich die absoluten Geschwindigkeiten der Schlagelemente. Diese Geschwindigkeiten liegen somit bezogen auf Flüssigkeiten als Fluidum, in der Grössenordnung von 0,1 Mach bis über 1,0 Mach (bezogen auf Gase sogar höher) und werden nur durch besondere Ausbildung und Anordnung der Schlagelemente, Lager und andere Maschinenteile erreicht. Notwendig ist auch, die Baumaterialien der Pulverisiervorrichtung sorgfältig zu wählen, da der Betrieb in einem Geschwindigkeitsbereich erfolgt, der Beanspruchungen ausübt, die an die äu ssersten Festigkeitsgrenzen heranreichen.
In gleicher Weise ist aber auch die Tatsache wichtig, dass die Schlagelemente stromlinienförmig ausgebildet sind, was Schockwellenerscheinungen weitgehend vermindert, die eine relative Schlag-zu-Teilchen-Bewegung mindern und gleichlaufend Reibungswärmeverluste herabsetzt, die aus der Berührung mit dem inerten fluiden Träger- medium entstehen.
Eine bevorzugte Ausbildung der Vorrichtung zur Pulverisierung hoch dehnbarer oder streckbarer, in Luft als den inerten fluiden Medium suspendierter Materialien ist den Fig. 2-14 zu entnehmen. Hier sind zwei gegenläufig rotierende Organe vorgesehen, um die sehr hohen Schlaggeschwindigkeiten zu erzielen, die gemäss der vorliegenden Erfindung angewendet werden, wobei das oberste der chargenlenkende Rotor ist, der insgesamt mit 10 bezeichnet ist, während das untere Organ der die Schlagelemente tragende Rotor 11 ist.
Der Rotor 10 ist an seiner Nabe 12 mit dem unteren Ende der Triebwelle 15 fest verbunden, die in Traglagern 16,16'gelagert ist und von einem nicht veranschaulichten Motor angetrieben wird, der mit ihrem oberen Ende verkeilt ist. In gleicher Weise ist der Rotor 11 an der Antriebswelle 18 fest angebracht, die in Traglagern 19,19'gelagert ist und von einem zweiten, nicht veranschaulichten Motor angetrieben wird, der mit ihrem unteren Ende verkeilt ist. Die Rotoren sind innerhalb eines dreiteiligen Gehäuses angeordnet, das aus einem Oberteil 22, einem Mittelteil 23 und einem Bodenteil 24 besteht, die über aus einem Stück mit ihnen bestehende angrenzende Flansche und Maschinenschrauben 25 miteinander vereinigt sind.
Das Teil 22 ist innen mit einem nach unten hängenden Dichtring 26 versehen, der durch Maschinenschrauben 27 in seiner Lage gehalten wird. Der Chargeneinlass- anschluss 28 mündet an den Innenumfang des Dichtrings 26 aus, während Kühlluft durch den Einlass- anschluss 29 zugeführt wird, der ausserhalb des Dichtringes mündet.
Das Mittelteil 23 bildet die äussere Wandung eines Kühlmantels 32, dessen innere Wandung ein massiver Metallring 33 aus einer abriebbeständigen Legierung ist (z. B. 18,5 % Cr. 2, 5 % C, 0,5 % Si, merkliche Mengen V oder Mo, Rest Eisen) oder die statt dessen aus einem hochfesten Legierungsstahl bestehen kann, der an allen Innenoberflächen gegenüber den Rotoren 10 und 11 mit Stellit oder anderen äusserst harten Schutz überzügen beschichtet sein kann. Innerhalb des Mantels 32 ist eine kühlflusslenkende Schlange 34 angeordnet, die aus Metall bestehen kann, das sowohl mit 23 als auch 33 zur Bildung einer einstückigen Baueinheit verbunden sein kann.
In den Mantel 32 führen Kühl wassereinlass-und Austrittsöffnungen 35 bzw. 36.
Schliesslich ist ein massiver Luftstrom beschränkender MetaIIring 39 vorgesehen, der von der oberen Oberfläche des Ringes 33 radial einwärts reicht und peripher mit diesem verschweisst ist.
Der Bodenteil 24 ist so ausgebildet, dass er einen schneckenförmigen Produktträgergas-Auslasskanal 40 bildet, der an der Innenseite mit einer-abriebbe- ständigen Metallverkleidung 41 beschichtet ist und in eine Produktauslassöffnung 42 mündet. Dieser Teil trägt durch Schraubenbefestigung 44 am inneren Flansch 45 eine ringförmige Grundplatte 46, die so gearbeitet ist, dass ihre Form der Bodenoberfläche des Rotors 11 entspricht, mit einem engen Spielraum, der das Her übertragen wesentlicher Mengen von Produkt wehrt, das in dem Inertgasträgerstrom mibgetragen wird.
Ein mittiges Abschlussstück 47 am Bodenteil 24 dichtet die Pulverisierkammer ab, und diese ist mit einem Gaszu fuhrauslass 48 versehen, durch den Gas unter Druck eingeführt wird, um den Zwischenraum zwischen dem Rotor 11 und der Grundplatte 46 auszureiben und ihn von Teilchen sauber zu halten, die, wenn sie hier entstanden sind, die Rotation stören können.
Während Fig. 2 auf eine Ausbildung der Vorrichtung abgestellt ist, zu der die Fig. 3,4 und 5 abgewandelte Ausführungsformen darstellen, sind die Ausbildungen des chargenlenkenden Rotors 10 identisch, ausgenommen in den nachfolgend beschriebenen Einzelheiten, so dass die Darstellung durch Bezugnahme auf alle diese Figuren insgesamt erfolgen kann. Der chargenlenkende Rotor 10 weist eine massive Platte 51 auf, die abwärts zu einer Stelle etwa 0,10 Rotor Durchmesser von dem Umfang in radial auswärts laufender Richtung von der Mitte der Welle 15 unter einem Winkel von etwa 15 geneigt und mit einer Vielzahl aufrechter Flügel 53 (in diesem Beispiel 16 an Zahl) versehen ist.
