EP3253493B1

EP3253493B1 - Zerkleinerungsvorrichtung zur rückgewinnung von sekundärrohstoffen aus entsorgtem material sowie verfahren zu deren steuerung

Info

Publication number: EP3253493B1
Application number: EP16703096.4A
Authority: EP
Inventors: Jochen KAMM; Holger SENK
Original assignee: Dieffenbacher GmbH Maschinen und Anlagenbau
Current assignee: Dieffenbacher GmbH Maschinen und Anlagenbau
Priority date: 2015-02-03
Filing date: 2016-02-03
Publication date: 2019-04-10
Anticipated expiration: 2036-02-03
Also published as: CN107396629B; EP3253493A1; CN107396629A; DE102015101530A1; WO2016124618A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zerkleinerungsvorrichtung zur Rückgewinnung von Sekundärrohstoffen aus entsorgtem Material sowie auf ein Verfahren zur Steuerung einer solchen Zerkleinerungsvorrichtung.
Unter Sekundärrohstoffen werden gewöhnlich Rohstoffe verstanden, die durch Aufarbeitung (Recycling) aus entsorgtem Material gewonnen werden. Sie dienen als Ausgangsstoffe für neue Produkte und unterscheiden sich dadurch vom primären (aus der Natur gewonnenen) Rohstoff. Es handelt sich also im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung insbesondere um solche Stoffe, die im Rahmen der Rohstoffwirtschaft in einer Kaskaden- bzw. Mehrfachnutzung zum zweiten oder wiederholten Mal genutzt werden. Die Nutzung von Sekundärrohstoffen schont vorteilhaft natürliche Ressourcen und leistet einen Beitrag zu einer nachhaltigen Entwicklung.
Bei entsorgtem Material kann es sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere um Materialverbunde handeln, wie sie beispielsweise bei der Recycling-Aufbereitung von Elektro- und Elektronik-Geräten bzw. -baugruppen auftreten, um Recycling-Mono- oder Mischmaterialien aus Eisen-Metallen, Nicht-Eisen-Metallen, Faserverbund- oder anderen Kunststoffen und/oder um Holz- und/oder Halmfraktionen wie Alt- oder Recyclingholz, entrindetes Stammholz, Kappholzstücke- oder andere Holzreste wie insbesondere Späne, um Altpapier oder um Stroh, sowie um Materialfraktionen aus vorgeschalteten anderen Grob-Zerkleinerungsprozessen in der Recycling-Industrie oder um Schlacken aus Verbrennungsprozessen.
Zur industriellen Rückgewinnung von Sekundärrohstoffen aus entsorgtem Material sind eine Vielzahl von Zerkleinerungsvorrichtungen bekannt geworden.
Beispielsweise sei hier auf die in der EP 1 536 892 B1 , der EP 1 721 674 B1 oder der WO 2010/057604 A1 beschriebenen Zerkleinerungsvorrichtungen verwiesen, jeweils umfassend eine erste Zerkleinerungsstufe mit einem in einem zylindrischen Gehäuse rotierenden Schlagwerkzeug, zu dessen zentralem Bereich ein Zuführkanal für das entsorgte Material geführt ist, wobei das Schlagwerkzeug mit hohen Drehzahlen rotiert und dadurch einen radialen Luftwirbel hoher Geschwindigkeit erzeugt, welcher in der ersten Zerkleinerungsstufe schlag-zerkleinerte Materialfraktionen entlang von im zylindrischen Gehäuse ausgebildeten Öffnungen zum Austritt hinreichend zerkleinerter Materialfraktionen in einen Sammelraum führt.
Nachteilig an den aus dem Stand der Technik bekannten Zerkleinerungsvorrichtungen ist der durch die Austrittsöffnungen im Gehäuse begrenzte Materialdurchsatz.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine insbesondere hinsichtlich des Materialdurchsatzes verbesserte Zerkleinerungsvorrichtung zur Rückgewinnung von Sekundärrohstoffen aus entsorgtem Material sowie ein Verfahren zu deren Steuerung bereitzustellen. In einer Erweiterung der Aufgabe soll die Vorrichtung und das Verfahren insbesondere der Staubherstellung aus dem entsorgten Material dienen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Zerkleinerungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Steuerung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst.
Die Lösung für die Zerkleinerungsvorrichtung zur Rückgewinnung von Sekundärrohstoffen aus entsorgtem Material, umfasst im Wesentlichen eine erste Zerkleinerungsstufe mit einem Zuführkanal zur Zuführung des entsorgten Materials zu einem ersten Gehäuse mit einem rotierenden Schlagwerkzeug zur Zerkleinerung des entsorgten Materials in eine schlag-zerkleinerte Materialfraktion und zur Erzeugung eines Luftwirbels, welcher von der ersten Zerkleinerungsstufe die schlag-zerkleinerte Materialfraktionen zwischen die Wandungen eines doppelwandigen zweiten Gehäuses einer, der ersten Zerkleinerungsstufe nachgelagerten, zweiten Zerkleinerungsstufe verbringt, wobei das doppelwandige Gehäuse der zweiten Zerkleinerungsstufe 20 an der Außenwandung mit einem ersten Sieb und an der Innenwandung mit einem zweiten Sieb versehen ist, wobei durch diese Siebe entsprechend reibfein-zerkleinerte Materialfraktionen in einen dem jeweiligen Sieb nachgelagerten Sammelraum gelangen.
Bevorzugt sind dabei am doppelwandigen Gehäuse der zweiten Zerkleinerungsstufe auf der Innenseite der Außenwandung ein erstes Reibsieb und auf der Außenseite der Innenwandung ein zweites Reibsieb angeordnet.
Indem die zweite Zerkleinerungsstufe erfindungsgemäß als doppelwandiges Gehäuse ausgebildet ist, dessen Wandungen jeweils mit Sieben versehenen sind für den Durchtritt entsprechend reibfein-zerkleinerter Materialfraktionen, kann eine Zerkleinerungsvorrichtung mit einem vorteilhaft deutlich verbesserten Materialdurchsatz für rückgewonnene Sekundärrohstoffe aus entsorgtem Material bereitgestellt werden.
Besonders bevorzugt kann dabei der Luftwirbel ausgenutzt werden, um das zu zerkleinernde Material an sich selbst und/oder an den Reibelementen bzw. Reibsieben zur Zerkleinerung zu reiben.
Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
