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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zum Klassieren und Zerkleinern
von Partikeln.
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Derartige
Vorrichtungen zum Klassieren von Partikeln können insbesondere als Windsichter
ausgebildet sein. Derartige Windsichter bestehen im Wesentlichen
aus einem Sichtraum sowie einem Ventilator, welcher einen Luftstrom
erzeugt. Die zu klassierenden Partikel werden diesem Luftstrom zugeführt, wobei
feine Partikel von groben Partikeln getrennt werden. Weiterhin ist
eine Entstaubungseinrichtung vorgesehen, welche die feinen Partikel
aus dem Luftstrom separiert. Zur Trennung grober und feiner Partikel
können
insbesondere Fliehkräfte
oder die Schwerkraft ausgenutzt werden.
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Derartige
Vorrichtungen weisen zum einen einen relativ aufwendigen Aufbau
auf. Zum anderen werden zum Klassieren der Partikel bewegte Teile benötigt. Dies
führt zu
einer unerwünscht
hohen Verschleißanfälligkeit
derartiger Vorrichtungen.
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Eine
Anordnung mit einer Vorrichtung zum Klassieren von Partikeln sowie
mit einer Zerkleinerungsvorrichtung ist aus der
DE 25 10 297 C2 bekannt.
Die dort beschriebene Anordnung weist eine die Zerkleinerungsvorrichtung
bildende Mahlkammer auf, die über
ein Leitungssystem mit einem Hauptsichter und mehreren Zusatzsichtern
verbunden ist. In der Mahlkammer werden Gutteilchen durch gegenseitiges
Zusammenprallen zerkleinert.
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Die
DE 590 221 C beschreibt
eine Vorrichtung zum Klassieren von Partikeln, bei welcher Partikel
mittels einer Arbeitsdüse
durch ein Mischrohr geführt
sind und anschließend
auf einen Prallkörper
geleitet und schließlich
in einem Sichtbehälter
gesammelt werden.
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Die
DE 501 038 C betrifft
eine Vorrichtung zum Zerkleinern von Partikeln, bei welcher Partikel mittels
Pressluft durch ein Mischrohr geleitet und dann gegen einen Prallkörper geführt sind.
Die vom Prallkörper
zurückfallenden
Partikel werden über seitliche
Behälteröffnungen
abgesaugt.
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Die
DE 692 22 480 T2 betrifft
eine pneumatische Prallmühle.
Die Prallmühle
weist ein Beschleunigungsrohr auf, in welchem zu pulverisierende
Pulver mittels eines Hochdruckgases zu einer Pulverisierkammer geführt sind.
Die Pulverisierkammer weist in ihrem Zentrum ein Prallelement auf,
wobei zwischen dem Prallelement und der Seitenwand der Pulverisierkammer
Durchströmkanäle verbleiben,
die zu einer Hochdruckgasausstoßdüse führen. Die
am Prallelement zerkleinerten Pulverteilchen werden über die
Durchströmkanäle der Hochdruckgasausstoßdüse zugeführt und über diese
aus der Prallmühle
ausgeführt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Anordnung der eingangs
genannten Art bereitzustellen, welche bei robustem und kostengünstigem Aufbau
eine reproduzierbare und exakt vorgebbare Klassierung von Partikeln
ermöglicht.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte
Ausführungsformen
und zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Ein
wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin,
dass diese einen robusten und kostengünstigen Aufbau aufweist. Besonders
vorteilhaft ist, dass zur Klassierung der Partikel keine bewegten
Teile benötigt
werden, wodurch die erfindungsgemäße Vorrichtung eine äußerst geringe
Verschleißanfälligkeit
aufweist.
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Da
die Klassiervorrichtung keine bewegten Teile und einen geschlossenen
Aufbau aufweist, stellt diese keine Gefahr für das Bedienpersonal dar und
ist somit hinsichtlich der Bestimmungen des Arbeitsschutzes unbedenklich.
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Ein
weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass der Energieaufwand zur
Klassierung der Partikel äußerst gering
ist.
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Weiterhin
ist vorteilhaft, dass mit der erfindungsgemäßen Anordnung reproduzierbare
und enge Größenverteilungen
der klassierten Partikel erhalten werden. Dieser Vorteil wird insbesondere durch
die erfindungsgemäße Kopplung
der Klassiervorrichtung an eine Zerkleinerungsvorrichtung bewirkt.