Die Flügel 53 sind längs ihrer Bodenoberflächen an einer Platte 51 fest angebracht und zusätzlich an ihren äusseren Enden an einem Lüfterring 54 angebracht, der an seiner oberen Aussenfläche mit einer Vielzahl kurzer Lüfterschaufeln 55 versehen ist (die in den Fig. 3 und 4 nicht veranschaulicht sind), die Abschreckluft durch die Mündung 29 ziehen können, falls zusätzliche Kühlung oder mittels Luft erfolgendes Auskehren des Produktes aus der Pulverisierkammer heraus gewünscht wird.
Für zusätzliche Festigkeit können die Lüfterschaufeln 55 ein gegen die anderen durch Anbringung an einem zusammenhängenden oberen dort angeschweissten Ring 56 ausgesteift sein, der mit dem Ring 39 unter einem engen Spiel so zusammentrifft, dass der hauptsächliche Lufteinlass des Lüfters über die ringförmige Öffnung 57 erfolgt.
Wie Fig. 5 zeigt, ist es zu bevorzugen, die Spitzen der Flügel 53 mit Schlägerelementen 58 zu versehen, die aus Stellitp oder dergleichen bestehen und zu einem vergrösserten Querschnitt radial auswärts des Rotors 10 verjüngt sind, wobei die Schlägerelemente, z. B. durch Schweissen oder Löten, innerhalb passender Aussparungen angeordnet sind, die in den Aussen- enden der Flügel eingearbeitet sind.
Die Nabe 12 des Rotors 10 ist oben mit einem Chargenverteiler 61 versehen, der dort mit Maschinenschrauben 62 angebracht ist, wobei der Verteiler typisch mit vier Flügeln 63 ausgestattet ist, die in gleichem Abstand seitlich unter Zwischenräumen von 90 angeordnet sind.
Was nun die Ausbildung des Rotors 11 in der Vorrichtung nach den Fig. 2 und 6 anlangt, so werden bei einer bevorzugten Vorrichtung zwei Reihen Schlagelemente, beide an dem untersten, mit dem Rotor 10 zusammenwirkenden Rotor angeordnet. Die erste Reihe hat aufrechte Zähne 66, die gleichmässig um den Umfang des Rotors 11 unter Zwischenräumen von etwa 6 angeordnet sind, wobei zwischen einer Nachlaufkante und einer Führungskante ein freier Raum von etwa 0,5 Zahnbreite vorgesehen ist. Die Zähne 66 springen für gewöhnlich zu den Radien der Rotoren 10 und 11 über die volle Höhe der verschiedenen, durch die Flügel 53 bestimmten Chargenaustragbahnen unter einem radialen freien Abstand von etwa 6,5 mm von dem Umfang der Platte 51 vor.
Die zweite Reihe der Schlagelemente besteht aus Zähnen 67, die an denselben allgemeinen radialen Linien des Rotors 11 als Zähne 66 angeordnet, aber 90 hierzu ausgerichtet sind, so dass sie im allgemeinen horizontal liegen. Die Zähne 67 können etwa dieselbe Höhe wie die Zähne 66 haben, aber abweichend ausgebildet sein, wie später im einzelnen geschildert werden wird, und eng (z. B. mit etwa 6,5 mm freiem Raum) mit Bezug auf die benachbarte Aussenfläche des Ringes 33 passen.
Die innere Aussenfläche dieses Ringes ist vorzugsweise zu einer oberen gekrümmten Oberfläche 68 gegenüber den Zähnen 66 so bearbeitet, dass feste, an der ersten Reihe der Schlagelemente vorbeilaufende Teilchen in eine Linie zurückgelenkt werden, die im allgemeinen senkrecht zur Bewegungsbahn der Zähne 67 verläuft, während der untere Endrand 69 der Oberfläche 68 radial einwärts des Rotors 11 leicht überlappend zu den Enden der Zähne 67 angeordnet ist, um hierdurch einen Nebenweg vom Material unter Vermeidung der zweiten Reihe der Schlagelemente zu verhindern. Der untere Rand des Ringes 33 ist bei 70 (Fig. 2, rechte Seite) ausgespart, damit ein Prallstock oder Amboss entsteht, gegen den Teilchen mittels der Zähne 67 geschleudert. werden.
Die Einrichtung der Schlagelemente bei der Ausbildung nach den Fig. 3 bis 5 weicht von derjenigen nach den Fig. 2 und 6 nur darin ab, dass eine Reihe zusätzlicher Zähne, nämlich die mit 74 bezifferten, in abwärts geneigter Lage von dem Lüfterring 54, einstückig mit dem Rotor 10'so angeordnet sind, dass sie mit zwei Reihen aufrechter, vom Rotor 11'getragener Zähne 75 identischer Ausbildung kämmen. Vorzugsweise wird der Oberteil des Rotors 11'peripher so ausgespart, dass ein enges Spiel zeigender, konkaver Spurweg 76 gegenüber den Zähnen 74 für verbesserte Pulverisierwirkung geschaffen wird. Bei dieser Ausfüh- rungsform sind horizontal angeordnete Zähne, wie z.
B. die mit 67 bezifferten Zähne, nach den Fig. 2 und 6 entbehrlich, und sämtliche verwendeten Zähne können mit den mit 66 bezifferten Zähnen identisch ausgebildet sein.
Es leuchtet ein, dass es möglich ist, mehr als einen Satz miteinander kämmender Schlagelemente vorzusehen, in dem eine Mehrzahl von Reihen abwärts angeordneter Zähne 74 an dem oberen Rotor 10 angeordnet wird, die mit benachbarten Reihen von Zäh- nen 75 am unteren Rotor zusammenwirken ; Untersuchungen ergaben indessen, dass mehr als vier Reihen Schlagelemente selten vorteilhaft sind. Ausserdem ist es praktisch zweckmässig, eine Reihe horizontal angeordneter Zähne, wie z. B. 67 nach den Fig. 2 und 6, an dem Umfang des unteren Rotors anzuordnen und so auszubilden, dass sie kämmende Zähne enthalten, doch ist die zusätzliche Ausgabe nicht gerechtfertigt.