So ist in einer Ausgestaltung der Zerkleinerungsvorrichtung bevorzugt, wenn die Innenseite der ersten Wandung der ersten Zerkleinerungsstufe mit Spaltkanten versehen ist, welche die Schlag-Zerkleinerung entsorgten Materials weiter fördern, wenn dieses durch das Schlagwerkzeug auf die Spaltkanten geschleudert wird.
Soweit als entsorgtes Material Mono-Materialien zum Einsatz kommen und/oder Sekundärrohstoffe mit gleich verteilten Partikelgrößen erhalten werden sollen, hat sich in einer Ausgestaltung der Zerkleinerungsvorrichtung der Einsatz von Reibsieben mit in beiden Sieben gleich großen Lochdurchmessern bewährt.
Soweit als entsorgtes Material dagegen Misch-Materialien zum Einsatz kommen und/oder Sekundärrohstoffe (gleich ob aus Mono- oder Misch-Materialien gewonnen) mit unterschiedlich verteilten Partikelgrößen erhalten werden sollen, hat sich in einer alternativen Ausgestaltung der Zerkleinerungsvorrichtung der Einsatz von Reibsieben mit verschieden großen Lochdurchmessern bewährt, wobei die Lochdurchmesser des einen Reibsiebes bevorzugt größer gewählt sind als in dem anderen Reibsieb.
In beiden Fällen haben sich insbesondere Reibsiebe bewährt, welche bevorzugt als sog. Conidur®-Siebe ausgebildet sind, wie diese von der deutschen Firma HEIN, LEHMANN GmbH angeboten werden. Bekanntlich sind Conidur®-Siebe nach einem besonderen Verfahren hergestellt, welches es ermöglicht, feinste Löcher in Blechdicken herzustellen, die ein Vielfaches des Lochdurchmessers betragen können. Vorteilhaft weisen Conidur®-Siebe insbesondere konische Löcher auf, wobei die Durchgangsrichtung schräggestellt ist, so dass eine die Partikelgröße definierende schuppenartige, raue Oberfläche den Zerkleinerungsprozess unterstützt.
Soweit die Partikelgröße - je nach zugeführtem entsorgten Material - wesentlichen Einfluss auf die technischen Eigenschaften des Sekundärrohstoffes hat und deshalb die durch die Reibsiebe gelangten reibfein-zerkleinerten Materialfraktionen einer weiter differenzierten Partikelgrößenverteilung bedürfen, können in einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Zerkleinerungsvorrichtung den Reibsieben entsprechend weitere, auf definierte Partikelgrößen abgestimmte Siebe, nachgelagert sein.
Um auch reibfein-zerkleinerte Fasermaterialfraktionen mit definierter Faserlänge rückgewinnen zu können sind Lochabstände in den Reibsieben bevorzugt, welche in Umfangsrichtung des doppelwandigen Gehäuses kleiner gewählt sind als in dessen Längserstreckung. Mit anderen Worten: soweit in Längserstreckung und damit typischer Bewegungsrichtung schlag-zerkleinerter Materialfraktionen diese auf größere Lochabstände stoßen als in Quererstreckung dazu, hat dies zum Vorteil, dass die Löcher in den Reibsieben durch hinreichenden Abstand zueinander eine Längsfasern abreibende Wirkung entfalten.
In einer weiteren Ausgestaltung der Zerkleinerungsvorrichtung ist bevorzugt, wenn der Deckel des doppelwandigen Gehäuses der zweiten Zerkleinerungsstufe mit Reibleisten versehen ist, welche die Reib-Zerkleinerung schlag-zerkleinerter Materialfraktionen weiter fördern, wenn diese die Reibleisten passieren.
In einer weiteren Ausgestaltung der Zerkleinerungsvorrichtung ist bevorzugt, den Durchsatz der, insbesondere reibfein-zerkleinerten, Materialfraktionen durch die Vorrichtung durch eine Saugluftströmung zu unterstützen.
Dabei hat sich insbesondere bewährt, zumindest dem zweiten Sammelraum ein den Materialdurchsatz förderndes Absaugmittel zuzuordnen.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Steuerung einer Zerkleinerungsvorrichtung wie zuvor beschrieben, welches durch Stelleinrichtungen gekennzeichnet ist, mittels welchen das Verhältnis der Volumenströme in den Sammelräumen so einstellbar ist, dass der Volumenstrom reibfein-zerkleinerter Materialfraktionen im Sammelraum hinter der Innenwandung des Gehäuses der zweiten Zerkleinerungsstufe größer ist als der Volumenstrom reibfein-zerkleinerter Materialfraktionen im Sammelraum hinter der Außenwandung des Gehäuses der zweiten Zerkleinerungsstufe.
Eine erste Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich vorzugsweise dadurch aus, dass als Stelleinrichtung für das Volumenstromverhältnis die Drehzahl wenigstens eines Absaugmittels variierbar ist.
Eine zweite Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich vorzugsweise dadurch aus, dass als Stelleinrichtung für das Volumenstromverhältnis in wenigstens einem Sammelraum eine den Volumenstrom drosselnde Steuerklappe angeordnet ist.
Eine dritte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich vorzugsweise dadurch aus, dass der Motorstrom eines das Schlagwerkzeug antreibenden Elektromotors anpassbar ist, insbesondere bei Änderungen oder Schwankungen im Materialeintrag und/oder bei drohender Verstopfung im ersten Gehäuse der ersten Zerkleinerungsstufe.
Bei erfindungsgemäßen Zerkleinerungsvorrichtungen haben sich insbesondere Volumenstromverhältnisse bewährt, bei denen das Verhältnis der Volumenströme von äußerem Sammelraum zu innerem Sammelraum kleiner 1 ist, vorzugsweise insbesondere 2:3 beträgt.
Schließlich zeichnet sich eine Weiterbildung des Verfahrens dadurch aus, dass das Volumenstromverhältnis mittelbar durch Messung der Staudrücke in den Sammelräumen überwacht wird, wobei ein korrekt eingestelltes Volumenstromverhältnis sich dadurch auszeichnet, dass der Staudruck im inneren Sammelraum hinter der Innenwandung des Gehäuses der zweiten Zerkleinerungsstufe kleiner ist als der Staudruck im äußeren Sammelraum hinter der Außenwandung des Gehäuses der zweiten Zerkleinerungsstufe.
Die vorliegende Erfindung eignet sich zur industriellen Rückgewinnung von Sekundärrohstoffen, insbesondere aus