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Dabei
bildet die erfindungsgemäße Anordnung
vorteilhaft einen geschlossenen Kreislauf. Partikel mit einer vorgebbaren
Größenverteilung
werden von der Zerkleinerungsvorrichtung in die Vorrichtung zur
Klassierung der Partikel eingespeist. Grobe Partikel oder Partikel,
die in dieser Vorrichtung nicht klassiert wurden, werden zu einem
Teil wieder der Zerkleinerungsvorrichtung rückgeführt.
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Mit
derartigen Anordnungen können
besonders enge und definierte Partikelgrößenverteilungen erhalten werden.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
ist für
ein breites Spektrum von Materialien einsetzbar.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
eignet sich insbesondere zur Zerkleinerung und Klassierung von harten
Stoffen mit Mohs-Härtegraden
im Bereich von 7 bis 10. Insbesondere können mit der erfindungsgemäßen Anordnung
Nitride wie zum Beispiel TiN, ZrN, HfN, TaN und BN3 bearbeitet
werden. Ebenso können
Carbide wie zum Beispiel TiC, ZrC, HfC, TaC, WC, W2C
und Ta0-8 Hf0-2 C
bearbeitet werden. Des Weiteren können Oxide wie Al2O3 sowie Boride und Silicide bearbeitet werden.
Auch die Zerkleinerung und Klassierung von Hartmetallen wie zum
Beispiel WC-Co von Korngrößen von
etwa 5 mm auf Korngrößen kleiner
als 10 μm
ist möglich,
wobei derartige Partikel bislang nur in Nassvermahlungsprozessen
zerkleinert werden konnten.
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Weiterhin
ist die Zerkleinerungsvorrichtung der erfindungsgemäßen Anordnung
im Bereich der Pulvermetallurgie einsetzbar, beispielsweise bei
der Verglasung radioaktiver Abfälle,
der Nitrid-Herstellung in Stickstoff-Atmosphäre oder auch der Aktivierung
von Festkörperreaktionen,
wobei mittels des erfin dungsgemäßen Verfahrens
insbesondere Silizium-Carbid direkt aus den Elementen gewonnen werden
kann.
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Weiterhin
können
mit der erfindungsgemäßen Anordnung
auch organische Stoffe wie zum Beispiel Nussschalen oder Knochen,
die für
die Herstellung von Gelatine benötigt
werden, zerkleinert und klassiert werden.
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Schließlich können auch
Stoffe wie zum Beispiel Polymere, Polyamide und Gummi zerkleinert und
klassiert werden, wobei in diesem Fall die Partikel vor der Zerkleinerung
versprödet
werden.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert. Es
zeigen
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1:
Längsschnitt
durch ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Klassieren von Partikeln.
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2:
Anordnung mit einer Vorrichtung gemäß 1 und einer
an diese gekoppelte Zerkleinerungsvorrichtung.
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3:
Längsschnitt
durch eine Zerkleinerungsvorrichtung gemäß 2.
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4: Korngrößenverteilungen der Partikel in
der Vorrichtung gemäß 1
- a) vor der Klassierung
- b) nach der Klassierung.
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5: Korngrößenverteilungen der Partikel in
der Zerkleinerungsvorrichtung gemäß 3
- a) vor dem Zerkleinerungsprozess,
- b) nach dem Zerkleinerungsprozess.
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6: Korngrößenverteilungen der Partikel in
der Anordnung gemäß 2
- a) vor dem Zerkleinerungsprozess in der Zerkleinerungsvorrichtung,
- b) nach dem Zerkleinerungsprozess in der Zerkleinerungsvorrichtung,
- c) nach der Klassierung.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung 1 zum Klassieren von Partikeln.
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Die
Vorrichtung 1 weist einen Behälter 3 auf, in welchen
die zu klassierenden Partikel 2 über eine Eintrittsöffnung 4 eingespeist
werden. Die Partikel 2 werden dabei radial oder vorzugsweise
tangential in den Behälter 3 eingeströmt. Die
eingespeisten Partikel 2 werden bis zu einer bestimmten
Füllhöhe im Bodenbereich
des Behälters 3 gesammelt,
welcher damit einen Vorratsbereich bildet. Eine typische Füllhöhe der Partikel 2 ist
in der 1 mit F gekennzeichnet.
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Der
Behälter 3 ist
rotationssymmetrisch bezüglich
seiner in vertikaler Richtung verlaufenden Längsachse ausgebildet. Dabei
ist der Behälter 3 im Wesentlichen
hohlzylindrisch ausgebildet, wobei sich dessen Querschnitt im Bodenbereich
kontinuierlich verjüngt.
