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Die
Erfindung bezeichnet eine Zerkleinerungsvorrichtung für zu zerkleinerndes
Material sowohl pflanzlichen, landwirtschaftlichem oder sonstigen
Ursprungs in gepresster Form oder in loser Schüttung.
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Es
sind Vorrichtungen zum Zerkleinern von Gegenständen sowohl biologischen als
auch anderen Ursprungs bekannt.
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In
der Druckschrift
DE
38 07 983 C2 wird eine solche beschrieben, die in einem
Gehäuse
eine drehbar gelagerte Trommel mit mehreren Reihen von Reißzähnen aufweist.
Jede Reihe der Reißzähne hat einen
schräg
zur Trommelachse, schraubenlinienförmigen Verlauf, wobei die Reißzähne von
jeweils benachbarten Reihen auf Lücke versetzt angeordnet sind.
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Die
Reißzähne wirken
mit am Mantel des Gehäuses,
parallel zur Trommelachse, auf einem oberen und unteren Tragbalken
feststehenden Reihe von Gegenzähnen
zusammen und bewirken die Zerkleinerung.
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Im
Abgabebereich der Vorrichtung kann das Gehäuse als schwenkbare Halbschale
mit Durchtrittsöffnungen
für das
zerkleinerte Gut ausgebildet sein.
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Auf
der Innenseite der Halbschale in Form eines Gitters kann zusätzlich ein
auswechselbares Sieb aufgelegt sein. Das zugeführte Gut wird von den Reißzähnen der
rotierenden Trommel erfasst und an den Gegenzähnen des unteren Balkens erstmals zerkleinert.
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Die
dem eingelegten Sieb entsprechend zerkleinerten Stücke fallen
bei der Weiterdrehung der Trommel im Abgabebereich nach außen, während noch
nicht genügend
zerkleinerte Stücke
weiter mitgerissen werden, um an den Gegenzähnen des oberen Tragbalkens
weiter zerkleinert zu werden.
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Bei
der Weiterdrehung der Trommel gelangen diese Stücke wieder in den Zuführbereich,
wo sie nochmals zerkleinert werden. Dieser Vorgang wiederholt sich
solange, bis der gewünschte
Zerkleinerungsgrad erreicht ist und die Stücke durch das Sieb und das
Gitter nach außen
abgegeben werden.
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Die
auf der Trommel in mehreren Reihen auf Lücke versetzt als mehrgängige Teilschnecke
angeordneten Reißzähne erfordern
einen relativ großen Trommeldurchmesser,
der wiederum eine hohe Antriebsleistung bedingt.
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Auf
Grund der Anordnung des Siebs lediglich im Abgabebereich müssen bereits
kurz nach dem Aufgabebereich zerkleinerte Gegenstände energetisch
ungünstig
bis in den Abgabebereich weitertransportiert werden.
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Ein
Zerkleinerer mit einem schraubenförmigen Zerkleinerungselement
wird in der Druckschrift
DE
93 12 028 U1 offenbart. Das Zerkleinerungselement weist
an einem zylindrischen Grundkörper
eine Wendel mit geringer Steigung über dessen Gesamtlänge und
eine Wendel großer
Steigung nur über
einen Teil der Länge
auf.
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Als
Schneidelemente sind ein halbkreisförmiges Schneidelement am Übergang
der Wendel mit geringer Steigung zum Bereich mit beiden Wendeln zum
Abscheren von Grünschnitt
mit großem
Querschnitt und ein Lochblech als teilkreisförmiges Schneidelement über die
gesamte Länge
der Walze vorgesehen. Am zweiten Schneidelement in Form eines Lochblechs
wird der Grünschnitt
von den Wendeln angedrückt,
an den Aussparungen des Lochblechs abgeschert und fällt nach
außen.
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Die
Bauweise des Zerkleinerungselements mit den unterschiedlichen Wendeln
ist aufwendig.
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Bei
Verschleiß muss
das Zerkleinerungselement vollständig
gewechselt werden.
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Der
Zerkleinerer ist nur für
Gut mit ähnlichen Eigenschaften
wie Grünschnitt
geeignet und versagt bei anderem.