Eine weite Mannigfaltigkeit von Schlagelement zahnformen ist praktisch für Vorrichtungen in der Ausbildung gemäss der vorliegenden Erfindung möglich.
Diese Formen sollen aber sorgfältig stromlinienartig sein, um einen Luftflügelwiderstand gegenüber dem Fluidum innerhalb der Pulverisierzone darzubieten, um auf die Bewahrung von Antriebsleistung, die Beseitigung von Reibungswärme bedacht zu sein, ferner eine echte Berührungsgeschwindigkeit von Stosswellen aus einem nichtstromlinienartigen Fluss zu erzielen und, am wichtigsten, die schweren Stossbelastungen tragbar zu machen, die bei Teilchenkollisionen bei den auftretenden hohen Geschwindigkeiten vorkommen.
Im allgemeinen sollte die Stromlinienformung genügend wirk- sam sein derart, dass der Leistungsverbrauch kleiner als etwa 0,2 KW/cm stirnseitiger Schaufellänge ist, die in partikelnfreier Luft bei 305 m/sec wandert oder weniger als etwa 0,22 KW/cm in Wasser bei 76 m/sec.
Verhältnismässig dünne Elemente mit Querschnitten, die sich von im allgemeinen rechtwinkliger zu Diamantform gemäss der Fig. 7 ändern, wenn sie in der Richtung des Pfeiles bewegt werden, besitzen stromlinienförmige Eigenschaften, die sie mindestens teilweise für die Zwecke der vorliegenden Erfindung wirksam machen. Von diesen wird vorzugsweise eine Abwandlung der bei 7d veranschaulichten Ausbildung für die mit 66 bezifferten Zähne (Fig. 2) und 74 und 75 (Fig. 3 und 4) benutzt, während eine im Querschnitt rechtwinklige Schaufel mit Seitenaufrissprofil gemäss der Fig. 8 für Zähne 67 (Fig. 6) bevorzugt ist.
Im allgemeinen gilt, wie gefunden wurde, das Ver hältnis L/T (d. h. Länge dividiert durch Dicke) grösser als etwa 6 : 1 sein soll, um hohe stirnseitige Reibungsverluste zu vermeiden. Eine obere Grenze von etwa 15 : 1 ist notwendig, um eine Sicherung gegen Zusammenfallen der Stromlinien an den Nachlaufkanten der Schlagelemente zusammen mit damit einhergehender örtlicher Überhitzung zu schaffen. Ein bevorzugtes Ver hältnis beträgt etwa 12 : 1.
Ein Angriffswinkel (d. h. Neigung der Führungs- kante des Schlagelementes zur augenblicklichen Geschwindigkeitsrichtung) von weniger als etwa 15 (vorzugsweise Null) ist wesentlich, um ein übermässiges Pumpen mit dabei auftretenden Reibungsverlusten zu vermeiden. Der Angriffswinkel bildet in geometrischen Begriffen den Winkel zwischen einer Ebene, die durch die Führungs-und Nachlaufkanten des Schlagelementes läuft, und eine Tangente, die zum Radius des Rotors am Mittelpunkt des Schlagelementes gezogen ist.
Zusätzlich sollen Schlagelemente richtige Grössen- verhältnisse besitzen, um den schweren Schlagkräften zu widerstehen, die das Pulverisierverfahren begleiten.
Dies ist wegen der äussersten Zugbeanspruchungen der Fall, die während des Prozesses in den Materialien entwickelt werden, und die die äusserste Zugfestigkeit der verfügbaren Konstruktionsmaterialien erreichen. Sonach soll eine Ausführung, die die Beanspruchung in dem Bereich der Anbringung des Elementes am Triebteil vervielfacht, vermieden werden. Die folgenden allgemeinen Grenzen kommen in Betracht :
1. das Verhältnis h/L (d. h. Höhe dividiert durch Länge) sollte kleiner als etwa 2 sein und vorzugsweise etwa 0,8 sein, während
2. das Verhältnis von vorstehenden Flächen zu Flächen am Fuss gleicher Weise 2, vorzugsweise etwa 0,8 nicht überschreiten sollte.
Diese beiden Verhältnisse lassen sich durch spezielle aussteifende Formgebung an Fuss und Boden erhöhen, vorausgesetzt, dass das gesamte stromlinienförmige Flussbild hierdurch nicht gestört wird.
Unter Anwendung dieser Grundsätze ist eine bevorzugte Schlagelementausbildung für die Zähne 66,74 und 75 die in Fig. 9 perspektivisch dargestellte, wäh- rend hinsichtlich der Abmessungsverhältnisse nach den Fig. 10 und 10a die Richtung des Antriebs während der Pulverisierung durch die neben jeder der Darstellungen eingezeichneten Pfeile angegeben wird. Man sieht, dass dieser Zahn im allgemeinen halbdiamantoder rautenförmigen Querschnitt hat, der sich zunehmend zur verminderten Fläche am Rücken verjüngt, wobei die Flachseite des Zahnes zum Chargenmaterialeingang gerichtet ist, wie es besonders die Fig. 3 und 6 zeigen.
Als notwendiger Kompromiss zur Erzielung höchster Festigkeit wurde das L/T-Verhältnis am Fuss als grösste Grenze von 6 : 1 gewählt, mit einer Ver jüngung zum Idealwert von 12 : 1 am Rücken.
Alle Schlagelemente sollen aus Metallen oder Legierungen bestehen, die eine Arbeitsfestigkeit von etwa 5600 kg/cm2 oder mehr, vorzugsweise etwa 10500 kg/cm2 besitzen, während die. Herstellungstech- nik derart sein sollte, dass eine homogene Entwicklung mechanischer Eigenschaften in dem ganzen Volumen der Elemente gewährleistet wird.