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Der
Behälter 3 ist
an seiner Oberseite mit einer ebenen Decke abgeschlossen. Im Zentrum
der Decke befindet sich eine Austrittsöffnung 5, über welche
die klassierten Partikel 2 ausgeleitet werden.
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Unterhalb
der Austrittsöffnung 5 ist
in den Behälter 3 eine
Stauplatte 6 eingebracht. Die Stauplatte 6 ist
in Form einer ebenen kreisförmigen
Platte ausgebil det. Die Stauplatte 6 liegt in einer horizontalen
Ebene, wobei deren Durchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser
des Behälters 3.
Damit verbleibt zwischen dem Rand der Stauplatte 6 und
der Innenwand des Behälters 3 ein
Ringspalt mit vorgegebener, konstanter Breite.
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Weiterhin
ist in dem Behälter 3 ein
Injektorrohr 7 angeordnet. Das Injektorrohr 7 ist
hohlzylindrisch ausgebildet, wobei dessen Längsachse in vertikaler Richtung
verläuft
und mit der Symmetrieachse des Behälters 3 zusammenfällt.
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Das
obere, offene Ende des Injektorrohres 7 liegt in vorgegebenem
Abstand zur Stauplatte 6. Das untere offene Ende des Injektorrohres 7 befindet
sich im Vorratsbereich des Behälters 3,
der mit den Partikeln 2 befüllt ist. Die Lage des Injektorrohres 7 ist
so gewählt,
dass die Eintrittsöffnung 4 im
Bereich des oberen Endes des Injektorrohres 7, vorzugsweise dicht
unterhalb des oberen Endes des Injektorrohres 7 in den
Behälter 3 einmündet.
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Das
Injektorrohr 7 weist im Bereich seines unteren Endes eine
Querschnittsverengung auf, die in Form einer Laval-Kehle 8 ausgebildet
ist.
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Die
Vorrichtung 1 gemäß 1 weist
eine Druckerzeugungseinheit auf, mittels derer Druckluft erzeugt
und in das untere Ende des Injektorrohres 7 eingespeist
wird. Die Druckerzeugungseinheit weist eine Druckluftdüse 9 auf,
welche über
ein Druckluftreservoir 10 mit Druckluft versorgt wird.
Zur Regelung der Druckluftzufuhr zu der Druckluftdüse 9 sind
nicht dargestellte Steuerelemente vorgesehen, wie zum Beispiel Ventile,
die von einer ebenfalls nicht dargestellten Steuereinheit gesteuert
werden.
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Die
Druckluftdüse 9 ist über den
Boden des Behälters 3 in
den Vorratsbereich eingeführt.
Dabei verläuft
die Längsachse
der Düse
in der Symmetrieachse des Behälters 3.
Das obere Ende der Druckluftdüse 9 liegt
in vorgegebenem Abstand zum unteren Ende des Injektorrohres 7.
Mittels der Druckluftdüse 9 wird ein
Druckluftstrahl mit einer Geschwindigkeit im Bereich von etwa 2
m/s bis 7 m/s erzeugt, welcher in Richtung des Injektorrohres 7 verläuft.
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Die
Vorrichtung 1 gemäß 1 weist
eine Einheit zur automatischen Füllstandskontrolle
des Behälters 3 auf.
Diese Einheit umfasst zwei Sensoren 11, 12, die
an eine nicht dargestellte Steuereinheit angeschlossen sind. Die
Sensoren 11, 12 können als Lichttaster, Näherungsschalter
oder dergleichen ausgebildet sein.
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Mit
dem ersten Sensor 11 wird kontrolliert, ob der Füllstand
F im Behälter 3 einen
vorgegebenen Maximalwert Fmax überschreitet.
Mit dem zweiten Sensor 12 wird kontrolliert, ob der Füllstand
F einen vorgegebenen Minimalwert Fmin unterschreitet.
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Wie
aus 1 ersichtlich liegen die minimale und maximale
Füllhöhe Fmax, Fmin jeweils
oberhalb des unteren Endes des Injektorrohres 7 und unterhalb
der Eintrittsöffnung 4.
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Bei
Unterschreiten des minimalen Füllstands wird
vorzugsweise der Betrieb der Vorrichtung 1 unterbrochen
und Partikel 2 nachgefüllt,
bis der Füllstand
F wieder oberhalb von Fmin liegt. Bei Überschreiten
des maximalen Füllstands
werden Partikel 2 aus dem Vorratsbereich über eine
Ausfuhröffnung 13 im
Boden des Behälters 3 ausgeleitet.
