Zerkleinerer: Eine Übersicht

Zerkleinerer werden in der Schüttguttechnik eingesetzt, um die Größe unerwünschter Agglomerate zu reduzieren, die sich typischerweise bei der Lagerung von Pulvern bilden können. Diese Seite konzentriert sich auf das optimale Design von Zerkleinerern, wie sie in der Industrie eingesetzt werden.

1. Was ist ein Zerkleinerer?

Schüttgüter neigen gelegentlich zu Verbackungen, Verklumpungen, was zur Agglomeration der einzelnen Partikel zu größeren Klumpen führt, die in manchen Fällen mehrere Zentimeter oder sogar Dutzende Zentimeter erreichen können. Wenn dies geschieht, verursachen die Klumpen erhebliche betriebliche Probleme, da sie Rohrleitungen oder Ausrüstungen verstopfen und die Kapazität und/oder Qualität eines Produktionsprozesses beeinträchtigen können.

Ein typisches Beispiel ist Zucker: Wird Zucker Schwankungen der Luftfeuchtigkeit ausgesetzt, kann sich Kondenswasser bilden und anschließend verdampfen, wodurch feste Verbindungen zwischen den Zuckerkörnern entstehen – es bildet sich ein Klumpen.

Zerkleinerer zielen darauf ab, die Agglomerate zu zerkleinern, sodass die einzelnen Partikel wiedergewonnen werden – zusammen mit den Eigenschaften des Schüttguts, insbesondere dessen Fließfähigkeit.

Es ist wichtig zu verstehen, dass Zerkleinerer (in der Regel) nicht darauf abzielen, ein feineres Material als das verbackene Schüttgut zu erzeugen, sondern lediglich die einzelnen Partikel trennen und die ursprüngliche Partikelgrößenverteilung (PSD) wiederherstellen, wie sie vor der Verklumpung im Material vorlag.

2. Funktionsprinzip eines Zerkleinerers

Wie funktioniert ein Zerkleinerer?

Zerkleinerer bestehen aus einem Rotor und einem Stator. Der rotierende Teil ist in der Regel mit einer Welle ausgestattet, auf der Stifte angeschweißt sind. Der Stator besteht ebenfalls aus Stiften, die manchmal als "Kamm" bezeichnet werden. Die rotierenden Stifte bewegen sich zwischen zwei feststehenden Stiften hindurch.

Feinpulver fließt leicht durch die Maschine, zwischen den Stiften hindurch, und wird durch die Rotation der Stifte transportiert. Klumpen hingegen bleiben zwischen den Stiften stecken und werden zerkleinert. Die Feinheit des erhaltenen Produkts hängt dabei vom Abstand zwischen den Stiften ab.

Einige spezifischere Konstruktionen verwenden zwei gegenläufig rotierende Wellen, wobei sich die "Kämme" an den Seiten des Zerkleinerers befinden. Andere Konstruktionen arbeiten nach Prinzipien, die eher Hammermühlen ähneln, mit Schlagleisten und einer perforierten Platte, die es ermöglicht, die Korngröße des den Zerkleinerer verlassenden Materials zu bestimmen.

3. Konstruktion von Zerkleinerern

3.1 "Kamm"-Design

Einfache Zerkleinerer verwenden ein System aus feststehenden Stiften, die mit den Zähnen oder Messern des Rührwerks ineinandergreifen, um die Klumpen zu zerkleinern. Der Abstand zwischen dem "Kamm" aus feststehenden Stiften (auch als Brechgitter oder Brechstäbe bezeichnet) und den Stiften des Rührwerks bestimmt, bis zu welcher Größe die Klumpen zerkleinert werden.

Abbildung 1: Draufsicht auf einen Zerkleinerer (Schema)

3.2 Zerkleinerer mit Klassiersieben

Andere Zerkleinerer-Konstruktionen, die eine definiertere – und oft feinere – Partikelgrößenverteilung ermöglichen, sind mit einem Sieb oder einer perforierten Platte am Auslass des Brechers ausgestattet. Zudem ähneln die Rührwerke eher Schlagleisten, wie sie bei anderen Mühlentypen zu finden sind.

Abbildung 2: Zerkleinerer mit Klassiersieb am Auslass

3.3 Wellen

Es ist möglich, zwei Wellen statt einer zu verwenden, insbesondere bei Zerkleinerern ohne Klassiersieb, aber mit Kamm. Die Wellen rotieren gegenläufig, sodass jede Welle zum Zerkleinern des Materials beiträgt, das auf den Kämmen an beiden Seiten des Brechers aufliegt.

3.4 Wellendrehzahl

Zerkleinerer arbeiten in der Regel mit niedriger Drehzahl (75 U/min), da der Zerkleinerungsvorgang eher eine Frage des Drehmoments als der Geschwindigkeit ist. Einige Zerkleinerer, die eher wie Mühlen betrieben werden, verwenden höhere Drehzahlen (>1000 U/min [Stolhanske]). Die erforderliche Drehzahl hängt auch von der Anwendung ab – insbesondere davon, wie hart die Klumpen sind und wie fein sie zerkleinert werden müssen.

3.4 Antrieb

Aufgrund der Art der durchgeführten Einheitoperation können Zerkleinerer bei Überlastung – z. B. wenn zu harte Klumpen verarbeitet werden oder klebriges Material anhäuft und den Brecher blockiert – Schaden nehmen. Daher ist es wichtig, einen Überlastschutz vorzusehen. Bei großen Zerkleinerern kann ein mechanischer Schutz, wie z. B. eine Luftkupplung, erforderlich sein.

