DE10135105B4

DE10135105B4 - Anordnung zum Klassieren und Zerkleinern von Partikeln

Info

Publication number: DE10135105B4
Application number: DE2001135105
Authority: DE
Inventors: Gustav Dr.-Ing. Hefle; Roland Schüssler
Original assignee: SCHUESLER VERFAHRENSTECHNIK GM; Schuessler Verfahrenstechnik GmbH
Current assignee: SCHUESLER VERFAHRENSTECHNIK GM; Schuessler Verfahrenstechnik GmbH
Priority date: 2001-07-19
Filing date: 2001-07-19
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2021-07-20
Also published as: DE10135105A1

Abstract

Anordnung mit einer Vorrichtung (1) zum Klassieren von Partikeln (2) mit einem Behälter (3), dessen Bodenbereich einen Vorratsbereich für die zu klassierenden Partikel (2) bildet und welcher im Bereich der Oberseite eine Austrittsöffnung (5) aufweist, mit einer unterhalb der Austrittsöffnung (5) liegenden, einen vorgegebenen Teil der Querschnittsfläche des Behälters abdeckenden Stauplatte (6), mit wenigstens einem von dem Vorratsbereich in Richtung der Stauplatte (6) verlaufenden Injektorrohr (7), dessen oberes Ende in Abstand vor der Stauplatte (6) liegt, und mit einer im Vorratsbereich vor dem unteren Ende des Injektorrohres (7) liegenden Druckerzeugungseinheit zur Generierung eines Partikelstromes, welcher durch das Beschleunigungsrohr (24, 24') verlaufend in Richtung der Stauplatte (6) geführt ist, wobei feine Partikel (2) innerhalb des Partikelstromes die Stauplatte (6) passieren und durch die Austrittsöffnung (5) geführt werden und wobei grobe Partikel (2) zum Vorratsbereich zurückgeführt werden und mit einer Zerkleinerungseinrichtung (14)
mit einem Beschleunigungsrohr (24, 24') zum Sammeln einer vorgegebenen...

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Klassieren und Zerkleinern von Partikeln.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

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.

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.

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass der Energieaufwand zur Klassierung der Partikel äußerst gering ist.

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.

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.

Mit derartigen Anordnungen können besonders enge und definierte Partikelgrößenverteilungen erhalten werden.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist für ein breites Spektrum von Materialien einsetzbar.

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 Ta_0-8 Hf_0-2 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.

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.

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.

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.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen
1: Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Klassieren von Partikeln.
2: Anordnung mit einer Vorrichtung gemäß 1 und einer an diese gekoppelte Zerkleinerungsvorrichtung.
3: Längsschnitt durch eine Zerkleinerungsvorrichtung gemäß 2.
4: Korngrößenverteilungen der Partikel in der Vorrichtung gemäß 1

a) vor der Klassierung
b) nach der Klassierung.

5: Korngrößenverteilungen der Partikel in der Zerkleinerungsvorrichtung gemäß 3

a) vor dem Zerkleinerungsprozess,
b) nach dem Zerkleinerungsprozess.

