Aktivator

Abstract

 Aktivator zum Mischen, Zerkleinern oder dergleichen, vorzugsweise zum Aktivieren von Materialien, mit mindestens zwei gegensinnig laufenden Rotoren, welche in konzentrischen Kreisen angeordnete Schlag- bzw. Arbeitswerkzeuge, vorzugsweise Platten oder Schaufeln tragen, die beidseitig an Ringscheiben der Rotoren befestigt sind, wobei die Arbeitswerkzeuge 6 radial im wesentlichen vom Innerand bis zum Außenrand der jeweiligen Ringscheiben 3 bis 5′ verlaufen und die Zwischenräume zwischen den Ringscheiben abgedichtet sind und am radial inneren Ende der Arbeitswerkzeuge 6 Dichtelemente 8, beispielsweise flexible Platten oder Besenelemente, vorgesehen sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Aktivator zum Mischen, Zerkleinern oder dergleichen, vorzugsweise zum Aktivieren von Materialien, mit mindestens zwei gegensinnig laufenden Rotoren, welche In konzentrischen Kreisen angeordnete Schlag- bzw. Arbeitswerkzeuge, vorzugsweise Platten oder Schaufeln, tragen, die beidseitig an Ringscheiben der Rotoren befestigt sind, wobei die Arbeitswerkzeuge radial im wesentlichen vom Innenrand bis zum Außenrand der jeweiligen Ringscheiben verlaufen.

[0002] Beim Zerkleinern, Mischen und insbesondere beim Aktivieren eines Materials kommt es zu einer Veränderung der Struktur dieses Materials, welches eine fundamentale Bedeutung für die Weiterverwendbarkeit hat. Eine wichtige Ursache für die Änderung des Stoffverhaltens beruht auf der Veränderung der Gitterstruktur des Materials, was beim Eingriff in das Gefüge von Grenzflächen der Materialpartikel geschieht. Diese Vorgänge werden unter dem Begriff der Tribomechanik zusammengefaßt.

[0003] Als geeignete Vorrichtungen zur Durchführung der oben genannten Behandlungen sind beispielsweise Schwing-, Kugel- oder Stift- bzw. Käfigmühlen vorgeschlagen worden. Schwing- und Kugelmühlen haben allerdings einen engen Einsatzbereich, der von den Materialparametern sowie dem energetisch günstigen Resonanzbereich der Vorrichtung selbst abhängt. Überdies führen diese mühlen zu unerwünschten Veränderungen im Inneren der resultierenden Teilchen, wodurch deren Festigkeit in nachteiliger Weise verringert wird. Nachteilig wirkt sich auch die notwendige lange Behandlungszeit sowie der diskontinuierliche Betrieb in diesen Vorrichtungen aus.

[0004] Stiftmühlen, wie sie z.B. in der AT-PS 362 289 beschrieben sind, können durch die Regelung der Drehzahl an spezifische Charakteristiken des eingegebenen Materials angepaßt werden. Sie bestehen im Prinzip aus zwei einander gegenüberliegenden Mahlscheiben, welche mit konzentrischen Kreisen von Schlag- bzw. Arbeitswerkzeugen versehen sind. Die konzentrischen Kreise dieser Arbeitswerkzeuge werden abwechselnd gegenläufig bewegt. Für den Querschnitt dieser Arbeitswerkzeuge wurden bislang kreisrunde, dreieckige oder auch wie in der AT-PS 325 396 platten- bzw. schaufelförmige Formen angegeben.

[0005] Jedoch sind auch diese Vorrichtungen mit einigen Nachteilen behaftet. So entstehen beispielsweise bei der Variante der Stiftmühle mit nur an einer Seite befestigten Arbeitswerkzeugen an der freien Seite dieser Werkzeuge unkontrollierbare Turbulenzen, wodurch die Arbeitsleistung insbesondere im Sinn der Aktivierung des Materiales deutlich absinkt. Es ist hierbei nicht sichergestellt, daß jedes Teilchen tatsächlich eine Beeinflussung erfährt, oder in welchem Ausmaß diese Beeinflussung durchgeführt wird. Daher ist auch hier ein kontinuierlicher Durchgang des Materials nicht möglich, da zur Gewährleistung einer bestimmten Beeinflussung eine längere Behandlungszeit notwendig ist. Zu diesem nachteiligen Effekt tragen auch Schlagkörper kreisförmigen bzw. dreieckigen oder allgemein stabförmigen Querschnittes bei, welche die Teilchen bezüglich deren Flugrichtung in weitem Bereich gestreut wegschleudern. Auch hierdurch kann die Energiemitteilung auf die einzelnen Teilchen nicht genau definiert, sondern nur ungefähr abgeschätzt werden.