Die Schlagelemente bestehen vorzugsweise aus einem Stück mit den Bodenteilen 77 und 78, wie es die Fig. 8 bzw. 9 zeigen, und sie können zu einer Mannigfaltigkeit von Querschnitten geformt sein, die sie für verriegelnde Anbringung innerhalb passender Nuten in ihren Tragrotoren geeignet macht. Sonach können die Füsse einen trapezförmigen Querschnitt 81 oder einen umgekehrten trapezförmigen Querschnitt mit vergrösserter Basiserstreckung wie bei 82 in Fig. 12 aufweisen.
Der Zusammenbau wird dadurch erleichtert, dass in den Rotoren ein weggeschnittener Bereich vorgesehen wird, der etwas grösser als eine Basis-oder Fusslänge ist, so dass einzelne Zähne darin angeordnet sein können und danach längs der Haltenut gleiten, bis die Reihe vollständig gefüllt ist, worauf der Eintrittsweg durch Verschweissen oder in anderer Weise verschlossen wird.
Noch eine andere Art der Anbringung ist Fig. 13 zu entnehmen, wo der Fuss oder die Basis mit einer stark geneigten Kante an der Oberfläche 83 ausgebildet ist, die zur Mitte des Rotors 11 hin und einer fast vertikalen entgegengesetzten Oberfläche 84 angeordnet ist. Diese Ausbildung eignet sich für verkittete Befestigung an der Rotorlängsoberfläche 83, während die die Elemente aufnehmende Nut 85 zu dem veran schaulichten Ausmass rund um den ganzen Umfang offen ist, so dass sich alle Elemente einfach dadurch an ihren Platz setzen lassen, dass sie an irgendeiner
Stelle am Umfang des Rotors eingeschoben werden.
Eine abweichende Art der Befestigung oder An bringung ist für die horizontalen Schlagelemente 67 zu bevorzugen, wobei das Verriegelungsstück 88 (Fig. 14) benutzt wird, an dem der Zahn 67 durch Schweissen angebracht wird, oder mit dem er aus einem Teil be steht. Dieses Verriegelungsstück passt in eine horizon tale, um den Umfang des Rotors 11 eingearbeitete Nut, mit dem die Befestigung mittels eines Paares Maschi nenschrauben bewirkt wird, die durch gebohrte Löcher 89 greifen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung zum Pulverisieren von Material in einem flüssigen Me dium ist den Fig. 15-23 zu entnehmen.
Hier ist eine einzige Antriebswelle 93 vorgesehen, die sich in Lagern 95 und 96 dreht, die von dem
Gestell getragen werden, das allgemein mit 97 beziffert ist. Die Schlagelemente sind mittels eines Keiles
94 am Aussenende der Welle 93 sicher angebracht und weisen drei gleich grosse schaufelförmige Gebilde 98 (Aussendurchmesser etwa 21 cm) auf. Ein inneres Flü gelrad 99 (Aussendurchmesser etwa 16 cm) ist zur Verminderung des Rückdrucks auf den nachfolgend be schriebenen Wellendichtring vorgesehen. Ein Schlamm rückhalt-Flügelrad 103 ist ausserhalb der Schlaggebilde angeordnet, während die ganze Baugruppe mittels einer Mutter 104, die auf das Gewindeende der Welle 93 aufgeschraubt ist, dicht und fest an ihrer Stelle gehalten wird.
Die Schlagelemente und die Flügel-oder Impulsräder sind mittels Unterlegscheiben 100 von etwa 3,2 mm Dicke gegeneinander getrennt, wodurch ein gleicher axialer Spielraum zwischen ihnen geschaffen wird.
Die Pulverisierkammer besteht aus einem Gehäuse allgemein mit 105 bezeichnet, das eine zweiteilige, mit Bolzenverbindung versehene Flanschkonstruktion ist, die einen die Schlagelemente einbeziehenden Zusammenbau gestatten. Die Kammer hat einen inneren Dichtring 106, der ein Lecken längs der Welle 93 wehrt, und entgegengesetzt dazu einen Einlassanschluss
107, um die Charge in die Vorrichtung hinein axial zur Antriebswelle zu lenken.
Eine Baugruppe aus einer Zerstörungsplatte 111 und einem Gitter 112 umschliesst den Pulverisierkopf um den ganzen Umfang herum, während jede aus dem Pulverisierbereich entweichende Charge durch einen Bodensammler 115 abgezogen wird, der in den ringförmigen freien Raum 116 radial auswärts der Zerstörungsplatte 111-Gitter 112 mündet. Pulverisierter Produktaustrag erfolgt über den Aus lassanschluss 108.
Die einzelne Ausbildung der Schlagelemente 198 ist den Fig. 19 und 20 zu entnehmen, sie bestehen aus einheitlichen Rotoren mit zwei diametral zueinander angeordneten Armen, die längs ihrer Rückenlinien kreisförmig gekrümmt und an beiden Seiten mit stromlinienförmigen Schaufelkanten mit einem Einschluss- winkel von etwa 30 versehen sind (Fig. 20). Die Leitkanten des Rotors haben die Bezifferung 117 (Fig. 19) und sind unter einem Winkel a (etwa 45 ) in Richtung der Rotation geneigt, gemessen vom Mittelpunkt des auf der Durchmesserlinie d liegenden Radius.
In gleicher Weise ist der Einstellwinkel b der nachlaufenden zugeschärften Kanten 118, bezogen auf denselben Durchmesser d, der in der umgekehrten Richtung ge messene ; er kann etwa 15 betragen. Die Längen der Kanten 117 sind etwa 1,25 cm, während diejenigen Kanten 118 etwa 2,6 cm betragen können. Zum sicheren Halten sind zwei Keilbahnen 94e und 94f im Ab stand von etwa 90 in jedem Rotor vorgesehen.