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Die
so ausgebildete Vorrichtung 1 bildet einen Strahlsichter.
Zum Klassieren der Partikel 2 wird mit der Druckerzeugungseinheit
ein kontinuierlicher Druckluftstrahl erzeugt, der auf das untere
Ende des Injektorrohres 7 gerichtet ist. Da dieser Bereich
des Behälters 3 mit
Partikeln 2 befüllt
ist, werden mit dem Druckluftstrahl Partikel 2 in das untere
Ende des Injektorrohres 7 eingeströmt.
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Durch
die Querschnittsverengung am unteren Bereich des Injektorrohres 7 wird
die Strömung aufgewirbelt,
so dass im Innern des Injektorrohres 7 eine turbulente
Strömung
herrscht.
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Der
so erzeugte in 1 mit P bezeichnete Partikelstrom
tritt am oberen Ende des Injektorrohres 7 aus und wird
gegen die Stauplatte 6 geführt. Dort wird der Partikelstrom
umgelenkt. In diesem Bereich erfolgt die Klassierung der Partikel 2.
Feine Partikel 2 mit geringen Korngrößen umströmen aufgrund ihres geringen
Gewichts die Stauplatte 6 und werden über die Austrittsöffnung 5 ausgeführt und
bilden die sogenannte Feinfraktion. Grobe Partikel 2 mit
großen Korngrößen strömen seitlich
am Injektorrohr 7 vorbei nach unten zurück in den Vorratsbereich und
stehen für
einen weiteren Klassierungsschritt zur Verfügung. Die groben Partikel 2 bilden
das sogenannte Überkorn.
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Das
Einströmen
neuer Partikel 2 über
die Eintrittsöffnung 4 in
den Behälter 3 erfolgt
vorzugsweise nicht kontinuierlich sondern in einem vorgegebenen
Takt.
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Durch
die tangentiale Einströmung
in den Behälter 3 werden
die Partikel 2 aufgrund der wirkenden Zentrifugalkräfte im Randbereich
des Behälters 3 geführt. Durch
das Eigengewicht der Partikel 2 verschiedener Korngrößen werden
diese in dem vertikal gerichteten Partikelstrom klassiert, das heißt die feinen
Partikel 2 mit kleinen Korngrößen werden in Richtung der
Austrittsöffnung 5 geführt, während die groben
Partikel 2 in den Vorratsbereich geführt werden.
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Die
Korngrößen der
abgetrennten feinen Partikel 2 hängen neben der Korngrößenverteilung der
Partikel 2 im Vorratsbereich und der Geschwindigkeit des
Druckluftstrahls insbesondere auch von der Dimensionierung des Injektorrohres 7 und
der Stauplatte 6 ab.
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Dabei
hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass der Abstand des oberen
Endes des Injektorrohres 7 zur Stauplatte 6 etwa
dem 6- bis 8fachen Wert des Durchmessers des Injektorrohres 7 entspricht.
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Die
Fläche
des Ringspalts zwischen dem Rand der Stauplatte 6 und der
Innenwand des Behälters 3 entspricht
vorzugsweise dem 4- bis 5fachen Wert der Querschnittsfläche des
Injektorrohres 7. Der Durchmesser des Behälters 3 entspricht
dabei etwa dem 5- bis 6fachen Wert des Durchmessers des Injektorrohres 7.
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2 zeigt
die erfindungsgemäße Anordnung
mit der Vorrichtung 1 gemäß 1. Weiterhin weist
die Anordnung eine Zerkleinerungsvorrichtung 14 auf, mittels
derer Partikel 2 zerkleinert werden. Nach dem Zerkleinerungsvorgang
werden die Partikel 2 mit einer definierten Korngrößenverteilung über ein
Leitungssystem 15 in die Vorrichtung 1 zum Klassieren
der Partikel 2 eingeleitet, wobei das Leitungssystem 15 an
die Eintrittsöffnung 4 des
Behälters 3 angeschlossen
ist.
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Die über die
Ausfuhröffnung 13 des
Behälters 3 der
Vorrichtung 1 ausgeführten
Partikel 2 werden über
ein Fördersystem 16 wieder
der Zerkleinerungsvorrichtung 14 zugeführt. Das Fördersystem 16 kann
von einer Schleuse oder einem Transportband gebildet sein.
