DE1507482C3 - Schwing-Backenbrecher zum Zerkleinern von grobem, mineralischem wie auch faserigem Material - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwing-Backenbrecher zum Zerkleinern von grobem, mineralischem wie auch faserigem Material, mit einem Paar massiver Brecherbacken, die zwischen sich eine etwa vertikale, keilförmige, durch Stirnplatten seitlich verschlossene Brecherkammer bilden und von denen wenigstens eine Brecherbacke gegenüber der anderen hin und her schwingt, deren Schwingungserregung durch einen eine Wechselkraft abgebenden Unwucht-Schwingungsgenerator erfolgt.

Derartige Schwing-Backenbrecher arbeiten mit schwingfähig gelagerten Brecherbacken, bei denen ihre Masse und damit gekoppelte Energiesammeifedern so aufeinander abgestimmt sind, daß stark unharmonische Schwingungen entstehen, wobei über einen Unwuchtgenerator soviel Energie je Schwingung zugeführt wird, wie für die Brecherarbeit verbraucht wird. Schwingungen von etwa 8 Hz sind damit möglich, was bereits zu einem verhältnismäßig guten Brechergebnis führt.

Mit der Erfindung wird nun eine weitere Verbesserung des Schwing-Backenbrechers angestrebt, wodurch nicht nur der Brechwirkungsgrad erhöht sondern auch das Anwendungsfeld des Brechers vergrößert werden soll. Während der bekannte Brecher nämlich für sprödes Material wie Stein oder sonstiges mineralisches Gut verwendet werden kann, soll der Brecher nach der Erfindung darüberhinaus in der Lage sein, faseriges Material mit gutem Wirkungsgrad zu zerkleinern.

Die Lösung dieser Aufgabe geschieht in der Weise, daß zwischen den Schwingungsgenerator und die schwingende Brecherbacke ein aus festem, elastischem Material bestehender Schwingkörper eingeschaltet ist, der vom Schwingungsgenerator die Wechselkraft aufnimmt, in eine elastische, die Form einer stehenden Welle aufweisende Schwingung gerät und diese Schwingung an einer Stelle auf die Brecherbacke überträgt, an der sie einen Schwingungsbauch aufweist

Ein derartiger Schwing-Backenbrecher nach der Erfindung verwendet also Resonanzeigenschaften eines starken elastischen Gliedes zur Bildung eines Schwingkreises, dessen in ihm gespeicherte Energie zur Einwirkung auf das Brechgut gebracht wird, während der Schwingungsgenerator selbst stets nur die beim Brechen verbrauchte Wirkkomponente zuzuführen braucht. Die Einrichtung kann also klein sein und mit verhältnismäßig geringer Leistungszufuhr auskommen und gerade deswegen auch ohne wesentliche Rückwirkungen auf die Umgebung arbeiten.

Vorteilhaft ist es, wenn der Schwingkörper aus einer Stange besteht, die senkrecht zur Hin- und Herbewegung der Brecherbacke angeordnet, in eine stehende Längswellenschwingung versetzbar und in ihrem Schwingungsknoten gelagert ist. Eine solche, in den meisten Fällen aus einem hochwertigen Stahl gebildete Stange stellt einen besonders gut in Längsschwingungen versetzbaren, schwingfähigen Körper dar, der die Schwingungen mit zwar nur kleiner Amplitude aber dafür sehr hohem Energieinhalt und hoher Frequenz zu übertragen in der Lage ist und der ein Frequenz stabilisierendes Resonanzsystem im Zusammenwirken mit dem anregenden Schwingungsgenerator und der trägen Masse der in Schwingungen versetzten Brecherbacke darstellt.

Bevorzugt wird in der Brecherkammer durch Einleiten einer Flüssigkeit eine Flüssigkeitsfüllung aufrechterhalten. Die Brecherbacken wirken dann nicht nur unmittelbar durch ihre gegeneinander schwingenden Oberflächen auf das Brechgut ein, sondern die zwar kurzen aber energiereichen Schwingungen werden von der Oberfläche der angetriebenen Brecherbacke in die Flüssigkeit abgestrahlt, so daß sie durch Kompressionsund Dehnungskräfte auch in dem Bereich der Brecherkammer am Brechgut wirksam werden, der nicht unmittelbar mit den Brecherbacken in Verbindung steht.