[0006] Bei Verwendung von angestellten Platten oder Schaufeln als Arbeits-bzw. Schlagkörper ist die Definition der Flugrichtung der Teilchen zwar besser, sie können jedoch hier in die relativ großen Zwischenräume zwischen den Werkzeugen der aufeinanderfolgenden konzentrischen Ringe gestreut werden, woraus eine ungenügende Energiemitteilung resultiert. Andererseits können Teilchen auch durch die relativ grafen Zwischenräume zwischen den einzelnen Scheiben, auf welchen die Schlagwerkzeuge befestigt sind, aus dem Raum zwischen den beiden, die Arbeitswerkzeuge tragenden, Scheiben austreten und sich somit einer Behandlung entziehen. Aufgrund dieser Effekte sind auch hierbei längere Behandlungszeiten bzw. Wiederholungen der Aktivierungsbehandlungen notwendig, was sich nachteilig auf die Wirtschaftlichkeit der Vorrichtung auswirkt.

[0007] Die letztgenannten Nachteile sind auch bei der Vorrichtung gem. der DE-OS 38 02 260 zu erwarten, bei welcher die Arbeitswerkzeuge beidseitig an Ringscheiben befestigt sind. Auch hier können die Gase und davon mitgerissene Feststoffpartikel aus dem eigentlichen Desintegrationsraum in außen liegende schmale ringförmige Kanäle gelangen, in welchen wiederum Druckentlastungsöffnungen vorgesehen sind, durch welche die genannten Stoffe weiter nach außen gelangen können, ohne wiederum in den Desintegrationsraum rückgeführt zu werden. Selbst bei einer Rückführung in den Desintegrationsraum durch die besagten Kanäle ist es sehr wahrscheinlich, daß aufgrund der radialen Geschwindigkeitskamponente der Feststoffpartikel durch Durchlaufen des besagten Kanales an der Außenseite der Ringscheiben ein Ring von Arbeitswerkzeugen umgangen wird und daher die Wirkung der vorhaltsgemäßen Vorrichtung vermindert und die genau definierte Energiemitteilung auf jedes Partikel nicht gewährleistet ist.

[0008] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand daher in der Entwicklung einer Vorrichtung, mit welcher eine genau definierte Zahl von Beschleunigungen mit vorbestimmbarer Energiemitteilung für jedes Teilchen möglich wird, und die für einen kontinuierlichen Betrieb bei einmaligem Durchgang des Materials geeignet ist.

[0009] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zwischenräume zwischen den Ringscheiben abgedichtet sind.

[0010] Für die zu behandelnden Teilchen hat das den Effekt, daß sie sich in einem praktisch geschlossenen Kanal bewegen. Durch diese Maßnahmen kann nun jedes Teilchen gezielt beeinflußt werden, sodaß auch die Gesamtmasse des durchgehenden Materials und nicht nur eines Teiles davon gezielt beeinflußt wird. Die Teilchen sind in der erfindungsgemäßen Vorrichtung einer genau definierten Zahl von Beschleunigungen ausgesetzt, welche durch die Anzahl der Rotoren bestimmt ist. Durch die Wahl der Umdrehungsgeschwindigkeit ist auch die Frequenz der Beschleunigungen und deren Stärke genau zu bestimmen, sodaß die Energiemitteilung an die Teilchen exakt festgelegt werden kann. Damit wird die mechanische Energie in einem sehr hohen Grad und in einer definierbaren Weise umgesetzt, womit sich erheblich größere Durchsatzmengen und ein kontinuierlicher Betrieb, d.h. ein kontinuierlicher Materialdurchfluß durch die erfindungsgemäße Vorrichtung, erzielen lassen, wie dies bei herkömmlichen Stift- oder Plattenmühlen nicht möglich Ist. In dem erfindungsgemäßen Aktivator werden die Tellchen keinem Mahl- oder Reibevorgang, d.h. keiner Quetschkraft unterworfen, sondern beschleunigt, bis sie eine sehr hohe Geschwindigkeit erhalten haben, worauf sie in die nächste Stufe, d.h. zum nächsten Kranz von Arbeitswerkzeugen gelangen. Diese rotiert in der entgegengesetzten Richtung, bremst daher die Körnchen ab, und beschleunigt sie in der anderen Richtung. Durch das Abbremsen und Beschleunigen der Körnchen entstehen in deren einzelnen Bestandteilen unterschiedliche Kräfte, wodurch die Teilchen an deren Schwachstellen zerstört werden, ohne Verletzungen der eigentlichen Bestandteile nach sich zu ziehen. Dies resultiert in einer Aktivierung der Oberflächenstruktur, ohne daß Defekte, welche die Festigkeit der Teilchen beeinflussen, in deren Inneren entstehen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Kugelmühlen oder dgl. nimmt nach einer Behandlung im Aktivator die Volumenmasse zu und auch die Enthalpie ist um rund 15% höher als beim Vermahlen in einer Kugelmühle. Außerdem wurde festgestellt, daß die Oberflächenaktiviemg durch den erfindungsgemäßen Aktivator selbst bei gröberem, nur kurz behandeltem Material weit besser ist als bei fein vermahlenem Material aus herkömmlichen Einrichtungen, bei welchen oft lange Mahlzeiten notwendig sind.

