EP2155395B1

EP2155395B1 - Schlagmühle

Info

Publication number: EP2155395B1
Application number: EP08749324.3A
Authority: EP
Inventors: Joachim Behrmann
Original assignee: Amandus Kahl GmbH and Co KG
Current assignee: Amandus Kahl GmbH and Co KG
Priority date: 2007-05-04
Filing date: 2008-05-05
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2028-05-05
Also published as: WO2008135267A1; EP2155395A1; EP1987883A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schlagmühle mit einem Gehäuse, mit einem Motor, mit einem durch den Motor drehend antreibbaren Rotor mit einer Halterung, an deren Außenumfang parallele stangenförmige Schlagelemente angebracht sind, mit innerhalb des Ringbereichs angeordneten Zuführöffnungen für das zu zerkleinernde Material und mit einem ringförmigen, die Halterung und die Schlagelemente umschließenden Siebelement, auf dessen innerer Oberfläche parallele stangenförmige Gegenschlagelemente angeordnet sind.
Schlagmühlen verwenden häufig gelenkig aufgehängte Hämmer. um das eingegebene Material durch Schlagen zu zerkleinern. Eine vorbekannte Schlagmühle ( EP 0 556 645 B1 ) weist ein Gehäuse auf, das eine horizontal liegende Platte mit Beschickungsöffnungen und einen Behälter mit einem kegelförmigen Austragsstutzen aufweist. An der senkrechten Antriebswelle innerhalb des Gehäuses befindet sich ein Rotor mit Schlägern in Form von gelenkig aufgehängten Hämmern, der von einem kastenförmigen Sieb umschlossen ist. Im Spalt zwischen den Hammerenden und der zylindrischen Oberfläche des kastenförmigen Siebes erfolgt der Zerkleinerungsvorgang, der aber eine Reihe von wesentlichen Nachteilen aufweist. Unter anderem führt die hohe Drehgeschwindigkeit der Ringschicht des Zerkleinerungsmaterials in derselben Richtung wie die der Rotordrehung zur wesentlichen verringerung der Wirksamkeit des Hammerschlags. Das Reibungsprinzip überwiegt bei diesem Vorgang dem Schlagprinzip, was schließlich die unregelmäßige Ausmahlung mit hohem Gehalt an staubförmigen Fraktionen, hohen Energiebedarf und eine starke Abnutzung von Arbeitswerkzeugen zur Folge hat.
Gelenkig aufgehängte Hämmer werden bei einer Schlagmühle der eingangs genannten Art vermieden (Firmenschrift Bauermeister, Universalmühlen-universal mills). Statt der gelenkig aufgehängten Hämmer werden stangenförmige Schlagelemente verwendet, die in einer ringförmigen Halterung eines Rotors angeordnet sind. Um diese Anordnung der Schlagelemente und die ringförmige Halterung ist ein Siebelement angeordnet, das mit Gegenschlagelementen versehen ist. Das von innen eingeführte Material bewegt sich aufgrund der Schwerkraft und der Fliehkraft nach außen und unten, bis es auf die Schlagelemente trifft und durch diese zerkleinert wird. Nur beschleunigtes, aber noch nicht genügend fein zermahlenes Material trifft dann auf die Gegenschlagelemente. Das hinreichend zerkleinerte Material dringt dann durch das Siebelement nach außen.
Der Nachteil dieser vorbekannten Schlagmühle besteht darin, dass das Material verhältnismäßig weit innen in den Raum eingeführt wird, der von der ringförmigen Halterung und den Schlagelementen umschlossen ist. Das Material wird dabei durch die im Innenraum herrschenden, durch die rotierenden Schlagelemente erzeugten Luftwirbel allmählich beschleunigt, so dass die Relativgeschwindigkeit der Teilchen in Bezug auf die Schlagelemente niedriger ist als wenn die Teilchen keine Umfangsgeschwindigkeitskomponente hätten. Da die Schlagelemente also nicht mit voller Geschwindigkeit auf die Teilchen auftreffen, ist die Zerkleinerungswirkung zumindestens für viele Zwecke schlechter, als wenn die Schlagelemente auf mehr oder weniger in Ruhe befindliche Teilchen treffen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Schlagmühle der eingangs genannten Art, mit der eine bessere Zerkleinerung erreicht werden kann und die weniger Energie benötigt.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, dass

Rotor und ringförmiges Siebelement horizontal ausgerichtet sind,
die Schlagelemente nach oben und unten über die Halterung herausragen,
die Zuführöffnungen nahe am Umfang des Rotors angeordnet sind und mit Umlenkeinrichtungen zum Leiten des zu zerkleinernden Materials gegen die oberen Bereiche der Schlagelemente versehen sind.