In einem Ausführungsbeispiel, das in der Zeichnung dargestellt ist, wird die Erfindung eingehend erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Gesteinsbrecher,

F i g. 2 die Draufsicht auf den in F i g. 1 dargestellten Brecher.

In der Zeichnung ist ein verhältnismäßig leichter Grundrahmen 10 dargestellt, der aus zwei sich in Längsrichtung des Brechers erstreckenden Kastenträgern 11 besteht, weiche durch Querverbinder 12 an ihren Enden miteinander verbunden sind. An einem Ende des Rahmens überbrückt ein Doppel-T-Träger 13 die beiden Kastenträger 11, auf welchem eine feststehende Brecherbacke 14, die eine große träge Masse aufweisen muß, die hier etwa als rechteckiger Block dargestellt ist, befestigt ist. Diese Backe 14 muß deswegen eine so große träge Masse haben, damit sie Schwingungskräfte aufnehmen kann, ohne selbst wesentlich in Schwingungen zu geraten.

Der feststehenden Backe 14 gegenüber ist eine schwingfähige Backe 15 mit ebenfalls großer träger Masse angebracht, die gleichfalls etwa die Form eines rechteckigen Blockes aufweist. Diese schwingende

Backe 15 ist an einem Ende einer elastischen, in ihrer Längsrichtung schwingenden Stange 16 befestigt, die vorzugsweise aus Stahl mit sehr guten elastischen Eigenschaften ohne frühzeitige Materialermüdung besteht.

Das zweite Ende der Stange 16 ist in einer Verbindung, über welche Schwingungen übertragbar sind, mit einem Schwingungsgenerator 20 verbunden, der so ausgelegt ist, daß in der Stange 16 elastische Längsschwingungen induziert werden, die im folgenden Beschreibungsteil näher erläutert sind.

Zwischen der schwingenden Backe 15 und dem Schwingungsgenerator 20 weist die Stange 16 eine zylindrische Verdickung 21 auf, die vorzugsweise näher an der Backe 15 als am Schwingungsgenerator 20 gelegen ist und die in einem feststehenden, geteilten Halteblock 22 eingeklammert ist, welcher auf dem oberen Flansch eines Doppel-T-Trägers 23, der die beiden Kastenträger 11 überbrückt, befestigt ist. Vorzugsweise ist dieser Halteblock 22 noch über seitliche Verbindungsplatten 23a mit der feststehenden Backe 14 verbunden, um ihn weiterhin zu versteifen.

Während ihrer Tätigkeit schwingt die Backe 15 mit nur sehr geringer Amplitude gegenüber der feststehenden Backe 14. Die Backe wird von einem Doppel-T-Träger 24 gehalten, der die beiden Kastenrahmenträger 11 überbrückt und auf der die Backe 15 gleiten kann.

In dem hier dargestellten Beispiel ist die Backe 15 mit einer senkrechten Begrenzungsfläche 15a innerhalb der Brecherkammer S ausgestattet. Die gegenüberliegende Fläche der Backe 14 ist leicht abgeschrägt, weist also eine steil geneigte Arbeitsfläche 14a auf, so daß durch die oberen Kanten 25 der Blöcke die Größe der brechbaren Gesteinsbrocken begrenzt wird. Durch diese Ausbildung entsteht eine keilförmige Brecherkammer S für die Gesteinsbrocken, wobei sich das weitere Ende des Keils an der Oberseite befindet. Das Gesteinsmaterial ist, wenn es sich in der Kammer S befindet, in einen Schwingkreis einbezogen, dessen Kreiselemente die Teile 14,15,16 und 20 sind.