Wie Fig. 21 zeigt, ist das Schlammrückhalt-Flügel- rad 103 ein kreisförmiger Rotor, der an seiner Au ssenfläche mit zwei Sätzen aus jeweils vier, im Querschnitt rechtwinkligen Schaufeln 121 (z. B. etwa 0,65 cm breit, etwa 6,5 cm lang) bzw. 122 (z. B. etwa 0,65 cm breit, etwa 2,6 cm lang) unter Abstän- den gleicher Winkel um den Umfang herum und über die Peripherie radial eine Strecke von etwa 0,96 cm überhängend angeordnet. Keilbahnen 94g und 94h dienen der Befestigung an der Welle 93.
Ein innerer Antreiber oder Flügelrad 99 ist eine im allgemeinen flache Scheibe, die mit einer Vielzahl von, bei diesem Beispiel 8, im gleichen Winkelabstand zueinander angeordneten, radial gerichteten Nuten 123 versehen ist, die peripher zur Scheibe ausmünden und eine Länge (etwa 5,2 cm) von annähernd Dreivierteln der Breite der Scheibe haben. Die Tiefe der Nuten 123 kann etwa 0,32 cm, die Breite etwa 0,65 cm betragen, was bei Ausrichtung entgegengesetzt zur Zuführrichtung in die Vorrichtung hinein dahin wirkt, dass der Dichtring 106 von übermässigen Drücken von Zentrifugalaustrag von Material aus diesem Bereich heraus entlastet wird.
Der Antreiber 99 ist an der Welle 93 mittels Keilbefestigung über Keilschlitze 94i und 94j sicher angebracht.
Die Fig. 16-18 zeigen eine Zerstörungsplatte 111 sowie ein Glasiergitter 112, die zylindrisch ausgebildet sind, wobei das Gitter radial auswärts der Platte angeordnet ist, und beide im allgemeinen koaxial zur Welle 93 mit einem freien Raum von etwa 0,32 cm hinsichtlich der Schlagelemente 98 liegen. Vorzugs- weise sind beide Wandungen des Gehäuses 105 mit peripher bearbeiteten Ansätzen 126 versehen, an denen ein Käfig 127 anstösst, der die Zerstörungsplatte mit Gitter rückwärtig abstützt. Dieser Käfig wird mittels Ringen 128 und 129 an seinem Platz gehalten, die sicher gegen die Innenwandung des Gehäuses mittels einer Anzahl Bolzen 130 vorbelastet sind, die in regelmässigen Abständen um den Umfang herum angeordnet sind.
Eine zusätzliche Aussteifung erfolgt durch einen Spaltring 132 (Fig. 16), der mit einer Anzahl radial angeordneter massiver Platten 133 versehen ist, die mit dem Ring ein Stück bilden, der am Schirm 112 in häufigen Abständen um den Käfig herum an Stellen entgegengesetzt den massiven Querteilen ansto ssen, die die Öffnungen in der Zerstörungsplatte 111 bestimmen, wie es Fig. 18 zeigt. Die Kanten der Platten 133 passen gleitend in radiale Nuten 135, die in den Käfig 127 und Ringe 128 und 129 eingeschnitten sind, um Sicherheit gegen winklige Unflucht bezüglich des Zerstörungsgitters 111 zu gewährleisten. Wird der Zugbolzen 134 angezogen, nimmt der Umfang des Ringes 132 ab, was die Platten 133 bündig dicht an das Gitter 112 und die Zerstörungsplatte 111 anbringt.
Das Gitter 112 kann etwa ein 40-Maschengitter sein, während die Zerstörungsplatte mit rechtwinkligen Öff- nungen geformt sein kann, die etwa 2,6 X 2,6 cm gross sind.
Eine abgewandelte Ausführungsform einer mit flüs- siger Phase getriebenen Vorrichtung, bei der die Grö- ssenmassbewahrungsgitter und die Zerstörungs-oder Abnutzungsplatten entbehrlich sind, ist den Fig. 24 bis 29 zu entnehmen.
Die Antriebswelle 139 liegt bei diesem Beispiel vertikal und dreht sich in Lagern 140 und 141, die von dem allgemein mit 142 bezifferten Gestell getragen werden. Die Welle ist mittels einer mit Brille versehenen Stopfbüchse 143 dicht verschlossen, während das äussere Ende der Welle von einem allgemein mit 144 bezifferten zylindrischen Gehäuse umschlossen wird, das an der Innenseite mit abriebbeständigen Futtern 145 ausgekleidet und mit einer Vielzahl fester, übereinander angeordneter Ringunterteile 146 versehen ist, die sich eine Gesamtstrecke von etwa einem Drittel des Gehäusedurchmessers radial einwärts erstrecken.
Diese Unterteiler bestimmen eine Aufeinanderfolge von acht Pulverisierunterkammern 147, wobei innerhalb jeder dieser Kammern eines der Schlagelemente 148 mittig angeordnet ist. Ein Chargeneinlassanschluss 149 mündet in die unterste Unterkammer 147, während ein Produktaustraganschluss 150 von dem Oberteil des Gehäuses 144 wegführt.
Jedes der Schlagelemente 148 ist fest, z. B. durch dichte Reibungspassung an der Welle 139 angebracht, während Hülsen 154 dazu dienen, sie im Abstand von seinen Nachbarelementen zu halten ; die ganze Gruppe wird mittels einer Sperrmutter 156 an ihrem Platz auf der Welle gehalten.
Schlagelemente 148 haben vorzugsweise die in Fig. 25-29 veranschaulichte Ausbildung. In diesem Falle bestehen sie aus dünnen Kammern (typisch etwa 0, 15 cm dick), zwölfzahnigen Gebilden, wobei abwech- selnde Zähne aus der Ebene des Rotors nach rechts und links heraus geneigt sind (Fig. 26), und zwar unter einem Winkel e von etwa 15 .
Die geradseitigen Führungskanten 157 sind durch Zuschrägung über die ganze Kante für eine Länge von etwa 5,2 cm geschert, wobei ein Einschlusswinkel der Schaufel von annähernd 30 verbleibt (Fig. 28 und 29), während die Bodenseite jedes Elementes mit vier in gleichem Abstand herausgeschnittenen Lappen 158 versehen ist, die unter einem Winkel von etwa 30 von der Drehrichtung weg geneigt sind, um eine Pumpwirkung innerhalb jeder Unterkammer 147 zu schaffen.