Der Rotor mit der Halterung und das ringförmige Siebelement sind im Gegensatz zum Stand der Technik, wo diese vertikal ausgerichtet sind, mit ihrer Symmetrie- bzw. Ringebene horizontal ausgerichtet. Die Zuführöffnungen für das Material sind auch nahe am Rand des Rotors angeordnet und mit Umlenkeinrichtungen zum Leiten des zu zerkleinernden Materials gegen die oberen Bereiche der Schlagelemente versehen. Das Material trifft also, wenn es nach unten fällt, im Wesentlichen mit der Geschwindigkeit Null auf die Schlagelemente und wird dabei im Wesentlichen auf den Teil der Schlagelemente treffen, der nach oben über die Halterung hinausragt.
Im Gegensatz zur Vorrichtung des Standes der Technik werden die Teilchen nicht allmählich beschleunigt, sondern werden, während sie sich praktisch im Ruhezustand befinden, von den Schlagelementen getroffen und zerschlagen. Auf diese Weise erhält man eine besonders wirksame Zerkleinerung.
Vorteilhafterweise haben die Schlagelemente und/oder die Gegenschlagelemente rechteckigen Querschnitt. Besonders vorteilhaft ist dabei quadratischer Querschnitt. In vielen Fällen erweisen sich andere Querschnittsformen als vorteilhafter, zum Beispiel rund, dreieckig, vieleckig oder trapezförmig. Entsprechende Schlagelemente und Gegenschlagelemente können leicht aus kommerziell erhältlichen Walzstahlstangen hergestellt werden. Selbstverständlich sollte dieser Stahl besonders abriebfest sein.
Zweckmäßigerweise ist der Querschnitt der Schlagelemente größer als der Querschnitt der Gegenschlagelemente. Auch die Länge der Gegenschlagelemente ist vorteilhafterweise größer als die der Schlagelemente.
Die Schlagelemente und die Gegenschlagelemente bewegen sich in einem Abstand aneinander vorbei, der im Bereich von wenigen Millimetern bis zu ungefähr 2 cm liegt. Dieser Abstand hängt von dem zu zerkleinernden Material, der gewünschten Korngröße und dergleichen ab.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist zusätzlich zu den am Außenumfang der Halterung des Rotors angeordneten parallelen stangenförmigen Schlagelementen und innerhalb derselben mindestens eine weitere Reihe von Schlagelementen vorgesehen, die in gekrümmten Reihen, zum Beispiel konzentrischen Reihen oder ellipsenförmigen Reihen, oder auch in Reihen angeordnet sind, die Vielecke bilden.
Zweckmäßigerweise ist der Motor oberhalb des Rotors angeordnet und das Siebelement auf einer vertikal verfahrbaren Abstützung gelagert. Das Gehäuse weist eine mit einer Klappe verschließbare Öffnung auf. In den Bereich dieser Öffnung kann das Siebelement verfahren werden und kann aus der Schlagmühle herausgenommen werden, nachdem die Klappe geöffnet ist. Dies erlaubt ein besonders einfaches Auswechseln des Siebelements. Anschließend hat man dann auch Zugang zum Rotor mit den Schlagelementen.
Vorteilhafterweise weist der Rotor eine scheibenförmige Platte auf, die im mittleren Bereich zwischen Mittelachse und Umfang mit Öffnungen versehen ist und über die die Schlagelemente nach oben und unten vorstehen. Teilchen, die noch nicht genügend zerkleinert sind und herabfallen, werden durch die scheibenförmige Platte am weiteren Herunterfallen gehindert. Durch die Öffnungen können die Teilchen dabei nicht hindurchdringen, da sie durch die Fliehkraft nach außen getrieben werden. Auch das Siebelement ist unten mit einer mit einer mittigen Öffnung versehenen scheibenförmigen Platte versehen.
Die Öffnungen dienen dabei der Luftumwälzung. Durch die rotierenden Schlagelemente wird wie bei einem Radiällüfter Luft von innen nach außen bewegt. Die Luft dringt dann durch das Sieb hindurch und gelangt durch die mittige Öffnung des Siebelements und die Öffnungen der Platte der Halterung der Schlagelemente zurück in den Innenbereich der Schlagelemente, von wo die Luft erneut nach außen getrieben wird. Es findet so ein Kreislauf statt, der es begünstigt, dass ausreichend feinkörniges Material durch das Sieb nach außen getrieben wird. Durch die Luftumwälzung könnte ein Teil des feinkörnigen Materials dabei erneut einen Kreislauf durchlaufen. Ein wesentlicher Teil wird aber jeweils nach unten fallen und durch den konusförmig sich verengenden Gehäuseteil gesammelt, an dessen unterer Öffnung das zerkleinerte Material entnommen werden kann.
Es findet also eine Luftumwälzung statt, ohne dass ein Sauggebläse oder Druckgebläse verwendet werden muss, im Zusammenhang mit dem dann umfangreiche Staubabscheider erforderlich wären. Dadurch, dass die Schlagelemente mit der vollen Geschwindigkeit auf die frisch zugeführten Teilchen treffen und weniger Reibung, sondern Zerkleinerung durch Schläge stattfindet, ist der Energieverbrauch wesentlich geringer als bei der vorbekannten Vorrichtung. Geringerer Energieverbrauch bedeutet dabei auch geringerer Verschleiß, weniger Erwärmung und einen kleineren Geräuschpegel.
Die Schlagmühle der Erfindung ist universal einsetzbar. Sie kann nicht nur zur Herstellung von Futtermitteln, sondern z. B. zur Zerkleinerung von Holz verwendet werden. Es ist lediglich erforderlich, die Schlagmühle den entsprechenden. Gegebenheiten anzupassen, indem geeignete Drehgeschwindigkeiten, Abstände zwischen Schlagelementen und Gegenschlagelementen und auch geeignete Einführschlitze gewählt werden.
Da die Teilchen sofort zerschlagen werden, erhält man auch eine kurze Verweilzeit. Dieses sofortige Zerschlagen ist sehr wesentlich. Verzichtet man auf die Umlenkeinrichtungen, um das zu zerkleinernde Material direkt gegen die oberen Bereiche der Schlagelemente zu richten, so steigt, wie Versuche gezeigt haben, der Energiebedarf um ungefähr 20% an.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1.: in einer perspektivischen Ansicht die Schlagmühle der Erfindung von außen;
Fig. 2.: teilweise weggeschnitten die Schlagmühle der Fig. 1;
Fig. 3: in ähnlicher Darstellung wie im Fig. 2 eine Schlagmühle mit einer abgewandelten Hub- und Feststellvorrichtung für das Siebelement;
Fig. 4: eine perspektivische Ansicht der Schlagelemente mit ihrer Halterung;
Fig. 5: eine andere Ausführungsform der Anordnung der Schlagelemente;
Fig. 6: alternative Querschnittsformen der Schlagelemente, und
Fig. 7: eine perspektivische Ansicht des Siebelements.