Materialverbunden, wie sie beispielsweise bei der recycling-Aufbereitung von Elektro- und Elektronik-Geräten bzw. -baugruppen auftreten; und/oder
Recycling-Mono- oder Mischmaterialien aus Eisen-Metallen, Nicht-Eisen-Metallen, Faserverbund- oder anderen Kunststoffen; und/oder
Holz- und/oder Halmfraktionen wie Alt- oder Recyclingholz, entrindetes Stammholz, Kappholzstücke oder andere Holzreste wie insbesondere Späne, Altpapier oder Stroh; und/oder
Materialfraktionen aus vorgeschalteten anderen Grob-Zerkleinerungs-prozessen in der Recycling-Industrie oder Schlacken aus Verbrennungsprozessen.

Gleichwohl kann die vorliegende Erfindung insbesondere zur Herstellung bzw. Aufbereitung von Ersatzbrennstoffen dienen, die bevorzugt nach einer Klassierung respektive Aussiebung, in Staubbrennern verbrannt werden können. Auch die Verwendung als Zusatzbrennmittel in Feuerungsstätten ist denkbar.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand zweier in den Zeichnungen dargestellter beispielhafter Zerkleinerungsvorrichtungen zur Rückgewinnung von Sekundärrohstoffen aus entsorgtem Material - auf welche die vorliegende Erfindung jedoch nicht beschränkt ist - näher erläutert.
Es zeigen schematisch:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Zerkleinerungsvorrichtung zur Rückgewinnung von Sekundärrohstoffen, insbesondere Partikelgrößen gleicher Korngrößenverteilung, beispielsweise aus entsorgten Faserverbund-Materialen; und
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Zerkleinerungsvorrichtung zur Rückgewinnung von Sekundärrohstoffen, insbesondere Partikelgrößen unterschiedlicher Korngrößenverteilung, beispielsweise aus entsorgten Holz- und/oder Halmmaterialien.