[0011] Zur Erzielung seitlicher Abdichtungen wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, daß die Ränder angrenzender Ringscheiben einander überlappen, wobei die Arbeitswerkzeuge allenfalls Ausnehmungen der überlappenden Bereiche der Ringscheiben aufwelsen.

[0012] Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß dile Überlappung durch eine an einer der Ringscheiben fix oder abnehmbarer montierten Schürze gebildet ist, welche gegenüber der jeweiligen Ringscheibenebene geringfügig nach innen oder außen versetzt ist. Dadurch wird eine Erhöhung des Dichtungseffektes und eine Verringerung der Beanspruchung der Dichtungselemente erzielt.

[0013] Um den Verschleiß der Dichtung herabzusetzen, wird nach einer weiteren Maßnahme der Erfindung vorgeschlagen, daß die Überlappung durch einen Randbereich geringerer Dicke einer der Ringscheiben gebildet wird, welcher in eine Ringnut am Rand der angrenzenden Ringscheibe eingreift.

[0014] Eine andere Maßnahme für die erwähnte Abdichtung, falls keine Überlappung oder Dickenverbinderung möglich ist, ergibt sich nach einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch,daß am radialinneren Ende der Arbeitswerkzeuge Dichtelemente, beispielsweise flexible Platten oder Besenelemente, vorgesehen sind.

[0015] Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

[0016] Dabei zeigt Fig.1 einen Längsschnitt entlang der Drehachse der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig.2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II der Fig.1 und Fig.3a und 3b je einen Detailquerschnitt der Randbereiche zweier angrenzender Ringkäfige gemäß zweier vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung.

[0017] Auf zwei einander gegenüberliegenden koaxialen Basisscheiben 1, 2 sind kreis- oder sternförmige oder ähnlich ausgestaltete Tragestrukturen 1′,2′ angebracht, welche Ringscheiben 3,5 bzw. 4 tragen, auf welchen die Arbeitswerkzeuge 6 befestigt sind. Diese Arbeits- bzw. Schlagwerkzeuge 6 sind vorzugsweise platten- oder schaufelförmig ausgeführt. An der der jeweiligen Tragestruktur 1′ bzw 2′ und deren zugehörigen Ringscheiben gegenüberliegenden Seite der Arbeitswerkzeuge ist ebenfalls je eine Ringscheibe 3′, 5′ bzw. 4′ pro Kranz von Arbeitswerkzeugen vorgesehen. Somit stellt jeder konzentrische Kreis von Arbeitswerkzeugen 6, an dem beidseitig die Ringscheiben 3 und 3′, 4 und 4′ sowie 5 und 5′ befestigt sind, je einen betor bzw. Käfig von Arbeitswerkzeugen dar, wobei die aneinander angrenzenden betoren jeweils gegensinnig bewegt werden. Zumindest sind zwei dieser Rotoren bzw. Käfige vorhanden, es können jedoch je nach Bedarf und gewünschter Schlag- bzw.
Beschleunigungszahl auch beliebig viele betoren vorgesehen sein, vorzugsweise sind drei derartige Rotoren vorhanden. Durch die Wahl verschiedener Scheibendurchmesser und -breiten, der Anzahl der Arbeitswerkzeuge pro Scheibe und der Umdrehungsgeschwindigkeit kann die Energiemitteilung auf die Teilchen in der erfindungsgemäßen Vorrichtung exakt definiert werden.