An Tragarmen 27, die an der feststehenden Backe 14 befestigt sind, wird ein Trichter 26 gehalten, der das Gestein in die Brecherkammer 5 hineinleitet. Die Brecherkammer S zwischen den Backen ist so ) bemessen, daß an ihrer Oberseite gerade die größten zu brechenden Brocken hineinpassen, während der Öffnungsschlitz auf ihrer Unterseite gleich der höchstzulässigen Größe des gebrochenen Materials ist.

Der Schwingungsgenerator 20 ist an dieser Stelle nur skizziert und kurz beschrieben. Sein Grundaufbau geht aus den F i g. 1 und 2 hervor. Der Generator 20 weist im einen Gehäuse Rotoren auf. Jeder dieser Rotoren besteht aus einer schweren Rolle 41, deren Durchmesser etwas geringer als der Bohrungsdurchmesser ihrer Umlaufbahnen ist.

Die beiden Rotoren werden über Kardanwellen 54 angetrieben. Sie sind über stirnverzahnte Zahnräder 63 und 64, die miteinander im Eingriff sind, verbunden, so daß die Wellen 54 und die Rotoren in entgegengesetzter Richtung zueinander umlaufen. Wie hier dargestellt, ist das Getriebegehäuse 60 auf einem Block 70 befestigt, auf dem gleichfalls ein Elektromotor 71 steht, der auf seinem Wellenende ein Zahnrad 72 trägt (s. F i g. 2), das im Gehäuse 60 mit dem Zahnrad 63 in Eingriff ist

Die Ausgangsfrequenz liegt bei gewöhnlichen AnIagen etwa im Bereich zwischen 50 und 500 Hz, und es läßt sich leicht erkennen, daß bei entsprechender Übersetzung des Getriebes vom Motor auf den Generator und entsprechender Frequenzerhöhung im Generator diese Frequenz mit einem Motor normaler Drehzahl erreichbar ist. Dieser Frequenzbereich ist für eine große Reihe von Anwendungsfällen bezeichnend. Höhere Frequenzen bei kleineren Geräten sind in Sonderfällen möglich.

Aus der vorangegangenen Beschreibung des Schwinggenerators 20 geht hervor, daß auf das Ende der Stange 16 eine Wechselkraft in Längsrichtung dieser Stange einwirken soll. Die Stange 16 ist vorzugsweise mit einem verstärkten Befestigungsteil 21 ausgestattet, welcher näher zum Verbindungsende mit der Brecherbacke 15 als zu jenem mit dem Generator 20 liegt. In der Zeichnung ist der Abschnitt zwischen Unterstützungsteil und Brecherbacke etwa ein Drittel so lang wie der Abschnitt zwischen Unterstützungsteil und Schwingungsgenerator; die Unterstützung kann jedoch auch noch näher an die Brecherbacke herangerückt werden. Der Generator 20 wird so angetrieben, daß seine Schwingungsfrequenz die Stange 16 in eine stehende Längswellenschwingung versetzt, deren Schwingungsknoten N in den Befestigungsteil 21 der Stange und deren einer Schwingungsbauch V in den Verbindungspunkt der Stange mit der Brecherbacke 15 fällt, während der zweite Schwingungsbauch V am Generatorgehäuse liegt. Der Antriebsmotor 71, das Übersetzungsgetriebe und die Getriebeübersetzung des Generators 20 selbst sowie die Länge und die Lage des Befestigungspunktes der Stange 16 sind aufeinander abgestimmt, so daß in der Stange 16 die gewünschte stehende Resonanzschwingung entsteht, was durch Maßnahmen geschieht, die dem Fachmann bekannt sind. Im allgemeinen wird eine Halbwellenlängen-Schwingung angewendet, so daß an den Enden der Stange Schwingungsbäuche und dazwischen ein Schwingungsknoten auftreten. Durch entsprechende Verlegung des Festpunktes der Stange 16 näher an ein Ende und durch die große Masse der Brecherbacke 15 wird die Wellenform jedoch so verändert, daß die wirkliche Länge des zweiten Abschnitts der Stange etwa einer Viertelwellenlänge entspricht. Die Wellenform, die dabei erhalten wird, ist in der F i g. 1 diagrammartig oberhalb der Stange 16 dargestellt, wobei die vertikale Höhe des Diagramms ein Maß für die Schwingungsweite und die Bewegungsgeschwindigkeit der Längsschwingung jedes Punktes des Schwingungssystems darstellt, das aus den Teilen Stange 16, Brecherbacke 15 und Generator 20 gebildet wird. Verständlicherweise und wie es sich aus dem Diagramm nach F i g. 1 ergibt, ist die Schwingungsweite der Längsschwingung am Befestigungspunkt der Stange 16 Null, da sich dieser im Schwingungsknoten N befindet. Die beiden Abschnitte 16a und 166 der elastischen Stange 16 dehnen und verkürzen sich in gleichem Rhythmus miteinander, da sie in Form einer stehenden Welle schwingen, wobei die Enden 16a und 166 die Schwingungsamplituden aufweisen, die im darüber gezeichneten Diagramm dargestellt sind. Wie weiterhin einzusehen ist, sind die Schwingungsamplituden am Generatorende wesentlich größer als jene am Kupplungsende der Stange 16 mit der Brecherbacke 15. Entsprechend ist die Kraft, die vom Abschnitt 16a auf die Brecherbacke 15 und von dieser auf das Gestein in der Brecherkammer Seinwirkt, im umgekehrten Verhältnis der Schwingungsweiten von Generatorende und Brecherende der Stange verstärkt. Die Verschiebungsamplitude der großen tragen Masse der Brecherbacke 15 ist verhältnismäßig klein. Das zu zerkleinernde Material zwischen den schweren Massen