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.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 zum Klassieren von Partikeln.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Das Injektorrohr 7 weist im Bereich seines unteren Endes eine Querschnittsverengung auf, die in Form einer Laval-Kehle 8 ausgebildet ist.
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.
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.
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.
Mit dem ersten Sensor 11 wird kontrolliert, ob der Füllstand F im Behälter 3 einen vorgegebenen Maximalwert F_max überschreitet. Mit dem zweiten Sensor 12 wird kontrolliert, ob der Füllstand F einen vorgegebenen Minimalwert F_min unterschreitet.
Wie aus 1 ersichtlich liegen die minimale und maximale Füllhöhe F_max, F_min jeweils oberhalb des unteren Endes des Injektorrohres 7 und unterhalb der Eintrittsöffnung 4.
Bei Unterschreiten des minimalen Füllstands wird vorzugsweise der Betrieb der Vorrichtung 1 unterbrochen und Partikel 2 nachgefüllt, bis der Füllstand F wieder oberhalb von F_min liegt. Bei Überschreiten des maximalen Füllstands werden Partikel 2 aus dem Vorratsbereich über eine Ausfuhröffnung 13 im Boden des Behälters 3 ausgeleitet.
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.
Durch die Querschnittsverengung am unteren Bereich des Injektorrohres 7 wird die Strömung aufgewirbelt, so dass im Innern des Injektorrohres 7 eine turbulente Strömung herrscht.
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.
Das Einströmen neuer Partikel 2 über die Eintrittsöffnung 4 in den Behälter 3 erfolgt vorzugsweise nicht kontinuierlich sondern in einem vorgegebenen Takt.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Weiterhin werden neue Partikel 2 von einer Vorratseinheit 18 in den Kreislauf eingespeist, wobei die Einspeisung der Partikel 2 über das Fördersystem 16 erfolgt.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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'.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die Anzahl und Größen der Durchbrüche 23 lassen sich durch Auswechseln verschiedener Prallplatten 22 auf einfache Weise variieren.
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.
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.
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.
Die 4a und 4b zeigen typische Korngrößenverteilungen von in der Vorrichtung 1 bearbeiteten Partikeln 2.
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.
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.
Die 5a und 5b zeigen typische Korngrößenverteilungen von in der Zerkleinerungsvorrichtung 14 bearbeiteten Partikeln 2.
5a zeigt eine Korngrößenverteilung von Partikeln 2, die in die Zerkleinerungsvorrichtung 14 eingespeist werden. Das Maximum der Verteilung liegt bei etwa 36–38 μm.
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.
Die mit der Bezugsziffer IV bezeichnete Verteilung in 5b gibt die Korngrößenverteilung der bei dem Zerkleinerungsprozess innerhalb der Zerkleinerungsvorrichtung 14 rückgeführten Partikel 2 an.
Die 6a–6c zeigen typische Korngrößenverteilungen, von mit der Anordnung gemäß 2 bearbeiteten Partikeln 2.
6a zeigt die Korngrößenverteilung der Partikel 2, die in die Zerkleinerungsvorrichtung 14 eingespeist werden. Die Verteilung gemäß 6a entspricht der Verteilung gemäß 5a.
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.
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.
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.