Die in Fig. 1 gezeigte Schlagmühle weist ein Gehäuse 1 mit einem unteren konusförmigen Teil 2, in dem das zerkleinerte Material gesammelt und nach unten abgeführt wird, und eine Klappe 3 auf, durch die, wie dies noch beschrieben wird, Zugang zum Inneren des Gehäuses 1 gewonnen werden kann und das Siebelement entnommen werden kann. Der in Fig. 1 nicht gezeigte Rotor mit der Halterung und den Schlagelementen wird durch einen Motor 4 angetrieben. Das zu zerkleinernde Material wird durch Schächte 5 eingeführt, und gelangt durch am Boden der Schächte 5 angeordnete Öffnungen in einer oberen Platte 6 des Gehäuses in das Innere der Schlagmühle 1.
In Fig. 2 ist der Rotor 20 mit der Halterung 7 in Form einer scheibenförmigen Platte für die Schlagelemente 8 gezeigt, die nach oben und unten über die Halterung 7 vorstehen. Die Halterung 7 mit den Schlagelementen 8 wird wie erwähnt durch den Motor 4 drehend angetrieben. Das Material fällt dabei durch die Schächte 5 gegen die oben vorstehenden Enden der Schlagelemente 8 aufgrund der Umlenkung durch Umlenkbleche 9. Um den Rotor 20 mit der Halterung 7 und den Schlagelementen 8 ist ein Siebelement 10 angeordnet, das Gegenschlagelemente 11 aufweist, die im Wesentlichen den Schlagelementen 8 entsprechen, aber länger sind und kleineren Querschnitt haben. In Fig. 2 ist dabei das Siebelement 10 in der Stellung gezeigt, in der es durch eine Abstützung 12 nach unten gefahren ist, damit es durch die Klappe 3 entnommen werden kann. Die Abstützung 12 kann dabei durch lineare Hubvorrichtungen 13 nach oben bzw. unten bewegt werden und außerdem in der unteren Stellung um eine Achse 21 nach außen geschwenkt werden, so dass das Siebelement 10 leicht ausgewechselt werden kann.
Die Ausführungsform der Fig. 3 unterscheidet sich von derjenigen der Fig. 2 dadurch, dass es nur eine einzige lineare Hubvorrichtung 13 für die Abstützung 12 für das Siebelement 10 auf einer Seite der Abstützung 12 aufweist. Ist das Siebelement 10 nach oben gefahren, wird es dort durch Klemmhebel 22 festgehalten, die zum diesem Zweck gedreht werden.
Der in Fig. 4 gezeigte Rotor mit der plattenförmigen Halterung 7 und den Schlagelementen 8 zeigt nicht nur, dass die Schlagelemente 8 nach oben und unten über die Halterung vorstehen. Vielmehr sind auch Öffnungen 14 in der Platte 7 gezeigt. Ein unteres ringförmiges Element 15 erhöht die Stabilität des Rotors.
Die Ausführungsform der Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der zwei konzentrische Reihen von Schlagelementen 8 vorgesehen sind. Verschiedene mögliche Querschnittsformen der Schlagelemente 8 sind in Fig. 6 gezeigt
Das Siebelement 10 ist in Fig. 7 gezeigt. Dort sind deutlich die Gegenschlagelemente 11 sowie das das Siebelement ringförmig umgebende Sieb 18 zu sehen. Auch das Siebelement 10 weist eine plattenförmige Scheibe 16 auf, die mit einer mittigen Öffnung 17 versehen ist. Statt einer mittigen Öffnung 17 kann die Scheibe 16 auch mit Lochungen versehen sein, die sich über die ganze Scheibe oder nur den mittigen Teil derselben erstrecken.