3.5 Produktzufuhr

Es ist vorzuziehen, die Zufuhr zum Zerkleinerer (zumindest grob) durch eine Dosiervorrichtung wie ein Rüttelrohr, einen Schneckenförderer oder eine Zellenradschleuse zu steuern. In einigen Fällen kann der Brecher unter einem Trichter betrieben werden, aber in jedem Fall muss der Auslass frei von Produkt sein, da sonst die Rotation der Welle nicht möglich ist.

3.6 Produktaustrag

Der Austrag der Mühle muss im Allgemeinen frei sein, d. h., es darf sich kein Produkt unter den Rührwerken ansammeln. Wenn der Zerkleinerer in einen Trichter fördert, müssen Füllstandssensoren im Trichter platziert werden, um zu verhindern, dass Produkt den Auslass des Brechers erreicht. Wird das Material auf einen Förderer ausgetragen, muss die Förderkapazität höher sein als der Produktzufluss zum Brecher.

3.7 Standalone-Zerkleinerer

Kleinere Zerkleinerer können auf einem Gestell montiert werden. Bei Anwendungen mit geringer Kapazität ist es dann möglich, das Material zunächst durch den Zerkleinerer zu leiten und es in Säcken aufzufangen, bevor es dem Hauptprozess zugeführt wird.

3.7 Sicherheit

Mit Zerkleinerern sind typischerweise zwei Hauptrisiken verbunden:

• Arbeitssicherheit: der Zugang zu den rotierenden Teilen des Brechers muss verhindert werden. Dies kann durch Schutzabdeckungen oder Verriegelungen erreicht werden, aber das Prinzip "Null-Zugang" muss eingehalten werden. Dies sollte den Schutz des Zugangs von der Einlassseite, aber auch von der Auslassseite oder durch Inspektionsluken, die der Brecher aufweisen kann, umfassen.
• Staub- explosion : Zerkleinerer müssen bei der Durchführung einer Staubgefahrenanalyse (DHA, *Dust Hazard Analysis*) oder einer ATEX-Risikobewertung besonders beachtet werden. Tatsächlich muss die Wellendrehzahl begrenzt werden, um mechanische Funken zu vermeiden. Zudem müssen Risiken durch Produktansammlungen, die zu Überhitzung führen können, berücksichtigt werden.

Ein Zerkleinerer darf daher NUR betrieben werden, wenn eine Analyse der arbeitsplatzbezogenen Risiken und der Staubexplosionsgefahr durchgeführt und die daraus resultierenden Maßnahmen umgesetzt wurden.

4. Industrielle Zerkleinerer

Industrielle Zerkleinerer gibt es in verschiedenen Größen. Der Einlass ist in der Regel rechteckig oder quadratisch und reicht von 20 cm, 30 cm, 45 cm, 60 cm ... bei den gängigsten Modellen bis hin zu 90 cm x 200 cm für Doppelwellen-Zerkleinerer, die in der Mineralindustrie eingesetzt werden. Die Antriebsleistung liegt im Bereich von 1,5–15 kW für Standard-Zerkleinerer und bis zu 45 kW für größere Modelle.

Die Kapazität hängt vom Design ab, insbesondere vom Klassiersieb, falls der Zerkleinerer damit ausgestattet ist. Die in den Herstellerkatalogen angegebenen Durchsatzbereiche reichen von 1,5 m³/h bis zu 125 m³/h für größere Maschinen. Bei Maschinen mit Klassiersieb können Partikel von mehreren Zentimetern auf einige Millimeter zerkleinert werden. Bei Maschinen, die einen Kamm zur Größenreduzierung verwenden, ist die zu erwartende Partikelgröße etwas gröber, aber dies hängt von der jeweiligen Anwendung ab.

Um verschleißfest zu sein, können Zerkleinerer – die in der Regel aus Baustahl oder Edelstahl gefertigt sind – aus speziellen Legierungen bestehen oder mit speziellen verschleißfesten Beschichtungen versehen sein.

Die folgenden Unternehmen stellen Zerkleinerer her:

Mecaroanne : https://www.mecaroanne.com/en/grinding-breaking-crushing/know-how

Palamatic Process : https://www.palamaticprocess.fr/machines-industrielles/emotteur

5. Anwendungen

Zerkleinerer können in vielen Branchen der Schüttguttechnik eingesetzt werden, sobald die Gefahr unerwünschter Agglomeration des verarbeiteten Materials besteht. Die folgenden Beispiele geben einen Überblick über die Vielfalt der Anwendungen, in denen diese Brecher eingesetzt werden:

• Kohle
• Holzkohle
• Aluminium-Magnesium
• Kakao
• Zucker
• Kakaopulver
• Salze
• Bentonit
• Kokosnuss
• Düngemittel

Grundsätzlich eignen sich trockene und brüchige Produkte am besten für Schollbrecher. Es ist jedoch möglich, auch feuchtere, klebrige Materialien zu verarbeiten, allerdings ist in diesem Fall ein transparenter Austausch mit dem Lieferanten erforderlich, da das Design angepasst werden muss (z. B. können klebrige Materialien ein Sieb verstopfen).

Quelle

[Stolhanske] "Zerkleinerung von Agglomeraten : Brecher und ihre Auswahl", PBE, 1997