[0018] Erfindungsgemäß verlaufen nun die Arbeitswerkzeuge 6 jedes Rotors radial im wesentlichen vom Innenrand bis zum Außenrand der jeweiligen Ringscheiben, beispielsweise 3 und 3′, sodaß die Zwischenräume zwischen den Arbeitswerkzeugen aneinander angrenzender Rotoren möglichst klein gehalten werden. Dabei ist es gleichgültig, ob es sich bei den Arbeitswerkzeugen 6 um gerade durchgehende Platten, Platten aus in bestimmten Winkeln zusammengesetzten Teilstücken oder auch flügelähnlich geformten Schaufeln handelt. Durch dieses Merkmal ist ein ganz gezielter und genau definierter Materialstrom durch die Vorrichtung erzeugbar, wie er beispielsweise bei den bisher üblichen Stift- oder auch Plattenmühlen mit kleinen Schlagwerkzeugen nicht möglich war. Schaufeln bzw. Platten in schaufelförmiger Anordnung haben den Vorteil, daß sie die Luftströmung in der Vorrichtung und damit auch den Materialstrom besser lenken als völlig gerade Platten, während aber der Einfluß im Sinne der Schlag- bzw.
Beschleunigungswirkung bei beiden Varianten gleich ist.

[0019] Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal können am radial inneren Ende der Arbeitswerkzeuge 6 zusätzlich Dichtelemente 8 vorgesehen sein, beispielsweise in Form von flexiblen Platten aus Gummi, Plastik etc., oder in Form von Besenelementen. Vorzugsweise sind diese Dichtelemente austauschbar angebracht.

[0020] Zu behandelnde Materialteilchen, welche durch z.B. einen Trichter (nicht dargestellt) im zentralen Bereich einer der Scheiben 1 oder 2 zugeführt werden, werden vom Innersten der Rotoren und dessen Arbeitswerkzeugen 3, 3′; 6 erfaßt und beschleunigt. Durch die Zentrifugalkraft wird das Material vom innersten Rotor in Richtung des nächstliegenden äußeren Kranzes von Arbeitswerkzeugen beschleunigt und von diesem erfaßt. Dadurch wird eine plötzliche Abbremsung und neuerliche Beschleunigung in der Gegenrichtung bewirkt. Dieser Vorgang wiederholt sich zwischen jeweils zwei aneinandergrenzenden Rotoren, bis die Teilchen schließlich vom äußersten Rotorkranz nach außen geschleudert werden. Sie sammeln sich an der Innenwand des (nicht dargestellten) Gehäuses um die Rotoren herum an und werden schließlich in beliebiger Weise aus der Vorrichtung abgeführt. Aufgrund der Abdeckung der gesamten Querschnittsfläche jedes Käfigs durch die Arbeitswerkzeuge werden alle Teilchen in jedem Käfig erfaßt, sodaß sie einer genau definierten Zahl von Beschleunigungen bzw. Bewegungsumkehr ausgesetzt sind, und daher eine bezüglich der Zahl eine von der Anzahl der Rotoren abhängige Energiemiteillung bekommen.

[0021] Um einen den Materialfluß der zu behandelnden Teilchen unterstützenden Luftstrom hervozurrufen, können am äußersten Rotor In an sich bekannter Weise Ventilatorschaufeln vorgesehen sein.

[0022] Gemäß einem weiteren erfindungswesentlichen Merkmal sind die Zwischenräume zwischen aneinander angrenzende Ringscheiben, beispielsweise 3 und 4′, abgedichtet. Die Ringscheiben der einzelnen betoren bilden derart miteinander ein geschlossenes System, wodurch ein Austreten der Teilchen vor dem Ende der vollständigen Behandlung durch die Zwischenräume zwischen den einzelnen Rotoren weitestgehend verhindert wird. Hierdurch wird sichergestellt, daß jedes Teilchen wirklich exakt die vorbestimmte Anzahl von Beschleunigungen mitgeteilt bekommt. Die besagte Abdichtung kann nun auf verschiedene Weise durchgeführt werden. Neben Abdichtungen, welche in Form von Dichtringen zwischen aneinander angrenzenden Ringscheiben, beispielsweise 3 und 4′, vorgesehen sind und mit keiner der besagten Ringscheiben fix verbunden sind, werden vorzugsweise konstruktiv einfachere Lösungen angewendet. Diese sind dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder angrenzender Ringscheiben, beispielsweise 3 und 4′, einander überlappen, wobei die Arbeits- bzw. Schlagwerkzeuge 6 allenfalls Ausnehmungen 8 zur Aufnahme der überlappenden Bereiche der Ringscheiben 3 bzw. 4′aufweisen. Hierbei können die einzelnen Ringscheiben einander dachziegelartig überlappend angeordnet sein, oder vorzugsweise genau in derselben Ebene liegen. Zwei Beispiele für die letztere Variante sind in den Figuren 3a und 3b dargestellt. In Fig.3a ist eine Variante dargestellt, bei der sich von der Innenseite eines der innenliegenden Rotoren ringförmige Schürzen 7 in Richtung auf den jeweils nächsten außenliegenden Rotor hin erstrecken. Eine besonders gute abdichtende Wirkung ergibt sich dadurch, daß die Arbeitswerkzeuge am inneren Rand des außenliegenden betors mit Einschnitten 9 versehen sind, in welchen die außenliegenden Ränder der ringförmigen Schürzen 7 aufgenommen sind. Bei dieser Anordnung werden alle behandelten Teilchen vom inneren Rotor durch die Arbeitswerkzeuge sowie die Schürzen 7 auf die Arbeitswerkzeuge des nächsten äußeren betors geleitet. Gemäß einer Abwandlung dieser Variante können die Schürzen 7 auch nur bis zum Innenrand der Arbeitswerkzeuge 6 des äußeren Rotors geführt sein, was in der Herstellung zu Vereinfachungen führt.
Andererseits können aber auch vom äußeren betor Schürzen 7′ ausgehen, welche den jeweils innenliegenden Rotor an dessen äußerer Seite umfassen. Auch hierbei ist eine gute Leitwirkung der vom inneren Roetor weggeschleuderten Teilchen in Richtung der Arbeitswerkzeuge des äußeren Rotors gegeben.