Die Wirkungsweise der Schlagmühle ist die Folgende. Das Rohmaterial wird durch die Schächte 5 und die Beschickungsöffnungen in der Platte 6 durch die Umlenkbleche 9 gegen die oberen Enden der Schlagelemente 8 geleitet. Hier wird das Material, auf das die Schlagelemente 8 mit voller Geschwindigkeit treffen, teilweise zerkleinert und verlässt dann unter Einwirkung der Fliehkraft den Rotor, der die Halterung 7 und die Schlagelementen 8 aufweist, und gelangt auf das Siebelement 10. Bei der Bewegung über die gelochte Oberfläche 18 des Siebelementes 10 wird das zu zerkleinernde Material in zwei Ströme geteilt. Der eine Strom aus kleinen Teilchen tritt durch die Löcher im Siebelement 10 nach außen und kann entnommen werden. Der andere Strom aus größeren Teilchen ändert beim Zusammenstoßen mit den Gegenschlagelementen 11 seine Richtung und gelangt zurück in den Rotor 20, insbesondere auch den unteren Teil desselben, wo er durch die Schlagelemente 8, die sich auch in den unteren Teil erstrecken, zerkleinert wird. Nach jedem Schlag der Schlagelemente 8 gegen das zu zerkleinernde Material wird dieses wieder auf die zylindrische Sieboberfläche des Siebelementes 10 geworfen, wo es separiert wird. Feine Teilchen, die durch die Löcher im Sieb 18 unter Einwirkung der Fliehkraft durchgegangen sind, werden außerhalb des Gehäuses 1 als Fertigprodukt hinausgeführt. Größere Teilchen, die durch die Löcher im Sieb des Siebelementes 10 nicht durchgehen können, werden in den oben beschriebenen Vorgang zurückgeführt.
Es sei auch betont, dass bei dem Betrieb eine ringartige Luft-Produkt-Schicht gebildet wird, die die gesamte Höhe des Siebs des Siebelementes 10 einnimmt. Bei voller Sättigung der Luft-Produkt-Schicht entstehen neben den sich nach unten bewegenden vertikalen Strömen auch die vertikalen Ströme, die sich nach oben bewegen. Der Grad der Sättigung der Luft-Produkt-Schicht mit den Teilchen des zu zerkleinernden Materials ist von der Art des zu zerkleinernden Materials sowie den Parametern und der Betriebsweise der Schlagmühle, u. a. von der linearen Geschwindigkeit der Schlagelemente 8 des Rotors 20, der Höhe und dem Durchmesser des Siebes 18, des Siebelementes 10, der Spaltgröße zwischen den Schlagelementen 8 und den Gegenschlagelementen 11, dem Durchmesser der Sieblöcher und anderen Umständen abhängig.
Auf die wirksame Funktion der Schlagmühle nehmen auch die Luftströme, die durch die Drehung des Rotors entstehen, einen großen Einfluss. So entsteht durch die Drehung des Rotors 20 und insbesondere der Schlagelemente 8 in dessen inneren Teil eine Unterdruckzone vor den Schlagelementen 8. Dorthin wird die zwischen den Teilchen des Rohmaterial enthaltene Luft intensiv eingezogen. Hierbei entsteht im Spalt zwischen den Schlagelementen 8 und dem Siebelement 10 eine Überdruckzone der Luft, die mit den Schlagelementen 8 komprimiert wird. Dieser Überdruck trägt zum intensiven Durchgang von Teilchen durch die Sieblöcher bei. Damit kein übermäßiger Druck außerhalb des Siebs entsteht, was den Durchgang von Teilchen des zerkleinerten Materials durch die Sieblöcher behindern würde, ist im zentralen Bereich des Bodens 16 des Siebelementes 10 die mindestens eine Öffnung 17 vorgesehen, durch die Luft in das Innere des Rotors 7, 8 gelenkt wird. Die Luft gelangt dabei durch die Öffnungen 14 in der Platte 15 wieder in den oberen Bereich des Rotors 7, 8.