Die Wirkungsweise der Ausführungsform nach den Fig. 24-29 gleicht der zuvor beschriebenen für die Vorrichtung nach den Fig. 15-23, mit einer Betriebsgeschwindigkeit von typisch 2700 U./min für die Schlagelemente 148 mit einem Gesamtdurchmesser von etwa 52 cm. Die Lappen 158 tragen indessen zu einer toroiden Pumpwirkung bei, die die kleineren Teilchengrössen, vorzugsweise aufwärts von der untersten Unterkammer 147 zur obersten, vorbewegt, wobei eine Pulverisierung zu feineren Grössen nachfolgend in jeder der acht Unterkammern 147 geschieht, wenn eine frei geworden ist und eine neue dem Material im Fluss durch die Vorrichtung hindurch dargeboten wird.
Die wahlweise Ausführung hat den Vorteil, dass sich zu sätzliche Kühlung ohne weiteres erzielen lässt, indem das Gehäuse 144 mit einem äusseren Kühlmantel versehen wird.
Es sei erwähnt, dass dieselben kritischen Massver- hältnisse, die für die Zähne 66, z. B. der Gasphasenausführung, anwendbar sind, in gleicher Weise auf die Schlagelemente 98 und 148 der mit flüssiger Phase betriebenen Vorrichtung anwendbar sind. Für letztere bestehen jedoch gewisse Vereinfachungen, da die schlagenden Kanten in Ebenen radial zur Antriebswelle liegen, unter welchen Umständen kein zentrifugales Biegemoment besteht und die Elemente flach sein und au sserdem als einteiliger radialer Fortsatz des Rotors ausgebildet sein können.
Die folgenden Versuche wurden an einem Mahlwerk gemäss den Fig. 2-6 durchgeführt, doch waren horizontale Zähne 67 fortgelassen. Der Rotor 11 besass einen Durchmesser von etwa 70 cm und war mit 59 Schlagelementen in einer Teilung von annähernd 3,6 cm versehen. Die Höhe vom Fuss zur Spitze der Schlagelemente betrug etwa 2,6 cm, die Dicke lag im Bereich von etwa 0,32 cm am Fuss bis etwa 0,2 cm am Rücken, während die Länge etwa 2,6 cm war.
Die Charge wurde in einem Luftstrom mit etwa 0, 5 kg Feststoff/kg Luft/min eingetragen und der Vorrichtung mit einer Feststoffzufuhr von etwa 900 kg/h zugeführt. In allen Fällen war die Geschwindigkeit des Rotors 10 gleich 3500 U./min, während diejenige des Rotors 11 6000 U./min betrug. Dies entsprach einer Schergeschwindigkeit von rund 335 m/sec, innerhalb des durch die Kurve A, B begrenzten Bereiches der Fig. 1. Der Leistungsverbrauch pro 0,45 kg Produkt war annähernd 0,1 PS für alle Durchgänge.
Beispiel 1
Das pulverisierte Material war unter dem Handelsnamen Nylon 6-6 bekanntes Material, ein Kondensationspolymer aus Hexamethylendiamin und Adipinsäure (Molekulargewicht annähernd 100 000), das in die Vorrichtung in Form von Körnern eingeführt wurde, deren mittlerer Durchmesser etwa 0,65 cm betrug, wobei 0% durch ein 20-Maschengitter durchging.
Der folgende Grössenminderungsfortschritt wurde beobachtet : Siebanalysen des Produktes in Ausdrücken von Gew. % durch Normalsiebe gegebener Maschengrösse :
Maschengrösse des Siebes = 20 40 60 80 100 a) Erster Durchgang durch die Vorrichtung :
Temperatur bei Start 37,7 C, am Ende 49 C
Feststoffdurchsatz 22,5 kg 26,6% 6,2% 2,1 % 2,1 % 2, 1 % b) Zweiter Durchgang durch die Vorrichtung :
Temperatur bei Start 37,7 C, am Ende 46 C
Feststoffdurchsatz 20, 2 kg 59,3 % 24, 2 % 9,2 % 5,5 % 5,5 % c) Dritter Durchgang durch die Vorrichtung :
Temperatur bei Start 37,7 C, am Ende 43,4 C
Feststoffdurchsatz 18 kg 74,1% 40,1% 14,8% 7,4% 3,7% d) Vierter Durchgang durch die Vorrichtung :
Temperatur bei Start 37, 7 C, am Ende 43,3 C
Feststoffdurchsatz 15,8 kg 79,6% 46,3% 14,8% 7,4% 3,7%
Beispiel 2
Das pulverisierte Material war Nylon 6, d. h. ein Additionspolymer aus Caprolactam, hergestellt durch öffnen des Caprolactam-Ringes und Kuppeln zu einer Langkettenstruktur (Molekulargewicht annähernd (75000), in die Vorrichtung eingeführt als Körner mit einem durchschnittlichen Durchmesser von etwa 0,95 cm, wobei 0% durch ein 20-Maschengitter ging.
Der folgende Grössenminderungsfortschritt wurde beobachtet : Siebanalysen des Produktes in Ausdrücken von Gew. % durch Normalsiebe gegebener Maschengrösse :
Maschengrösse des Siebes = 20 40 60 80 100 a) Erster Durchgang durch die Vorrichtung :
Temperatur bei Start 37,7 C, am Ende 48,8 C
Feststoffdurchsatz 22,5 kg 48,8% 11,6%--b) Zweiter Durchgang durch die Vorrichtung :
Temperatur bei Start 37,7 C, am Ende 46,2 C
Feststoffdurchsatz 20,3 kg 66,0% 26,0% 10,0% 6,0% 4,0% c) Dritter Durchgang durch die Vorrichtung :
Temperatur bei Start 37, 7 C, am Ende 43,4 C
Feststoffdurchsatz 18 kg 74,1 % 37,1 14, 9% 7,4% 3,7% d) Vierter Durchgang durch die Vorrichtung :
Temperatur bei Start 37,7 C, am Ende 43,4 C
Feststoffdurchsatz 15,7 kg 80,0% 44,0% 16,0% 8,0% 4,0%
Beispiel 3
Das pulverisierte Material war ein Polyacetalharz, das ein Kondensationspolymer der Enol (di-hydroxy)form des Formaldehyds war (Molekulargewicht annähernd 45000), eingeführt in die Vorrichtung als Körner mit einem mittleren Durchmesser von etwa 0,48 cm, wobei 0% durch ein 20-Maschengitter ging.