[0023] Zusätzlich zu dem Einfluß auf die genau definierte Zahl von Beschleunigungen der Teilchen, wird durch diese Ausführung auch das einwandfreie Funktionieren der erfindungsgemäßen Vorrichtung in jeder beliebigen Lage, d.h. auch bei im wesentlichen senkrecht stehender Drehachse der konzentrischen Rotoren gewährleistet.

[0024] Der zweite Faktor für eine genau definierte Energiemitteilung ist die Stärke der Schläge auf das jeweilige Teilchen, bzw. genauer, die Größe der Beschleunigung, welcher die einzelnen Teilchen unterworfen sind. Diese wird durch die Umdrehungsgeschwindigkeit der Rotoren bestimmt. Durch geeignete Wahl der Rotationsgeschwindigkeit der Schlagwerkzeuge sowie der Anzahl der hintereinander angeordneten Stufen bzw. Rotoren kann nun für jedes beliebige Material die passende Behandlungsabfolge eingestellt werden.

[0025] Die besagten Schürzen 7 oder 7′ können den jeweils anderen Rotor selbstverständlich auch beidseitig umfassen und somit eine Abdichtung in Form eines Nut-Feder-Systems bilden. Die Schürzen können starr oder auch mehr oder weniger flexibel sein, und fix oder abnehmbar an dem jeweiligen Rotor bzw. dessen Randbereich befestigt sein. Vorzugsweise sind die inneren und äußeren Randbereiche der jeweiligen betoren schon mit den genannten Schürzen versehen, jedoch können auch bereits bestehende Maschinen mit entsprechend geformten Nachrüstteilen ausgestattet werden.

Ansprüche

1. Aktivator zum Mischen, Zerkleinern oder dergleichen, vorzugsweise zum Aktivieren von Materialien, mit mindestens zwei gegensinnig laufenden Rotoren, welche in konzentrischen Kreisen angeordnete Schlag- bzw. Arbeitswerkzeuge, vorzugsweise Platten oder Schaufeln, tragen, die beidseitig an Ringscheiben der Rotoren befestigt sind, wobei die Arbeitswerkzeuge radial im wesentlichen vom Innenrand bis zum Außenrand der jeweiligen Ringscheiben verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenräume zwischen den Ringscheiben (3 bis 5′) abgedichtet sind.

2. Aktivator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder angrenzender Ringscheiben (beispielsweise 3 und 4′) einander überlappen, wobei die Arbeitswerkzeuge (6) allenfalls Ausnehmungen zur Aufnahme der überlappenden Bereiche der Ringscheiben aufweisen.

3. Aktivator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlappung durch eine, an einer der Ringscheiben fix oder abnehmbar montierten Schürze (7 bis 7′) gebildet ist, welche gegenüber der jeweiligen Ringscheibenebene geringfügig nach innen oder außen versetzt ist.

4. Aktivator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlappung durch einen Randbereich geringerer Dicke einer der Ringscheiben gebildet wird, welcher in eine Ringnut am Rand der angrenzenden Ringscheibe eingreift.

5. Aktivator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am radial inneren Ende der Arbeitswerkzeuge (6) Dichtelemente (8), beispielsweise flexible Platten oder Besenelemente, vorgesehen sind.

Zeichnung