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Damit
wird ein geschlossener Kreislauf von Partikeln 2 in der
Anordnung gemäß 2 erhalten. Die
am Ausgang der Vorrichtung 1 zum Klassieren von Partikeln 2 erhaltene
Feinfraktion wird aus dem Kreislauf ausgeschleust und in einer nachgeordneten Bearbeitungseinheit 17 nachbearbeitet
und/oder gesammelt.
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Weiterhin
werden neue Partikel 2 von einer Vorratseinheit 18 in
den Kreislauf eingespeist, wobei die Einspeisung der Partikel 2 über das
Fördersystem 16 erfolgt.
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3 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
der Zerkleinerungsvorrichtung 14 zum Zerkleinern von Partikeln 2.
Diese weist eine hohlzylindrische Zerkleinerungskammer 19 und
eine ebenfalls hohlzylindrische Auffangkammer 20 auf. Die
Zerkleinerungskammer 19 und die Auffangkammer 20 weisen
denselben Durchmesser auf und sind längs einer vertikal verlaufenden
Symmetrieachse koaxial angeordnet. Dabei schließt die Auffangkammer 20 mit
ihrer offenen Unterseite an die ebenfalls offene Oberseite der Zerkleinerungskammer 19 an.
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Die
Zerkleinerungskammer 19 und die Auffangkammer 20 weisen
an ihren zugewandten offenen Enden jeweils einen Ringflansch 21, 21' auf. Zwischen
den Ringflanschen 21, 21' ist eine kreisscheibenförmige, vorzugsweise
aus Stahl bestehende Prallplatte 22 gelagert. Die Prallplatte 22 weist
eine vorgegebene Anzahl von Durchbrüchen 23 auf. Im vorliegenden
Ausführungsbeispiel
sind die Durchbrüche 23 als
runde Bohrungen ausgebildet.
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Die
Prallplatte 22 kann an den Ringflanschen 21, 21' auf einfache
Weise an der Zerkleinerungsvorrichtung 14 montiert werden.
Insbesondere kann die Prallplatte 22 ohne großen Montageaufwand
ausgewechselt und durch andere Prallplatten, die unterschiedliche
Anordnungen von Durchbrüchen 23 aufweisen
können,
ersetzt werden. Die Durchbrüche 23 können dabei
nicht nur die Form von runden Bohrungen aufweisen sondern auch als
eckige Bohrungen ausgebildet sein. Auch eine Ausbildung der Durchbrüche 23 in
Form von Ringspalten oder dergleichen ist möglich.
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Im
Innern der Zerkleinerungskammer 19 verlaufen zwei Beschleunigungsrohre 24, 24' parallel zur
Längsachse
der Zerkleinerungskammer 19. Prinzipiell kann auch nur
ein Beschleunigungsrohr 24 oder 24' vorgesehen sein. Des Weiteren
kann auch eine größere Anzahl
von Beschleunigungsrohren 24, 24' vorgesehen sein.
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Die
Beschleunigungsrohre 24, 24' verlaufen dicht nebeneinander
liegend im Zentrum der Zerkleinerungskammer 19 und münden an
deren Boden 25 aus. Die Austrittsöffnungen der Beschleunigungsrohre 24, 24' an deren oberen
Enden stehen der Prallplatte 22 in vorgegebenem Abstand
gegenüber.
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In
der Seitenwand der Zerkleinerungskammer 19 ist eine Öffnung 26 vorgesehen. Über diese Öffnung 26 wird
der Innenraum der Zerkleinerungskammer 19 bis zu einer
bestimmten Füllhöhe mit den zu
zerkleinernden Partikeln 2 befüllt.
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An
dem Boden 25 der Zerkleinerungskammer 19 münden zwei
Zuführrohre 27, 27' aus. Die Zuführrohre 27, 27' verlaufen in
ihren oberen Abschnitten parallel zu den über die Zerkleinerungskammer 19 hervorstehenden
Abschnitten der Beschleunigungsrohre 24, 24'. Die Zuführrohre 27, 27' sind an ihren
unteren Enden gekrümmt
und verlaufen auf die Beschleunigungsrohre 24, 24' zu. Dabei mündet jeweils
ein Zuführrohr 27, 27' in eines der
Beschleunigungsrohre 24, 24' ein. Durch diese Ausbildung der Beschleunigungsrohre 24, 24' wird ein Teil
der Partikel 2 von der Zerkleinerungskammer 19 über die
Zuführrohre 27, 27' in die unteren
Enden der Beschleunigungsrohre 24, 24' eingeleitet,
so dass diese dort einen Pfropfen 28 mit bestimmter Füllhöhe bilden.