der Brecherbacken 14 und 15 ist somit sehr hohen Brechkräften bei sehr kleinen Schwingungsweiten und geringer Geschwindigkeit der Brecherbacken ausgesetzt. Die Bedingungen sowohl an der Brecherbacke 15 als auch im Material zwischen den Brecherbacken entsprechen denjenigen bei einer hohen Schwingungsimpedanz. Unter diesen Bedingungen ist das Material einer wechselweisen Zusammendrückung und Strekkung ausgesetzt, wobei die zulässige Dehnungsgrenze des Materials überschritten wird, wenn es sich um ein derartig sprödes Material wie Gestein handelt, so daß das Gestein schnell in immer kleinere Teile zerbricht. Das zu brechende Material ist in der F i g. 1 allgemein mit R bezeichnet und betritt, wie dort zu sehen, die Brecherkammer 5 in verhältnismäßig großen Stücken und Brocken vom Trichter 26 aus, wobei die Brocken durch die Einwirkung der Brecherbacken immer weiter zerkleinert werden und infolge ihres Gewichtes am unteren Ende der Brecherkammer 5, auf die vorgeschriebene Höchstkorngröße zerkleinert, herausfallen. Das Material befindet sich bei diesem Verkleinerungsprozeß in der keilförmigen Brecherkammer 5 des Gesteinsbrechers als Glied in einem Schwingkreis. Die bereits erwähnte hohe Schwingkreisimpedanz der beweglichen Brecherbacke 15 ist für die gute Anpassung an das zu brechende Material durchaus wünschenswert. Diese hohe Impedanz wird dadurch erreicht, daß eine Brecherbacke 15 mit sehr großer träger Masse, also einer hohen Massenreaktanz, verwendet wird. Wenn eine Massenreaktanz vorgesehen wird, die im Verhältnis zur Wirkkomponente der Impedanz groß ist (die Wirkkomponente ergibt sich aus den Reibungsverlusten im Schwingkreissystem), ist der Gütefaktor des schwingenden Systems hoch. Die Reibungsverluste sind besonders beim Brechen von weniger sprödem Gestein, faserigem Material wie Pflanzenfasern od. dgl., hoch. Der Gütefaktor Q ist ein Maß für die Güte des schwingenden Systems und' errechnet sich aus dem Verhältnis der Reaktanzkomponente der Impedanz zu ihrer Verlustkomponente oder aus dem Verhältnis der gespeicherten Energie zur Verlustenergie einer jeden Schwingung. Ein weiterer Vorteil einer hohen Impedanz in der beweglichen Brecherbacke und im zu brechenden Gestein und einer vergleichsweise niedrigen Impedanz im Schwingungsgenerator ist der, daß der Generator mit einer großen Bewegung, dabei aber mit geringer Kraft und höherer Geschwindigkeit arbeiten kann, als an der Brecherbacke nötig ist. Der Brecher kann außerdem von sehr einfachen und allgemein bekannten Antriebselementen angetrieben werden. Das Schwingungssystem ist also dadurch gekennzeichnet, daß es am Generatorende eine niedrige und am Brecherende eine hohe Impedanz erfordert und daß zwischen diesen beiden Impedanzen eine Stange 16, die elastisch schwingen kann, als Schwingungsübertrager wirkt, oder, anders ausgedrückt, als Anpassungsübertrager eingesetzt ist.