Bei der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleicher Bauteile.
In den Figuren 1 und 2 ist jeweils eine Zerkleinerungsvorrichtung 1 zur Rückgewinnung von Sekundärrohstoffen 99 aus entsorgtem Material 90 dargestellt.
Erkennbar ist, wie in einem unteren Bereich der Zerkleinerungsvorrichtung 1 eine erste Zerkleinerungsstufe 10 realisiert ist. Das dieser Zerkleinerungsstufe 10 durch einen Zuführkanal 50 zugeführte entsorgte Material 90 wird hierbei durch ein, in bekannter Weise beispielsweise als Messerrotor ausgebildetes, Schlagwerkzeug 12 zerschlagen. Das in einem ersten, beispielsweise zylindrisch oder sechs-, acht- oder anders vieleckförmig ausgebildeten, Gehäuse 11 rotierende Schlagwerkzeug 12 wird bevorzugt so dimensioniert, dass je nach Dichte des zugeführten Materials 90 ein radialer Luftwirbel und somit eine Sichterwirkung für schlag-zerkleinerte Materialfraktionen 91 entsteht, durch welchen schlag-zerkleinerte Materialfraktionen 91 mit hoher Geschwindigkeit in eine oberhalb der ersten Zerkleinerungsstufe 10 angeordneten zweiten Zerkleinerungsstufe 20 geschleudert werden, welche eine ausreichende Schlag-Zerkleinerung erfahren haben.
Das Schlagwerkzeug 12 kann dazu mit Schaufeln ausgestattet sein (nicht dargestellt), welche die zuvor beschriebene Sichterwirkung fördern.
Wenn - wie dargestellt - die Innenseite des Gehäuses 11 der ersten Zerkleinerungsstufe 10 mit Spaltkanten 61 versehen ist, kann die Schlag-Zerkleinerung des entsorgten Materials 90 weiter gefördert werden, wenn dieses entsorgte Material 90 durch das in der ersten Zerkleinerungsstufe 10 rotierende Schlagwerkzeug 12 auf die Spaltkanten 61 geschleudert und aufgespalten wird.
Das Gehäuse 21 der zweiten Zerkleinerungsstufe 20 ist erfindungsgemäß als doppelwandiges Gehäuse 21 ausgebildet, zwischen dessen Außenwandung 22 und Innenwandung 23 die schlag-zerkleinerten Materialfraktionen 91 geschleudert werden, und welche jeweils mit Reibsieben 32, 33 versehen sind für den Durchtritt entsprechend reibfein-zerkleinerter Materialfraktionen 92, 93 in einen dem jeweiligen Reibsieb 32, 33 nachgelagerten Sammelraum 42, 43. Die zweite Zerkleinerungsstufe 20 wird somit durch Zerreiben von zuvor schlag-zerkleinerten Materialfraktionen 91 nicht nur an einer rauen Innenseite der Außenwandung 22 des doppelwandigen Gehäuses 21 sondern auch an einer rauen Außenseite der Innenwandung 23 des doppelwandigen Gehäuses 21 erzielt. Das Vorhalten zweier Reibsiebe 32, 33 erhöht den Materialdurchsatz für rückgewonnene Sekundärrohstoffe 99 aus entsorgtem Material 90 vorteilhaft deutlich. Dass doppelwandige Gehäuse 21 kann analog oder abweichend zum ersten Gehäuse 11 zylindrisch oder sechs-, acht- oder anders vieleckförmig ausgebildet sein.
Damit nicht oberhalb der Außen- und Innenwandung 22, 23 schlag-zerkleinerte Materialfraktionen 91 austreten, sind diese bevorzugt mit einem Deckel 24 abgedeckt, womit durch die Außen- und Innenwandung 22, 23 und dem Deckel 24 ein Raum 25 für die in der zweiten Zerkleinerungsstufe 20 aufzureibenden schlag-zerkleinerten Materialfraktionen 91 begrenzt ist. Wenn - wie ebenfalls dargestellt - der Deckel 24 des doppelwandigen Gehäuses 21 der zweiten Zerkleinerungsstufe 20 mit Reibleisten 62 versehen ist, kann auch die Reib-Zerkleinerung schlag-zerkleinerter Materialfraktionen 91 weiter gefördert werden, wenn diese Materialfraktionen 91 die Reibleisten 62 passieren.
Insbesondere kann der Transport der Materialfraktionen 91, 92, 93 im rein mechanisch erzeugten Luftwirbel und/oder zusätzlich saugtechnisch unterstützt durch die Zerkleinerungsvorrichtung 1 erfolgen.
Bei letztgenannter Ausgestaltung hat sich insbesondere bewährt, beiden Sammelräumen 42, 43 oder zumindest einem Sammelraum 42 oder 43 ein den Materialdurchsatz förderndes Absaugmittel 52, 53 zuzuordnen.
Dieses ist bevorzugt dergestalt ausgelegt, dass über den Zuführkanal 50 auch Frisch- oder - soweit das entsorgte Material der Trocknung bedarf - auch Trocken- oder Warmluft angesaugt wird. Freilich kann diese Luft im Zuführkanal 50 auch durch alternative oder kumulative Mittel bereitgestellt werden. In jedem Fall aber hat sich bewährt, im Bereich der ersten Zerkleinerungsstufe 10 das Gehäuse 11 bevorzugt verschlossen auszubilden, so dass keine Luft entweichen und eine Saugluftströmung in Richtung der zweiten Zerkleinerungsstufe 20 schwächen kann.
Durch den stets zumindest mechanisch mittels des Schlagwerkzeuges 12 erzeugten Luftwirbel werden schlag-zerkleinerte Materialfraktionen 91 aus der ersten Zerkleinerungsstufe 10 nicht nur nach oben in die zweite Zerkleinerungsstufe 20 geschleudert sondern im Luftwirbel zusätzlich im Kreis gedreht.