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

Claims

Anordnung mit einer Vorrichtung (1) zum Klassieren von Partikeln (2) mit einem Behälter (3), dessen Bodenbereich einen Vorratsbereich für die zu klassierenden Partikel (2) bildet und welcher im Bereich der Oberseite eine Austrittsöffnung (5) aufweist, mit einer unterhalb der Austrittsöffnung (5) liegenden, einen vorgegebenen Teil der Querschnittsfläche des Behälters abdeckenden Stauplatte (6), mit wenigstens einem von dem Vorratsbereich in Richtung der Stauplatte (6) verlaufenden Injektorrohr (7), dessen oberes Ende in Abstand vor der Stauplatte (6) liegt, und mit einer im Vorratsbereich vor dem unteren Ende des Injektorrohres (7) liegenden Druckerzeugungseinheit zur Generierung eines Partikelstromes, welcher durch das Beschleunigungsrohr (24, 24') verlaufend in Richtung der Stauplatte (6) geführt ist, wobei feine Partikel (2) innerhalb des Partikelstromes die Stauplatte (6) passieren und durch die Austrittsöffnung (5) geführt werden und wobei grobe Partikel (2) zum Vorratsbereich zurückgeführt werden und mit einer Zerkleinerungseinrichtung (14) mit einem Beschleunigungsrohr (24, 24') zum Sammeln einer vorgegebenen Menge von Partikeln (2), wobei die Partikel (2) in dem Beschleunigungsrohr (24, 24') einen Pfropfen (28) bilden, mit wenigstens einer Druckimpulseinheit (29, 29') zur Erzeugung von Druckimpulsen, mit einer der Austrittsöffnung des Beschleunigungsrohres (24, 24') nachgeordneten und Durchbrüche (23) aufweisenden Prallplatte (22), gegen welche ein mit einem Druckimpuls beaufschlagter Pfropfen (28) geschossen wird, mit einer an die Prallplatte (22) anschließenden Auffangkammer (20), in welcher die durch den Rückstoß an der Prallplatte (22) zerkleinerten und die Durchbrüche (23) durchsetzenden Partikel (2) gesammelt werden, und mit einer Entnahmeöffnung (32), über welche Partikel mit einer vorgegebenen Partikelgrößenverteilung aus der Auffangkammer der Vorrichtung zum Klassieren der Partikel zugeführt werden.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (3) der Vorrichtung (1) zum Klassieren von Partikeln (2) wenigstens eine seitlich angeordnete Eintrittsöffnung (4) zum Einleiten von Partikeln (2) aufweist.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (2) über die Eintrittsöffnung (4) tangential in den Behälter (3) eingeströmt werden.
Anordnung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (3) rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (5) im Zentrum der Decke des Behälters (3) liegt, und dass die Stauplatte (6) rotationssymmetrisch zur Symmetrieachse des Behälters (3) vor der Austrittsöffnung (5) angeordnet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Injektorrohr (7) hohlzylindrisch ausgebildet ist, wobei dessen Längsachse mit der Symmetrieachse des Behälters (3) zusammenfällt.
Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung (4) im Bereich des oberen Endes des Injektorrohres (7) in den Behälter (3) einmündet.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Druckerzeugungseinheit ein Druckluftstrahl erzeugt wird, der auf das untere Ende des Injektorrohres (7) gerichtet ist.
Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckerzeugungseinheit eine Druckluftdüse (9) aufweist, deren Längsachse in der Symmetrieachse des Behälters (3) verläuft und deren vorderes Ende in Abstand zum unteren Ende des Injektorrohres (7) liegt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 6–9, dadurch gekennzeichnet, dass das Injektorrohr (7) im Bereich seines unteren Endes eine Querschnittsverengung zur Erzeugung einer turbulenten Strömung aufweist.
Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsverengung des Injektorrohres (7) als Laval-Kehle (8) ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1–11, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllhöhe der Partikel (2) im Vorratsbereich des Behälters (3) der Vorrichtung (1) zum Klassieren von Partikeln (2) zwischen einer maximalen und minimalen Füllhöhe liegt.
Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Füllhöhe und die minimale Füllhöhe jeweils oberhalb des unteren Endes des Injektorrohres (7) und unterhalb der Eintrittsöffnung (4) liegt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Füllstandskontrolle der Partikel (2) im Behälter (3) jeweils ein Sensor (11, 12) zur Überwachung der minimalen und maximalen Füllhöhe vorgesehen ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1–14, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausleiten überschüssiger Partikel (2) im Boden des Behälters (3) der Vorrichtung zum Klassieren von Partikeln eine Ausfuhröffnung (13) vorgesehen ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 2–15, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Zerkleinerungsvorrichtung (14) generierten Partikel (2) über ein Leitungssystem (15) der Eintrittsöffnung (4) der Vorrichtung (1) zum Klassieren der Partikel (2) zugeführt werden.
Anordnung nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass Partikel (2) über die Ausfuhröffnung (13) von der Vorrichtung (1) zum Klassieren der Partikel (2) zu der Zerkleinerungsvorrichtung (14) rückgeführt werden.
Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführung der Partikel (2) über ein Fördersystem (16) erfolgt.
Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Fördersystem (16) eine Schleuse oder ein Transportband aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1–19, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem kontinuierlichen, durch die Druckerzeugungseinheit generierten Partikelstrom im Injektorrohr (7) der Vorrichtung (1) zum Klassieren der Partikel (2) in einem durch die Zerkleinerungsvorrichtung (14) vorgegebenen Takt Partikel (2) über die Eintrittsöffnung (4) in den Behälter (3) der Vorrichtung (1) eingeströmt werden.