In 3 liegt ein derartiger Pfropfen 28 am
unteren Ende des rechten Beschleunigungsrohres 24'.
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An
die unteren Enden der Beschleunigungsrohre 24, 24' schließt jeweils
eine Druckimpulseinheit 29, 29' mit einem Ventil 30, 30' an. Über die
Druckimpulseinheit 29, 29' ist der Pfropfen 28 am
unteren Ende mit einem Druckimpuls vorgegebener Höhe und Dauer
beaufschlagbar. Zur Erzeugung des Druckimpulses steht an dem Ventil 30, 30' Gas mit einem vorgegebenen
Gasdruck an. Das Gas ist vorzugsweise von Luft gebildet. Alternativ
kann ein Inertgas, ein Kryogengas oder Heißgas verwendet werden. Durch
schlagartiges Öffnen
eines Ventils 30, 30' strömt das Gas explosionsartig
in das darüber
liegende Beschleunigungsrohr 24, 24' und schießt den Pfropfen 28 durch
das Beschleunigungsrohr 24, 24' auf die Prallplatte 22.
Typischerweise liegt die Höhe eines
Druckimpulses im Bereich zwischen 5 bar und 10 bar. Mit derartigen
Druckimpulsen werden Fluggeschwindigkeiten der Pfropfen 28 im
Bereich zwischen 70 m/s und 100 m/s erzielt.
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Bei
dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Ventil 30' der an das
rechte Beschleunigungsrohr 24' anschließenden Druckimpulseinheit 29' geschlossen,
so dass der Pfropfen 28 in seiner Ruhestellung am Boden 25 des
Beschleunigungsrohres 24' liegt.
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Der
Pfropfen 28 im linken Beschleunigungsrohr 24 wird
durch Öffnen
des Ventils 30, der entsprechenden Druckimpulseinheit 29 nach
oben geschossen. Dabei zeigt 3 eine Momentaufnahme,
in welcher sich der Pfropfen 28 am oberen Ende des Beschleunigungsrohres 24 kurz
vor der Austrittsöffnung 5 befindet.
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Nach
Austritt aus dem jeweiligen Beschleunigungsrohr 24, 24' trifft der
Pfropfen 28 auf die Prallplatte 22, wobei im vorliegenden
Ausführungsbeispiel
die Flugrichtung senkrecht zur Oberfläche der Prallplatte 22 verläuft.
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Wesentlich
ist, dass die Dauer des Druckimpulses kleiner als die Laufzeit des
Pfropfens 28 im jeweiligen Beschleunigungsrohr 24, 24' gewählt wird. Somit
wird der Pfropfen 28 auf der Flugstrecke zwischen der Austrittsöffnung des
Beschleunigungsrohres 24, 24' und der Prallplatte 22 nicht
mehr mit dem Druckimpuls beaufschlagt. Dadurch wird ein unerwünschtes
Auffächern
der Partikel 2 vor dem Auftreffen der Partikel 2 auf
die Prallplatte 22 vermieden, so dass die Form des Pfropfens 28 bis
zum Auftreffen der Partikel 2 auf der Prallplatte 22 wenigstens
annähernd
erhalten bleibt. Da die Partikel 2 somit in kompakter Form
auf die Prallplatte 22 treffen, pflanzt sich der durch
die Prallplatte 22 ausgeübte Rückstoß durch sämtliche Partikel 2 des
Pfropfens 28 fort, so dass aufgrund der auf die Partikel 2 wirkenden Scherkräfte eine
effiziente und vollständige
Zerkleinerung der Partikel 2 erzielt wird.
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Wie
aus 3 ersichtlich, sind an der Auftrefffläche der
Partikel 2 an der Prallplatte 22 keine Durchbrüche 23 vorgesehen,
so dass keine Partikel 2 direkt durch die Durchbrüche 23 in
die Auffangkammer 20 geschossen werden.
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3 zeigt
schematisch die an der Prallplatte 22 reflektierten und
zerkleinerten Partikel 2, die eine Staubwolke 31 bilden.
Durch den Druckimpuls herrscht an der Vorderseite der Prallplatte 22 ein Überdruck,
so dass die zerkleinerten Partikel 2 durch die Durchbrüche 23 in
die Auffangkammer 20 transportiert werden. Dabei werden
nur die Partikel 2 bis zu einer vorgegebenen Korngröße durch
die Durchbrüche 23 transportiert
und in der dahinter liegenden Auffangkammer 20 gesammelt,
während
größere Partikel 2 aufgrund
ihres höheren
Gewichtes in den Innenraum der Zerkleinerungskammer 19 zurückfallen
und von neuem zur Bildung weiterer Pfropfen 28 den Beschleunigungsrohren 24, 24' zugeführt werden.