Die notwendige Luftströmung durch die Reibsiebe 32, 33 wird bevorzugt mit Hilfe eines Steuerungsverfahrens realisiert, welches durch Stelleinrichtungen gekennzeichnet ist, mittels welchen die Volumenströme v̇42, v43 einstellbar sind. Insbesondere ist bevorzugt, dass das Verhältnis der Volumenströme v̇42 : v̇43 so einstellbar ist, dass der Volumenstrom v̇ 43 reibfein-zerkleinerter Materialfraktionen 93 im Sammelraum 43 in Strömungsrichtung hinter der Innenwandung 23 des Gehäuses 21 der zweiten Zerkleinerungsstufe 20 größer ist als der Volumenstrom v̇42 reibfein-zerkleinerter Materialfraktionen 92 im Sammelraum 42 hinter der Außenwandung 22 des Gehäuses 21.
Dabei werden sich die Drücke P42 >> P43 einstellen, welche folglich als Indikatoren für das Verhältnis der Volumenströme v̇42 : v̇43 dienen können. Da Drücke P leichter als Volumenströme v̇ messbar sind ist in einer Weiterbildung des Steuerungsverfahrens bevorzugt, dass das Volumenstromverhältnis v̇42 << v̇43 mittelbar durch Messung der Drücke P42, P43 in den Sammelräumen 42, 43 überwacht wird, wobei ein korrekt eingestelltes Volumenstromverhältnis v̇42 << v̇43 sich dadurch auszeichnet, dass der Druck P43 im inneren Sammelraum 43 in Strömungsrichtung hinter der Innenwandung 23 des Gehäuses 21 der zweiten Zerkleinerungsstufe 20 kleiner ist als der Druck P42 im äußeren Sammelraum 42 in Strömungsrichtung hinter der Außenwandung 22 des Gehäuses 21 der zweiten Zerkleinerungsstufe 20. Es handelt sich dabei im Wesentlichen um Staudruckverhältnisse.
Eine weitere Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich vorzugsweise dadurch aus, dass als Stelleinrichtung für die Volumenströme v̇42, v̇43 oder das Volumenstromverhältnis v̇42 << v̇43 die Drehzahl D52 und/oder D53 wenigstens eines Absaugmittels 52, 53 variierbar ist.
Eine zweite Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich vorzugsweise dadurch aus, dass als Stelleinrichtung für die Volumenströme v̇42, v̇43 oder das Volumenstromverhältnis v̇42 << v̇43 in wenigstens einem Sammelraum 42, 43 eine den Volumenstrom v̇42, v̇42 drosselnde Steuerklappe 72, 73 angeordnet ist.
Eine dritte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich vorzugsweise dadurch aus, dass der Motorstrom eines das Schlagwerkzeug 12 antreibenden Elektromotors 13 anpassbar ist, insbesondere bei Änderungen oder Schwankungen im Materialeintrag und/oder bei drohender Verstopfung im ersten Gehäuse 11 der ersten Zerkleinerungsstufe 10.
Bei erfindungsgemäßen Zerkleinerungsvorrichtungen haben sich insbesondere Volumenstromverhältnisse bewährt, bei denen das Verhältnis der Volumenströme v̇42 : v̇43 von äußerem Sammelraum 42 zu innerem Sammelraum 43 kleiner 1 ist, vorzugsweise insbesondere 2:3 beträgt.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Zerkleinerungsvorrichtung 1 zur Rückgewinnung von Sekundärrohstoffen 99, beispielsweise aus entsorgten Faserverbund-Materialen, mit einer Korngröße respektive einer Korngrößenverteilung.
Insbesondere aus dem steigenden Anteil von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen in unterschiedlichen Industriezweigen ergibt sich zwangsläufig, dass immer mehr ausgediente CFK-Produkte als Abfall anfallen, welche dann auch im Sinne der Produktverantwortung recycelt werden müssen. Die Verwertung von CFK-Materialien erlangt aufgrund des umfassenden Einsatzes, in der Luftfahrtindustrie, der Automobilindustrie, in der Windenergiebranche und vielen anderen Bereichen, immer mehr an Bedeutung. Hier ist insbesondere die Werthaltigkeit der Carbonfasern von Bedeutung, für deren Herstellung bereits ein sehr hoher Energieaufwand investiert wurde. Mit einem hochwertigen Recycling lässt sich diese Energie zumindest zu hohen Anteilen erhalten, wenn es gelingt, Verfahren zu entwickeln und zu etablieren, die nur eine möglichst geringe Degradierung der Fasern beinhalten. Dies ist nämlich Voraussetzung dafür, dass die Eigenschaften der Fasern auch in einem Bauteil der zweiten Generation zum Einsatz kommen können und nutzbar bleiben. Hinzu kommt, dass die Kohlenstofffasern (eben aufgrund der sehr aufwändigen Herstellung) ein relativ hochpreisiger Rohstoff sind. Somit sind nicht nur ökologische Gründe für das Recycling von Faserverbundwerkstoffen vorhanden, sondern es handelt sich auch um einen wirtschaftlich interessanten Ansatzpunkt, die wiedergewonnenen Fasern einzusetzen.
Wie in Fig. 1 dargestellt, sind die Löcher bevorzugt zum Einsatz kommender Reibsiebe 32, 33 dabei in beiden Reibsieben 32, 33 vorzugsweise einheitlich so gestaltet, dass an diesen vorbeigeführte bruch-zerkleinerte Faserverbund-Materialfraktionen 91 derart aufgerieben werden, dass sich möglichst einheitliche Fasern einer definierten Länge ergeben, welche hinreichend ist, um nach Weiterverarbeitung der rückgewonnenen Fasern, z.B. Aufbereitung in ein Garn oder einem flächigen Halbzeug, wieder in einem Bauteil wirkende Kräfte zwischen den Fasern und der umhüllenden Matrix übertragen zu können.