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Eine
Zerkleinerungsmaschine für
weiches bis mittelhartes Zerkleinerungsgut mit einem Maschinengehäuse mit
einem geschlossenen Arbeitszylinder mit Zerkleinerungslöchern, in
dem eine koaxiale Achswelle mit Flügeln über die gesamte axiale Länge als
Zerkleinerungswerkzeuge angeordnet sind, wird in der Druckschrift
DE 199 43 518 B4 benannt.
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Im
Maschinengehäuse
ist der Arbeitszylinder mit der Achswelle mit Flügeln geneigt angeordnet.
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Die
Flügel
laufen mit einem Abstand von höchstens
dem Durchmesser der Zerkleinerungslöcher praktisch berührungsfrei
im Arbeitszylinder um.
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Die
Zerkleinerungslöcher
können
als Rundloch, Reibloch oder Quadratloch ausgeführt sein.
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Das
Zerkleinerungsgut wird über
einen Zufuhrkanal, im einfachsten Fall einem Einfülltrichter, an
der höchsten
Stelle des Arbeitszylinders zugeführt. Das Gut muss durch Schwerkraft über den
Zufuhrkanal begrenzten Durchmessers zuführbar sein.
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Über einen
Abführkanal
wird das zerkleinerte Gut aus der Maschine geleitet.
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Mit
dieser Zerkleinerungsmaschine lässt
sich nur vorzerkleinertes Gut, das durch den Zuführkanal fallen kann, weiter
zerkleinern.
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Es
besteht zudem die Gefahr, dass sich zerkleinertes Gut im oberen
Bereich der Maschine zwischen Gehäuse und Arbeitszylinder ablagert
und so einen Teil des Abfuhrkanals verstopft.
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Die
Druckschrift
DE
10 2005 061 232 A1 betrifft eine Vorrichtung zum Zerkleinern
von Biomasse, die jedoch zwei gegenüberliegende Antriebswellen aufweist,
auf denen jeweils zueinander beabstandete, in einem Schnittbereich
berührungsfrei
ineinander greifende Messerblätter
angeordnet sind.
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Die
Messerblätter
eines einzigen Typs sind auf einer Welle rotationssymmetrisch versetzt
parallel hintereinander so angeordnet, dass eine schräg verlaufende
Reiß-
bzw. Einzugslinie erzeugt wird. Das Einziehen des zu schreddernden
Materials soll damit verbessert werden und die Antriebsbelastung gleichmäßig ohne
wesentliche Spitzen erfolgen.
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Zum
Wechseln eines verschlissenen Messerblattes ist es erforderlich
die Welle aufwendig auszubauen und zumindest eine Anzahl der Messerblätter abzuziehen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es eine Zerkleinerungsvorrichtung zu entwickeln,
die zu zerkleinerndes Material sowohl pflanzlichen, landwirtschaftlichem
oder sonstigen Ursprungs in gepresster Form oder in loser Schüttung zu
Partikeln verarbeiten kann, wobei die Zerkleinerungsvorrichtung
unkompliziert aus wenigen Bauteilen kompakt aufgebaut, wartungsarm
und -freundlich sein soll und mit geringem energetischen Einsatz
betrieben werden kann sowie einen störungsfreien Langzeitbetrieb
gewährleistet.
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Die
Aufgabe wird durch die im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmale
gelöst.
Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Eine
erfindungsgemäße Zerkleinerungsvorrichtung
besteht im Wesentlichen aus einer, in einem Gehäuse gelagerten Reißschnecke
als Zerkleinerungselement, die aus einer Welle mit einer Vielzahl von
Aufsetzmessern besteht und die mit einem diese halbschalenförmig umgebenden
Schneidelement in Form eines Schneidsiebs zur Zerkleinerung von
unterschiedlichstem Material zusammenwirkt.
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Im
Bereich der Reißschnecke
ist das Gehäuse
oben sowie unten offen.
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Die
Höhe der
Seitenwände
erstreckt sich maximal bis zur Achsmitte der Welle.
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Zur
Ausbildung der Reißschnecke
sind die einzelnen Aufsetzmesser mit einem Winkelversatz auf der
Welle angeordnet, so dass eine segmentierte Helix, von insbesondere
eines Vollkreises zur Erzielung eines gleichmäßigen Laufverhaltens, über die Länge der
Welle ausgebildet ist.