In der gezeigten Darstellung ist der Schwingungsknoten in der Stange 16 etwa in der Entfernung von einem Viertel der Länge der Stange von der schweren Masse te der Brecherbacke 15 vorgesehen; er kann jedoch noch näher an die Brecherbacke gerückt werden, wenn die Ausgangsimpedanz weiter vergrößert wird. Die Schwingungsweite der Brecherbacke 15 wird dann auf einen sehr kleinen Wert verringert. Die Gesamtlänge der Stange nähert sich dann der einer Viertelwellenlängen-Schwingung, und die Schwingung selbst kann etwa als Viertelwellen-Schwingung angesprochen werden.

Aber auch in dem Fall enthält die Schwingung zwei Schwingungsbäuche, wenngleich der Abstand zwischen dem Schwingungsbauch Vund dem Schwingungsknoten N sehr klein wird, so daß die stehende Welle physikalisch gesehen eine Halbwellenlängen-Schwingung ist, deren beide Enden sich in entgegengesetzter Richtung bewegen und zwischen denen sich ein Schwingungsknoten befindet. Selbstverständlich sind vielfache dieser stehenden Wellen möglich und in die Erfindung einbezogen.

In der Fig. 1 ist ein Wassersprührohr 69 dargestellt, durch welches Wasser in den Trichter 26 eingeleitet wird. Während des Zerkleinerns kann damit Wasser in die Brecherkammer S eingeleitet werden, mit dessen Hilfe der Staub und die organischen Bestandteile aus dem Gestein herausgespült und die kleineren oder stärker zusammengedrückten Gesteinsteile schneller durch die Kammer hindurchbefördert werden. Das Wasser dient außerdem als Ankopplungsmedium des zu brechenden Materials an die Brecherbacke 15. Ohne das Wasser geschieht die schwingungsmäßige Ankopplung dadurch, daß das Gestein zwischen die beiden Backen eingeklemmt wird. Im Beisein von Wasser gehen die Schwingungswellen zunächst von der schwingenden Brecherbacke in das Wasser und dann in das Material über, das nicht unbedingt mit den Brecherbacken in Berührung sein muß. Dies ist besonders wirksam bei faserigem Material. Die Schwingungswellen können dann in derartiges Gestein oder anderes Material, z. B. faserförmiges Material, eindringen und es beträchtlichen Druck- und Biegeschwingungen unterwerfen. Auch die Schwingungen im Wasser, das das zu brechende Gestein umgibt, wirken reinigend, indem Staub und organische Bestandteile ab- und aus dem Brecher herausgespült werden.

Wenn der gesamte Block des Materials, das gebrochen oder gequetscht werden soll, mehr oder weniger als ein Flüssigkeitskörper angesehen werden kann, wird die Wirkung der Vorrichtung beträchtlich verbessert gegenüber derjenigen, die erreicht werden kann, wenn nur wenig Flüssigkeit vorhanden ist und die Füllung nicht als ein in sich geschlossener Flüssigkeitskörper betrachtet werden kann.