Insbesondere hat sich in diesem Zusammenhang die Ausbildung von Lochabständen in den Reibsieben 32, 33 bewährt, welche in typischer Bewegungsrichtung schlag-zerkleinerter Materialfraktionen 91, also dem strömenden Luftwirbel, größere Abstände aufweisen als in Quererstreckung dazu, so dass die Löcher in den Reibsieben 32, 33 durch hinreichenden Abstand zueinander eine Längsfasern abreibende Wirkung entfalten, also reibfein-zerkleinerte Fasermaterialfraktionen 92 mit definierter Faserlänge in den Sammelraum 42 eintreten lassen.
Die durch die Reibsiebe 32, 33 in den in Strömungsrichtung nachgeordneten Sammelraum 42 gelangten Fasern einheitlicher Länge können als Sekundärrohstoff 99 mit oder ohne Absaugmittel 52 einem zentralen Sammelraum zugeführt werden.
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Zerkleinerungsvorrichtung 1 zur Rückgewinnung von Sekundärrohstoffen 99, beispielsweise aus entsorgten Holz-Materialien mit zwei unterschiedlichen Korngrößenverteilungen.
Auch im industriellen Holzwerkstoffbereich wie beispielsweise der Herstellung von Spanplatten, Pellets oder Briketts ist die Aufbereitung von entsorgten Holz- und/oder Halmmaterialien unumgänglich, bevor diese den genannten Verarbeitungen bzw. Verwertungen zugeführt werden können. Zu diesem Zweck müssen die beispielsweise als Alt- oder Recyclingholz, entrindetes Stammholz, Kappholzstücke oder andere Holzreste wie insbesondere Späne, als Altpapier oder als Stroh anfallenden entsorgten Holz- und/oder Halmmaterialien auf definierbare Endkorngrößen zerkleinert werden, welche gewöhnlich vom Staubpartikel bis hin zum Grobspan reichen. Insbesondere bei der Herstellung von Spanplatten werden bekanntlich zwei von der Form her unterschiedliche Späne benötigt, und zwar einen ein feiner Span, der eine möglichst gleichmäßige dichte Oberfläche mitbringt und zum anderen ein gröberer Span für die Mittellage der Spanplatte.
Wie in Fig. 2 dargestellt, sind die Löcher bevorzugt zum Einsatz kommender Reibsiebe 32, 33 dabei in beiden Reibsieben 32, 33 vorzugsweise unterschiedlich so gestaltet, dass an diesen vorbeigeführte bruch-zerkleinerte Holz- und/oder Halmmaterialfraktionen 91 derart aufgerieben werden, dass sich zwei von der Form her unterschiedliche Späne ergeben. Insbesondere hat sich in diesem Zusammenhang bewährt, wenn die Lochdurchmesser des einen Reibsiebes 32 bevorzugt größer gewählt sind als in dem anderen Reibsieb 33, so dass die trägeren größeren Späne durch das Reibsieb 32 in der Außenwandung 22 und die feineren Späne - vorzugsweise unterstützt durch einen Saugstrom - durch das Reibsieb 33 in der Innenwandung 23 in den dem jeweiligen Reibsieb 32, 33 nachgelagertem Sammelraum 42, 43 gelangen.
Die durch die Reibsiebe 32, 33 in nachgeordnete Sammelräume 42, 43 gelangten Späne unterschiedler Länge können als Sekundärrohstoff 99 ohne oder vorzugsweise mit Absaugmittel 52, 53 jeweils aus den Sammelräumen 42, 43 getrennt abgeführt werden.
Soweit die Partikelgröße - je nach zugeführtem entsorgten Material 90 - wesentlichen Einfluss auf die technischen Eigenschaften des Sekundärrohstoffes 99 hat und deshalb die durch die, insbesondere verschiedenen, Reibsiebe 32, 33 gelangten reibfein-zerkleinerten Materialfraktionen 92, 93 einer weiter differenzierten Partikelgrößenverteilung bedürfen, können in einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Zerkleinerungsvorrichtung 1 den Reibsieben 32, 33 entsprechend weitere, auf definierte Partikelgrößen abgestimmte Siebe, nachgelagert sein (nicht dargestellt).
Indem die zweite Zerkleinerungsstufe 20 erfindungsgemäß als doppelwandiges Gehäuse 21 ausgebildet ist, dessen Außen und-Innenwandungen 22, 23 jeweils mit Reibsieben 32, 33 für den Durchtritt entsprechend reibfein-zerkleinerter Materialfraktionen 92, 93 versehenen sind, kann eine Zerkleinerungsvorrichtung 1 mit einem vorteilhaft deutlich verbesserten Materialdurchsatz für rückgewonnene Sekundärrohstoffe 99 aus entsorgtem Material 90 bereitgestellt werden.
Eine für einen bevorzugt optimierten Materialdurchsatz ausgelegte Zerkleinerungsvorrichtung 1 wurde beispielsweise unter folgenden Bedingungen betrieben:
Der das Schlagwerkzeug 12 antreibende Elektromotor 13 wurde im Normalbetrieb im konstanten Modus betrieben. Die einem jeden Sammelraum 42 und 43 zugeordneten Absaugmittel 52 und 53 wurden mit einer Nenndrehzahl D52 und D53 von etwa 70 % betrieben. Die in einem jeden Sammelraum 42 und 43 angeordneten Steuerklappen 72 und 73 wurden so eingestellt, dass das Verhältnis der Volumenströme v̇42 : v̇43 von äußerem Sammelraum 42 zu innerem Sammelraum 43 kleiner 1 ist, vorzugsweise etwa 2:3 beträgt.
Bei Änderungen bzw. Schwankungen des Eintrages des Materials 90 wurde zur Schwankungs- und/oder Notfallregelung die Drehzahl D52 und D53 der Absaugmittel 52 und 53 entsprechend dem angestrebten Volumenstromverhältnis v̇42 << v̇43 angepasst. Ebenso konnte bei drohender Verstopfung des Innenraums des ersten Gehäuses 11 der ersten Zerkleinerungsstufe 10 der Motorstrom des Elektromotors 13 im Rahmen einer Notfallregelung entsprechend angepasst werden.