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Die
Aufsetzmesser in Form von Ringsegmenten weisen in Umfangsrichtung
beidseitig, symmetrisch, konkave Einschnürungen auf, womit am Übergang
vom Außendurchmesser
zur konkaven Einschnürung
jeweils eine spitzwinklige Reißkante vorliegt.
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Ein
Schärfen
der Reißkante
ist nicht erforderlich.
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Zum
kraft- und formschlüssigen
Verbinden der einzelnen Aufsetzmesser mit der Welle sind an deren
Innenradius Bohrungen für
Verbindungselemente eingebracht.
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Die
Welle der Reißschnecke
ist mit einem am Gehäuse
befestigten Getriebemotor gekoppelt und wird von diesem vorzugsweise
mit 15–25
Umdrehungen pro Minute angetrieben.
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Das
mit der Reißschnecke
zusammenwirkende Schneidsieb hat näherungsweise die Form einer
Halbschale und ist mit geringem Abstand zum Umkreis der Aufsetzmesser
an beiden axialen Enden des Gehäuses
der Zerkleinerungsvorrichtung in Lagerschalen aufgenommen sowie über die
axiale Länge
seitlich am Gehäuse
mittels Spannleisten fixiert.
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In
Abhängigkeit
von dem zu zerkleinernden Material weist das Schneidsieb runde,
ovale oder mehreckige Öffnungen
auf, deren freie Fläche
der zu erzielenden Partikelgröße angepasst
ist. Je kleiner die gewünschte
Partikelgröße sein
soll, um so kleiner sind die Öffnungen
des Schneidsiebs.
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Besonders
günstig
lassen sich Partikel mit Abmessungen im Bereich von 4 bis 20 mm
in jeder Dimension erzeugen.
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Das
zu zerkleinernde Material wird an der Oberseite des Gehäuses zugeführt.
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Von
den Reißkanten
der Aufsetzmesser werden in Abhängigkeit
vom Ausgangszustand des Materials, wie Ballen, Teile herausgerissen
und anschließend
im Zusammenwirken mit dem Schneidsieb zerkleinert. Die Zerkleinerung
kann dabei durch ziehenden Schnitt, Scherwirkung, Reißwirkung,
Zerreiben usw. erfolgen.
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Die
erhaltenen Partikel werden unter dem Schneidsieb in üblicher
Weise aufgefangen und der weiteren Verwendung zugeführt.
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Das
zu zerkleinernde Material kann sowohl trocken, wie Stroh, Heu, Holz
und Kunststoffe, oder auch feucht sein, wie Gras, Maispflanzen,
Stallmist oder Rinde.
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Eines
der bevorzugten Einsatzgebiete der Zerkleinerungsvorrichtung ist
die Aufbereitung von Ausgangsmaterial für die Biogaserzeugung.
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Halme
und Stängel
von Pflanzen, die sich mit Schreddern oder bekannten Musern nur
schwer oder nicht zu Partikeln verarbeiten lassen, sind mit der
beschriebenen Zerkleinerungsvorrichtung problemlos verarbeitbar.
Auch große
kompakte Stücke
von zu zerkleinerndem Material sind verarbeitbar, da die Aufsetzmesser
der Reißschnecke
Teile aus dem zugeführten
Material herausreißen
und von der Reißschnecke
mit den als Helix angeordneten Aufsetzmessern nicht in Längsrichtung
durch das Schneidsieb geführt
werden können.
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An
pflanzlichen Ausgangsmaterialien haftende Verunreinigungen wie Sand
oder Erde führen
zu keinem wesentlich stärkerem
Verschleiß.
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Ebenso
möglich
ist es, die Zerkleinerungseinrichtung für Prozesse im Recycling, wie
für Kunststoffe,
einzusetzen.
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Die
besonderen Vorteile der Zerkleinerungsvorrichtung bestehen in deren
unkompliziertem Aufbau mit wenigen unterschiedlichen Bauteilen,
der einfachen Anpassung an die geforderte Partikelgröße des zerkleinerten
Gutes durch Austausch und Einsatz eines Schneidsiebs anderer Größe und/oder Geometrie
der Öffnungen,
der Wartung und Reparatur mit geringem Aufwand sowie dem geringen
spezifischen Energieverbrauch.