Der folgende Grössenminderungsfortschritt wurde beobachtet : Siebanarysen des Produktes in Ausdrücken von Gew. % durch Normalsiebe gegebener Maschengrösse :
Maschengrösse des Siebes = 20 40 60 80 100 a) Erster Durchgang durch die Vorrichtung :
Temperatur bei Start 37,7 C, am Ende 48,8 C
Feststoffdurchsatz 22,5 kg 43,2% 19,7% 11,7% 7,8% 3,9% b) Zweiter Durchgang durch die Vorrichtung :
Temperatur bei Start 37,7 C, am Ende 46,2 C
Feststoffdurchsatz 20,3 kg 59,3% 26,0% 11, 1% 7,4% 3,7% c) Dritter Durchgang durch die Vorrichtung :
Temperatur bei Start 37,7 C, am Ende 43,4 C
Feststoffdurchsatz 18 kg 72,5 % 37,3 % 19,7% 11,8% 7,9 % d) Vierter Durchgang durch die Vorrichtung :
Temperatur bei Start 37,7 C, am Ende 43,4 C
Feststoffdurchsatz 15,7 kg 77,8% 44, 5% 22,3% 14,9% 11,2%
Beispiel 4
Das pulverisierte Material war ein gesättigtes Polyesterharz, das Reaktionsprodukt von Athylenglycol und Terephthalsäure (Molekulargewicht annähernd 60000), eingeführt in die Vorrichtung in einem vorgemahlenen Zustand, mit der Siebanalyse, die zu kennzeichnen ist < wie empfangen . Der folgende Grössenminderungsfort- schritt wurde beobachtet :
Siebanalysen des Produktes in Ausdrücken von Gew. % durch Normalsiebe gegebener Maschengrösse : Maschengösse des Siebes = 20 40 60 80 100 wie empfangen-Analyse 76,0% 36,0% 12,0% 4,0% 4,0% a) Erster Durchgang durch die Vorrichtung :
Temperatur bei Start 37,7 C, am Ende 48,8 C
Feststoffdurchsatz 22, 5 kg 84,0% 48,0% 16,0% 8,0% 4,0% b) Zweiter Durchgang durch die Vorrichtung :
Temperatur bei Start 37,7 C, am Ende 46,2 C
Feststoffdurchsatz 20, 3 kg 88,0% 56,0% 24,0% 16,0% 8,0%
Maschengrösse des Siebes = 20 40 60 80 100 c) Dritter Durchgang durch die Vorrichtung :
Temperatur bei Start 37,7 C, am Ende 43,4 C
Feststoffdurchsatz 18 kg 92,2% 68,7% 31,4% 19,6% 11, 8% d) Vierter Durchgang durch die Vorrichtung :
Temperatur bei Start 37,7 C, am Ende 43,4 C
Feststoffdurchsatz 15,7 kg 90,0% 64, 0% 30,0% 20,0% 12,0%
Zusätzliche Versuche wurden an der oben geschilderten Vorrichtung durchgeführt zum Zweck der Er- zielung vergleichender Leistung bei den Pulverisierungen von Polymeren, Elastomeren und metallischen Substanzen, die insgesamt wie nachstehend aufgeführt sind :
, Material Polymer
Polyamid Polyester Elastomer duktiler metallischer Stoff
Nylon 6-6 gesättigtes Reaktions-ein Additionspolymer aus
Molekülar-y g y Äthylen (Molekular-
Molekular-produkt aus Äth len 1 col ge, i, icht etwa 50 000), reiner Ti-Schwamm, gewicht und Terephthalsäure das nachfolgend chloro-etwa 80 Brinnell-Härte sulfoniert wurde Chargengrösse 0, 64 cm 0,32 cm 0,64 cm 1,3 cm Zugstärke, kg/cm2 700 560 210 3500 Fluides Tragmedium Luft Luft Luft Argon U./min Rotor 10 3400 3400 3400 3400 U./min Rotor 11 6000 6000 6000 6000 Schergeschwindigkeit, m/sec 335 335 335 335 Leistungsverbrauch PS/0, 45 kg 0,1 0,1 0,2 0,
1 Anzahl von Durchgängen durch die Vorrichtung 4 4 1 geschlossener Kreis* Siebanalyse (U. S. Normalmaschen) : % durch 20 80 90 60% 100 % durch 40 46 64--95 durch 30 Maschen % durch 60 15 30-75 Endgültige Gleichgewichts temperatur 54,5 C 56,7 C 62,6 C 51,6 C
Der geschlossene Kreis bestand hier aus dem Sammeln des Austrags aus dem Mahlwerk in einem Zyklonsammler, der
Weiterleitung über ein 20 Maschengitter und der Rückführung des +20 Maschenmaterials fortlaufend zur Chargenöffnung.
Durchschnittlich wurde das Pulverisationsmaterial etwa sechs Mal durch das Mahlwerk hindurchgeführt.
Die obigen Beispiele zeigen, dass sich das Verfahren nach der neuen Erfindung in weitem Umfang auf hoch dehnbare oder streckbare Materialien anwenden lässt, und zwar ohne Rücksicht auf deren physikalische oder chemische Konstitution, da Polymere und Metalle in gleicher Weise ohne weiteres pulverisiert wurden.