Typischerweise werden mit der Zerkleinerungsvorrichtung 14 Partikel 2 mit
Partikelgrößen von
etwa 10 mm Aufgabegröße bis zu
Zielkorngrößen von etwa
1 μm zerkleinert.
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Durch
eine geeignete Dimensionierung der Durchmesser der Beschleunigungsrohre 24, 24', der Anzahl
und Größen der
Durchbrüche 23 der
Prallplatte 22 sowie des Volumens der Auffangkammer 20 können die
Korngrößen und
Korngrößenverteilungen der
in der Auffangkammer 20 gesammelten zerkleinerten Partikel 2 vorgegeben
werden.
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Die
Anzahl und Größen der
Durchbrüche 23 lassen
sich durch Auswechseln verschiedener Prallplatten 22 auf
einfache Weise variieren.
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Besonders
vorteilhaft kann auch die Größe der Auffangkammer 20 variiert
werden. Hierzu können
höhenverstellbare
Wellkompensatoren, Stopfbuchsen, Schiebemuffen oder dergleichen
vorgesehen sein, die in den Zeichnungen nicht dargestellt sind.
Dabei ist die Korngrößenverteilung
der in der Auffangkammer 20 gesammelten zerkleinerten Partikel 2 umso
enger, je größer das
Volumen der Auffangkammer 20 ist.
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An
der Seitenwand der Auffangkammer 20 ist eine Entnahmeöffnung 32 vorgesehen. Über diese Entnahmeöffnung 32 können die
zerkleinerten Partikel 2 zu vorgegebenen Zeiten entnommen
werden. Bei der Anordnung gemäß 2 werden über diese Entnahmeöffnung 32 die
Partikel 2 der Vorrichtung 1 zugeführt.
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Die
Druckimpulseinheiten 29, 29' werden von einer nicht dargestellten
Steuereinheit gesteuert und erzeugen in einem vorgegebenen Zeittakt
Folgen von Druckimpulsen. Die Druckimpulseinheiten 29, 29' werden vorzugsweise
alternierend gesteuert, so dass abwechselnd ein Pfropfen 28 aus
dem linken oder rechten Beschleunigungsrohr 24, 24' gegen die Prallplatte 22 geschossen
wird. Die Zyklen, innerhalb derer die Beschleunigungsrohre 24, 24' mit den einzelnen
Pfropfen 28 befüllt
werden, liegen im Sekunden- oder sogar im Millisekundenbereich,
so dass die Taktrate der Druckimpulse entsprechend hoch gewählt werden
kann. Auf diese Weise werden die Pfropfen 28 rasch nacheinander
gegen die Prallplatte 22 geschossen, so dass mit der Zerkleinerungsvorrichtung 14 ein
quasi kontinuierlicher Zerkleinerungsprozess und ein entsprechend
hoher Durchsatz erzielt wird. Generell werden bei der Anordnung
gemäß 2 in
dem durch die Druckimpulseinheiten 29, 29' vorgegebenen
Takt die zerkleinerten Partikel 2 der Vorrichtung 1 zugeführt.
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Die 4a und 4b zeigen
typische Korngrößenverteilungen
von in der Vorrichtung 1 bearbeiteten Partikeln 2.
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4a zeigt
eine typische Korngrößenverteilung
von Partikeln 2, die in die Vorrichtung 1 eingespeist
werden. Eine derartige Eingangsverteilung wird insbesondere durch
eine Vorabzerkleinerung der Partikel 2 in einer Vorrichtung 1 gemäß 3 erhalten.
Das Maximum dieser Verteilung liegt etwa bei 16 μm.
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Durch
die Klassierung der Partikel 2 in der Vorrichtung 1 wird
eine Feinfraktion erhalten. Deren Korngrößenverteilung ist in 4b mit
der Bezugsziffer I gekennzeichnet. Die Korngrößenverteilung der Feinfraktion
ist gegenüber
der Verteilung gemäß 4a zu
kleineren Korngrößen verschoben,
wobei die Breite der Verteilung durch den erfindungsgemäßen Klassiervorgang
erheblich kleiner ist als die Breite der Verteilung gemäß 4a.