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Bei
Verschleiß der
Aufsetzmesser sind diese einfach auswechselbar. Ist zunächst nur
eine Reißkante
verschlissen, kann das Aufsetzmesser auf Grund der symmetrischen
Ausbildung nach der um 180 Grad gewendeten Montage auch weiter genutzt werden.
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Die
Erfindung wird als Ausführungsbeispiel an
Hand von
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1 als
Draufsicht der Zerkleinerungsvorrichtung
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2 als
Schnitt A-A
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3 als
Darstellung eines Reißmessers näher erläutert.
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Nach 1 besteht
eine Zerkleinerungseinrichtung im Wesentlichen aus einer in einem
offenen Gehäuse 1 gelagerten
Reißschnecke 2 in
Form einer segmentierten Helix von etwa 360 Grad, die aus einer
Welle 3 mit einer Vielzahl an dieser kraft und formschlüssig verbundener
Aufsetzmesser 4 gebildet ist, einem Schneidsieb 5 mit Öffnungen 6 und
einem Getriebemotor 7.
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Die
Reißschnecke 2 ist
in einer ersten Gehäusewand 8 und
einer zweiten Gehäusewand 9 gelagert.
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Im
Bereich der Reißschnecke 2 ist
das Gehäuse 1 oben
sowie unten offen. Die Höhe
einer rechten Seitenwand 10 und einer linken Seitenwand 11 erstreckt
sich maximal bis zur Achsmitte der Welle 3.
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Das
Schneidsieb 5 mit den Öffnungen 6 ist wie
in 2, dem Schnitt A-A nach 1, dargestellt,
annähernd
halbschalenförmig
geformt. Es wird an beiden axialen Enden jeweils von einer mit den Gehäusewänden 8, 9 verbundenen
Lagerschale 12 aufgenommen und mittels einer mit Seitenwänden 10, 11 lös bar, zumindest
kraftschlüssig
verbundenen rechten Spannleiste 13 und einer linken Spannleiste 14 fixiert.
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Wie
aus 2 weiter hervorgeht, sind die Aufsetzmesser 4 in
einem radialen Winkelversatz 15 ohne axialen Zwischenraum
zur Ausbildung der Helix nach 1 auf der
Welle 3 montiert, wobei die Reißschnecke 2 nach 2 mit
geringem Abstand eines Umkreises 16 der Aufsetzmesser 4 zum
Schneidsieb 5 umläuft.
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Nach 3 weist
das Aufsetzmesser 4 die Form eines Ringsegments mit einem
dem Außendurchmesser
der Welle 3 entsprechenden Innenradius 17 und
einem Außenradius 18 auf.
Der Außenradius 18 ist
so bemessen, dass der gewünschte,
erforderliche, geringe Abstand des Umkreises 16 der Aufsetzmesser 4 zum
Schneidsieb 5 vorliegt.
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Das
Aufsetzmesser 4 ist radial symmetrisch ausgebildet. Zur
Formung spitzwinkliger Reißkanten 19 am
Außenradius 18 des
Aufsetzmessers 4 besitzt das Ringsegment beidseitig eine
teilkreisförmige, konkave
Einschnürung 20.
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Diese
Einschnürung 20 geht
am Innenradius 17 jeweils in einen Bereich 21 über, in
dem sich eine Bohrung 22 zur Aufnahme von Verbindungselementen
zur kraft- und formschlüssigen
Montage des Aufsetzmessers 4 auf der Welle 3 befinden.
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Reißschnecke
- 3
- Welle
- 4
- Aufsetzmesser
- 5
- Schneidsieb
- 6
- Öffnungen
- 7
- Getriebemotor
- 8
- erste
Gehäusewand
- 9
- zweite
Gehäusewand
- 10
- rechte
Seitenwand
- 11
- linke
Seitenwand
- 12
- Lagerschale
- 13
- rechte
Spannleiste
- 14
- linke
Spannleiste
- 15
- Winkelversatz
- 16
- Umkreis
- 17
- Innenradius
- 18
- Außenradius
- 19
- Reißkante
- 20
- Einschnürung
- 21
- Bereich
- 22
- Bohrung