Überdies war die Ergiebigkeit in kg des pulverisierten Produkts pro PSh gleichmässig hoch. Die Teilchengrössenverteilung im pulverisierten Produkt war ungewöhnlich eng insofern, als beim Aussieben von -40-Maschenmaterial und der Rückführung der Über- grösse zur Charge, 70 bis 80 Gew. % des erzielten Produktes für alle untersuchten Materialien im Grössen- bereich von 0,37 mm bis 50,15 mm der Teilchengrösse lagen. Diese enge Verteilung scheint aus der Kombination verminderter statistischer Wahrscheinlichkeit der Berührung eines kleinen Teilchens plus erhöh- tem Fluidumwiderstand zu folgen, wodurch die effektive Geschwindigkeit eines kleinen Teilchens vermindert wird.
Mikroskopische Prüfung ergab, dass das pul verisierte Produkt aus relativ scharfspitzigen geometri- schen Bruchstücken oder Fragmenten bestand, wie sie für spröden Bruch charakteristisch sind. Als Folge hiervon wurden sowohl polymere Ausrichtung als auch gesteigerte Metallhärte auf Grund von Verarbeitung in weitem Ausmass vermieden.
Beispiel 5
Die in den Fig. 15-23 veranschaulichte und weiter oben im einzelnen beschriebene Vorrichtung wurde zum Pulverisieren von Polyäthylen (Molekulargewicht etwa 50000) von etwa 0,65 cm durchschnittlicher Char gengrösse verwendet, wobei Wasser von etwa 21 C als Tragfluidum benutzt wurde. Das Polyäthylen besass eine Zugfestigkeit von 140 kg/cm2 und eine äusserste Längung von 400 %. Die Schlagelemente 98 wurden mit einer Geschwindigkeit von 7000 U./min angetrieben und lieferten eine Schergeschwindigkeit von 107 m/sec, mit einer Eingangsleistung von 1 PS/0, 45 kg.
Ein aus der Vorrichtung nach einem Durchgang entnommenes Produkt wies eine Siebanalyse von 95 % durch ein 20-Maschengitter, 85 % durch ein 40-Maschengitter und 50% durch ein 60-Maschengitter auf, bei einem gröss- ten Temperaturanstieg in der Pulverisierkammer auf 65,3 C. Man schätzte, dass für diese Pulverisierung ein Aufhalten von in der Pulverisation befindlichem Material bis etwa 0,001 sec bestand, was natürlich mit der Art des im Prozess befindlichen Materials schwanken kann.
Das für die praktische Durchführung der neuen Erfindung angewendete Verhältnis von Fluidum zu Feststoff ist nicht sehr kritisch. Ein Minimum von etwa 0,5 kg Fluidum/. kg Feststoffcharge ist erforder- lich, um eine übermässige Reibung zwischen den Partikeln zu vermeiden, was schädliche Wärme im Pulverisationsbereich freisetzen wiirde. Wo eine Förderung der Feststoffe durch Fluidumfluss gewünscht wird, ist das Verhältnis von Fluidum zu Feststoff auf das notwendige Ausmass zu steigern. Im allgemeinen arbeitet man im Überschuss von etwa 2 kg Fluidum/kg Feststoffcharge, um den starken Temperaturanstieg im System weitestgehend zu vermindern.
Bei Förderung der Charge durch Fluidum sind Verhältnisse Fluidum zu Feststoff von 30 : 1 und sogar höher erwiesenermassen praktisch voll befriedigend.
Die der Vorrichtung zugeführte Charge wird in üblicher Weise vorbereitet, wobei es erwünscht ist, die Teilchengrösse auf etwa 1,3 cm oder weniger zu beschränken, um ein körperliches Anhaften oder Festklemmen zu vermeiden. Die Produktbehandlung ist ausserdem herkömmlich, insofern als die pulverisierten Feststoffe von irgendwelchen in Begleitung befindlichen Fluiden durch Absetzen, Zyklonabscheidung, Filtration oder dergleichen Techniken getrennt werden.
Eine Hilfsvorrichtung zum Abscheiden von. grobem oder übergrossem Produkt und Rückführung dieses Produktes zur Charge ist oftmals erwünscht, wofür Gitter, Klassiervorrichtungen, Siebe, Filter und dergleichen in Betracht kommen. Zuweilen ist es auch vorteilhaft, Fluidumklassiervorrichtungen als wesentli- chen Bestandteil der Vorrichtung einzubauen, und es besteht ebenso auch völlige Freiheit für den Einbau von peripher angeordneten Abstreifern oder dergleichen in der Pulverisierkammerwandung für selbsttäti- gen Abzug von übergrossen Teilchen mit Rückführung zur Charge, während feine Teilchen aus dem Produkt sammelablüfter auskehren können.
Im allgemeinen erwiesen sich gemäss der Erfindung messerartige Schlagelemente für die Pulverisierung von polymeren Materialien oder von Stoffen mit Eigenschaften, die Polymeren gleichen oder ähneln, vorteilhaft, während dickere Elemente für Metalle nützlich sind. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass die Pulverisierleistung abnimmt, wenn eine Abnutzung und Verformung des Schlagelementes während des Gebrauches erfolgt, so dass es schliesslich notwendig werden kann, die Elemente wieder instand zu setzen oder auszuwechseln.
Ferner besteht beträchtliche Freiheit in der Wahl eines Tragfluidums. Dementsprechend ist, falls ein flüs- siges Schlammprodukt gewünscht wird, die Anwendung eines Tragmediums flüssiger Phase vorteilhaft. Umgekehrt ist für ein trockenes Produkt ein gasförmiges Tragfluidum zu bevorzugen. Anderseits gestatten die den Flüssigkeiten zuweilen anhaftenden Schmiereigenschaften eine Pulverisierung von Materialien, wie z. B. klebrigen und pappigen Substanzen, was andernfalls sehr schwierig sein würde.
Aus der Beschreibung und den Zeichnungen erhellt, dass sich die vorliegende Erfindung in vieler Beziehung abwandeln lässt, ohne dass hierdurch Sinn, Zweck und Geltungsbereich dieser Erfindung verlassen werden.