Demgegenüber
ist die Überkorn-Korngrößenverteilung,
die in 4b mit der Bezugsziffer II bezeichnet
ist, gegenüber
der Verteilung gemäß 4a zu
größeren Korngrößen hin
verschoben. Wie aus 4b ersichtlich liegt das Maximum
der Verteilung der Feinfraktion bei einer Korngröße von etwa 7 μm wogegen
die Überkorn-Verteilung
ein Maximum bei etwa 22–24 μm aufweist.
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Die 5a und 5b zeigen
typische Korngrößenverteilungen
von in der Zerkleinerungsvorrichtung 14 bearbeiteten Partikeln 2.
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5a zeigt
eine Korngrößenverteilung
von Partikeln 2, die in die Zerkleinerungsvorrichtung 14 eingespeist
werden. Das Maximum der Verteilung liegt bei etwa 36–38 μm.
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Durch
den Zerkleinerungsprozess wird die in 5b mit
der Bezugsziffer III gekennzeichnete Korngrößenverteilung von zerkleinerten
Partikeln 2 erhalten. Das Maximum dieser Verteilung liegt
etwa bei 16 μm.
Die so zerkleinerten Partikel 2 werden insbesondere der
Vorrichtung 1 zum Klassieren von Partikeln 2 zugeführt. Daher
entspricht im vorliegenden Fall die Verteilung III in 5b der
Verteilung gemäß 4a.
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Die
mit der Bezugsziffer IV bezeichnete Verteilung in 5b gibt
die Korngrößenverteilung
der bei dem Zerkleinerungsprozess innerhalb der Zerkleinerungsvorrichtung 14 rückgeführten Partikel 2 an.
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Die 6a–6c zeigen
typische Korngrößenverteilungen,
von mit der Anordnung gemäß 2 bearbeiteten
Partikeln 2.
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6a zeigt
die Korngrößenverteilung
der Partikel 2, die in die Zerkleinerungsvorrichtung 14 eingespeist
werden. Die Verteilung gemäß 6a entspricht
der Verteilung gemäß 5a.
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6b zeigt
die Korngrößenverteilungen der
Partikel 2 nach dem Zerkleinerungsprozess in der Zerkleinerungsvorrichtung 14.
Diese Verteilungen entsprechen den Verteilungen gemäß 5b. Die in der Zerkleinerungsvorrichtung 14 zerkleinerten
Partikel 2 weisen wiederum die Korngrößenverteilung III auf. Diese
zerkleinerten Partikel 2 werden in der Vorrichtung 1 klassiert.
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Die
dabei erhaltene Korngrößenverteilung der
Feinfraktion ist in 6c mit I bezeichnet. Die Überkorn-Verteilung
ist in 6c mit Π bezeichnet. Diese Verteilungen
entsprechen den Verteilungen gemäß 4b.
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Wie
aus den 6a–6c ersichtlich
wird durch die Kopplung der Vorrichtung 1 an die Zerkleinerungsvorrichtung 14 ein
mehrstufiger Bearbeitungsprozess bereitgestellt, mittels dessen
aus einer breiten Korngrößenverteilung
der unbearbeiteten Partikel 2 eine definierte und schmale
Ausgangsverteilung von zerkleinerten und klassierten Partikeln 2 erhalten
wird.
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Partikel
- 3
- Behälter
- 4
- Eintrittsöffnung
- 5
- Austrittsöffnung
- 6
- Stauplatte
- 7
- Injektorrohr
- 8
- Laval-Kehle
- 9
- Druckluftdüse
- 10
- Druckluftreservoir
- 11
- Sensor
- 12
- Sensor
- 13
- Ausfuhröffnung
- 14
- Zerkleinerungsvorrichtung
- 15
- Leitungssystem
- 16
- Fördersystem
- 17
- Bearbeitungseinheit
- 18
- Vorratseinheit
- 19
- Zerkleinerungskammer
- 20
- Auffangkammer
- 21
- Ringflansch
- 21'
- Ringflansch
- 22
- Prallplatte
- 23
- Durchbruch
- 24
- Beschleunigungsrohr
- 24'
- Beschleunigungsrohr
- 25
- Boden
- 26
- Öffnung
- 27
- Zuführrohr
- 27'
- Zuführrohr
- 28
- Pfropfen
- 29
- Druckimpulseinheit
- 29'
- Druckimpulseinheit
- 30
- Ventil
- 30'
- Ventil
- 31
- Staubwolke
- 32
- Entnahmeöffnung