Das bedeutet, daß die Flüssigkeit nach Möglichkeit in der Brecherkammer zwischen den Brecherbacken behalten werden soll. Die Brecherbacken bewegen sich mit nur so kurzem Weg, daß keine Kavitation auftritt, wenn die Füllung nicht als geschlossene Flüssigkeitsmasse angesprochen werden kann. Derartige Kombination von durch Schwingungen hervorgerufener Kavitation in Verbindung mit der mechanischen Brechwirkung der Brecherbacken auf das zu brechende Material läßt aber die Leistung des Gerätes außerordentlich ansteigen.

In einer sehr wirkungsvollen Ausführungsform der Erfindung wird ein Rohr 69 verwendet, dessen Größe und Durchflußmenge im Verhältnis zur Ausflußöffnung für die Flüssigkeit aus dem Brecher genügend groß ist, so daß die Brecherkammer stets mit Flüssigkeit ausgefüllt ist Das ist besonders dann von Vorteil, wenn das zu brechende Gut gereinigt werden muß. Wenn es sich um organischen Staub handelt, ist es gewöhnlich vorteilhaft, eine Reinigungsflüssigkeit jedoch in geringerer Menge in die Brecherkammer S einzugeben, so daß der Staub nach unten gespült wird. Die Ausflußwege für die Flüssigkeit können auf die Weise klein gehalten werden, daß die feststehenden und beweglichen Teile des Brechers-, die die Brecherkammer 5

umgeben, sehr nahe aneinandergedrückt werden, so daß der Flüssigkeitskörper zwischen den Brecherbacken 14, 15 gehalten wird. Die Tragarme 27 für den Trichter können z. B. eng an den Brecherbacken 14, 15 anliegen und dadurch das Austreten von Flüssigkeit auf den Seiten der Brecherkaminer 5verhindern. In der Fig. 2 sind die Tragarme 27 mit gestrichelten Linien so dargestellt, daß sie den Spalt /.wischen den Brecherbakken 14, 15 vollkommen überdecken. Die abdichtenden

Platten 27 liegen eng an der Oberfläche der Brecherbacken 14, 15 an und verhindern somit einen wesentlichen Austritt von Flüssigkeit.

Bei allen Ausführungsformen der Erfindung wird durch den elastischen Aufbau eine leichte und gedrängt gebaute Maschine erhalten, die unter Verwendung eines Schwingungssystems eine hohe Impedanz und eine starke Quetschwirkung auf das Arbeitsgut aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 628/8

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schwing-Backenbrecher zum Zerkleinern von grobem, mineralischem wie auch faserigem Material, mit einem Paar massiver Brecherbacken, die zwischen sich eine etwa vertikale, keilförmige, durch Stirnplatten seitlich verschlossene Brecherkammer bilden und von denen wenigstens eine Brecherbacke gegenüber der anderen hin- und herschwingt, deren Schwingungserregung durch einen eine Wechselkraft abgebenden Unwucht-Schwingungsgenerator erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Schwingungsgenerator (20) und die schwingende Brecherbacke (15) ein aus festem, elastischem Material bestehender Schwingkörper (16) eingeschaltet ist, der vom Schwingungsgenerator (20) die Wechselkraft aufnimmt, in eine elastische, die Form einer stehenden Welle aufweisende Schwingung gerät und diese Schwingung an einer Stelle auf die Brecherbacke (15) überträgt, an der sie einen Schwingungsbauch f V)aufweist.

2. Schwing-Backenbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkörper aus einer Stange (16) besteht, die senkrecht zur Hin- und Herbewegung der Brecherbacke (15) angeordnet, in eine stehende Längswellenschwingung versetzbar und in ihrem Schwingungsknoten (N) gelagert ist.

3. Verfahren bei einem Schwing-Backenbrecher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brecherkammer (S) durch Einleiten einer Flüssigkeit eine Flüssigkeitsfüllung aufrechterhalten bleibt.