Claims

Schlagmühle mit einem Gehäuse (1), mit einem Motor (4), mit einem durch den Motor (4) drehend antreibbaren Rotor (20) mit einer Halterung (7), an deren Auβenumfang parallele stangenförmige Schlagelemente (8) angebracht sind, mit innerhalb des Ringbereichs angeordneten Zuführöffnungen für das zu zerkleinernde Material und mit einem ringförmigen, den Rotor (20) mit den Schlagelementen (8) umschließenden Siebelement (10), auf dessen innerer Oberfläche parallele stangenförmige Gegenschlagelemente (11) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass
- Rotor (20) und ringförmiges Siebelement (10) horizontal ausgerichtet sind,

- die Schlagelemente (8) nach oben und unten über die Halterung (7) herausragen,

- die Zuführöffnungen nahe am Umfang der ringförmigen Halterung (7) angeordnet sind und mit Umlenkeinrichtungen (9) zum Leiten des zu zerkleinernden Materials gegen die oberen Bereiche der Schlagelemente (8) versehen sind.
Schlagmühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlagelemente (8) und/oder die Gegenschlagelemente (11) rechteckigen, insbesondere quadratischen Querschnitt haben.
Schlagmühle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlagelemente (8) und/oder die Gegenschlagelemente (11) runden, dreieckigen, vieleckigen oder trapezförmigen Querschnitt haben.
Schlagmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlagelemente (8) und die Gegenschlagelemente (11) aus Stahl bestehen.
Schlagmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Gegenschlagelemente (11) kleiner ist als derjenige der Schlagelemente (8).
Schlagmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenschlagelemente (11) länger sind als die Schlagelemente (8).
Schlagmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den am Außenumfang der Halterung (7) des Rotors (20) angeordneten parallelen stangenförmigen Schlagelementen (8) und innerhalb derselben mindestens eine weitere Reihe von Schlagelementen (8) vorgesehen ist, die in gekrümmten Reihen, zum Beispiel konzentrischen Reihen oder ellipsenförmigen Reihen, oder auch in Reihen angeordnet sind, die Vielecke bilden.
Schlagmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (4) oberhalb des Rotors (20) angeordnet ist, dass das Siebelement (10) auf einer vertikal verfahrbaren Abstützung (12) gelagert ist, und dass das Gehäuse (1) eine mit einer Klappe (3) verschließbare Öffnung aufweist, aus der das Siebelement (10) herausnehmbar ist, nachdem es aus dem Bereich des Rotors (7, 8) nach unten verfahren ist.
Schlagmühle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützung (12) herausschwenkbar ist.
Schlagmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (20) eine scheibenförmige Platte (7) aufweist, die im mittleren Bereich zwischen Mittelachse und Umfang mit Öffnungen (14) versehen ist, und dass das Siebelement (10) unten mit einer mit einer mittigen Öffnung (17) versehenen scheibenförmigen Platte (16) versehen ist.
Schlagmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Teil des Gehäuses (1) zum Sammeln des gemahlenen Materials konusförmig (2) ausgebildet ist.