Tests mit zwei unterschiedlich groß ausgelegten Zerkleinerungsvorrichtungen A und B ergaben nach Figur 2:

Tabelle 1

	Zerkleinerungsvorrichtung A	Zerkleinerungsvorrichtung B
Gesamtvolumenstrom :	V̇ = 25.000 m³/h	V̇ = 18.000 m³/h
Im Raum 42 vor Absaugmittel 52 :	V̇42 = 10.400 m³/h	V̇42 = 7.200 m³/h
Im Raum 43 vor Absaugmittel 53 :	V̇43 = 15.600 m³/h	V̇43 = 10.800 m³/h
Volumenstromverhältnis :	${- - - - - -}_{{\dot{V}}_{43}}^{{\dot{V}}_{42}} = {- - - - -}_{3}^{2}$	${- - - - - -}_{{\dot{V}}_{43}}^{{\dot{V}}_{42}} = {- - - - -}_{3}^{2}$

Je nach Anwendungsfall können verschiedene, insb. wechselbar ausgebildete, Reibsiebe 32, 33 zum Einsatz kommen. Insbesondere haben sich vorzugsweise solche bewährt, die als sog. Conidur®-Siebe ausgebildet sind, wie diese von der deutschen Firma HEIN, LEHMANN GmbH angeboten werden und welche insbesondere konische Löcher aufweisen, wobei die Durchgangsrichtung schräggestellt ist, so dass eine die Partikelgröße definierende schuppenartige, raue Oberfläche den Reibprozess unterstützt.
Insbesondere beim Reibsieb 32 auf der Innenseite der Außenwandung 22 des doppelwandigen Gehäuses 21 hat sich eine entgegen der typischen Bewegungsrichtung schlag-zerkleinerter Materialfraktionen 91 ausgerichtete Schrägstellung der Durchgangsrichtung der Löcher bewährt, so dass aus der ersten Zerkleinerungsstufe 10 in Richtung Deckel 24 der zweiten Zerkleinerungsstufe 20 im Luftwirbel kreisende schlag-zerkleinerte Materialfraktionen 91 an den schuppenartigen, rauen Oberflächen der Reibsiebe 32, 33 zerrieben werden.
Dagegen hat sich beim Reibsieb 33 auf der Außenseite der Innenwandung 23 des doppelwandigen Gehäuses 21 eine entgegen der Schwerkraft gerichtete Ausrichtung der Schrägstellung der Durchgangsrichtung der Löcher bewährt.
Somit werden im Idealfall die schlag-zerkleinerten Materialfraktionen 91 durch das mit hoher Drehzahl rotierende Schlagwerkzeug 12 zunächst in einem Richtung Deckel 24 aufsteigenden Luftwirbel am ersten Reibsieb 32 auf der Innenseite der Außenwandung 22 des doppelwandigen Gehäuses 21 entlanggeschleudert, sodann an den Reibleisten 62 am Deckel 24 nach innen geführt, bis diese bei Kontakt mit der Innenwandung 23 des doppelwandigen Gehäuses 21 im Zentrum bedingt durch die Schwerkraft entlang des zweiten Reibsiebes 33 wieder in die erste Stufe 10 herunterfallen - natürlich nur soweit noch nicht aufgerieben und durch die Reibsiebe hindurch getreten als Materialfraktion 92, 93.

Bezugszeichenliste P1481:

1 Zerkleinerungsvorrichtung
10 erste Zerkleinerungsstufe
11 Gehäuse
12 Schlagwerkzeug
13 Elektromotor
20 zweite Zerkleinerungsstufe
21 Gehäuse (doppelwandig)
22 Außenwandung
23 Innenwandung
24 Deckel
25 Raum
32 Reibsieb
33 Reibsieb
42 Sammelraum
43 Sammelraum
50 Zuführkanal
52 Absaugmittel
53 Absaugmittel
61 Spaltkanten
62 Reibleisten
72 Steuerklappe
73 Steuerklappe
90 Material
91 Materialfraktion
92 Materialfraktion
93 Materialfraktion
99 Sekundärrohstoff
v̇ Gesamtvolumenstrom
v̇42 Volumenstrom
v̇43 Volumenstrom
P42 Staudruck
P43 Staudruck
D52 Drehzahl
D53 Drehzahl

Stand der Technik:

Claims

Zerkleinerungsvorrichtung (1) zur Rückgewinnung von Sekundärrohstoffen (99) aus entsorgtem Material (90), umfassend
eine erste Zerkleinerungsstufe (10) mit einem Zuführkanal (50) zur Zuführung des entsorgten Materials (90) zu einem ersten Gehäuse (11) mit einem rotierenden Schlagwerkzeug (12) zur Zerkleinerung des entsorgten Materials (90) in eine schlag-zerkleinerte Materialfraktion (91) und zur Erzeugung eines Luftwirbels, welcher von der ersten Zerkleinerungsstufe (10) die schlag-zerkleinerte Materialfraktionen (91) zwischen die Wandungen eines doppelwandigen zweiten Gehäuses (21) einer, der ersten Zerkleinerungsstufe (10) nachgelagerten, zweiten Zerkleinerungsstufe (20) verbringt,
wobei das doppelwandige Gehäuse (21) der zweiten Zerkleinerungsstufe (20) an der Außenwandung (22) mit einem ersten Sieb und an der Innenwandung (23) mit einem zweiten Sieb versehen ist,
wobei durch diese Siebe entsprechend reibfein-zerkleinerte Materialfraktionen (92, 93) in einen dem jeweiligen Sieb nachgelagerten Sammelraum (42, 43) gelangen.
Zerkleinerungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am doppelwandigen Gehäuse (21) der zweiten Zerkleinerungsstufe (20) auf der Innenseite der Außenwandung (22) ein erstes Reibsieb (32) und auf der Außenseite der Innenwandung (23) ein zweites Reibsieb (33) angeordnet ist.
Zerkleinerungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseite der ersten Wandung (11) der ersten Zerkleinerungsstufe (10) mit Spaltkanten (61) versehen ist.
Zerkleinerungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Siebe der Innenwandung (23) und der Außenwandung (22) gleich große oder unterschiedlich große Lochdurchmesser aufweisen.
Zerkleinerungsvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Sieben respektive den Reibsieben (32, 33) weitere Siebe nachgeordnet sind.
Zerkleinerungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2,4,5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochabstände in den Reibsieben (32, 33) in Umfangsrichtung des doppelwandigen Gehäuses (21) kleiner gewählt sind als in dessen Längserstreckung.
Zerkleinerungsvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im doppelwandigen Gehäuse (21) der zweiten Zerkleinerungsstufe (20) Reibleisten (62) angeordnet sind, bevorzugt am Deckel (24) des Gehäuses (21).
Zerkleinerungsvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Stelleinrichtung für den Volumenstrom durch die Zerkleinerungsvorrichtung (1) eine den Volumenstrom (v̇42, v̇43) drosselnde Steuerklappe (72, 73) angeordnet ist.
Zerkleinerungsvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transport der Materialfraktionen (91, 92, 93) durch die Zerkleinerungsvorrichtung (1) durch eine Saugluftströmung unterstützt ist.
Zerkleinerungsvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest dem zweiten Sammelraum (43) ein den Materialdurchsatz förderndes Absaugmittel (53) zugeordnet ist.
Verfahren zur Steuerung einer Zerkleinerungsvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung von Stelleinrichtungen, mittels welchen das Verhältnis der Volumenströme (v̇42, v̇43) in den Sammelräumen (42, 43) so einstellbar ist, dass der Volumenstrom (v̇43) reibfein-zerkleinerter Materialfraktionen (93) im Sammelraum (43) hinter der Innenwandung (23) des Gehäuses (21) der zweiten Zerkleinerungsstufe (20) größer ist als der Volumenstrom (v̇42) reibfein-zerkleinerter Materialfraktionen (92) im Sammelraum (42) hinter der Außenwandung (22) des Gehäuses (21) der zweiten Zerkleinerungsstufe (20).
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Stelleinrichtung für das Volumenstromverhältnis (v̇42 << v̇43) die Drehzahl (D52, D53) wenigstens eines Absaugmittels (72, 73) variierbar ist.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Stelleinrichtung für das Volumenstromverhältnis (v̇42 << v̇43) in wenigstens einem Sammelraum (42, 43) eine den Volumenstrom (v̇42, v̇43) drosselnde Steuerklappe (72, 73) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorstrom eines das Schlagwerkzeug (12) antreibenden Elektromotors (13) anpassbar ist, insbesondere bei Änderungen oder Schwankungen im Materialeintrag und/oder bei drohender Verstopfung im ersten Gehäuse (11) der ersten Zerkleinerungsstufe (10).
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass Verhältnis der Volumenströme (v̇42 : v̇43) von äußerem Sammelraum (42) zu innerem Sammelraum (43) kleiner 1 ist, insbesondere 2:3 beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenstromverhältnis (v̇42 << v̇43) mittelbar durch Messung der Staudrücke (P42, P43) in den Sammelräumen (42, 43) überwacht wird, wobei ein korrekt eingestelltes Volumenstromverhältnis (v̇42 << v̇43) sich dadurch auszeichnet, dass der Staudruck (P43) im inneren Sammelraum (43) hinter der Innenwandung (23) des Gehäuses (21) der zweiten Zerkleinerungsstufe (20) kleiner ist als der Staudruck (P42) im äußeren Sammelraum (42) hinter der Außenwandung (22) des Gehäuses (21) der zweiten Zerkleinerungsstufe (20).