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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Gegenstand
er mechanischen Verfahrenstechnik ist die Bearbeitung von Aufgabegut,
wobei insbesondere der Zerkleinerung von Stoffen eine große
Bedeutung zukommt, das heißt der Umwandlung von Stoffen
von einer vorgegebenen Ausgangsgröße in eine demgegenüber
kleinere Zwischen- oder Endgröße. Im Rahmen der
vorliegenden der Erfindung wird mit der Zerkleinerung von Stoffen
aber auch eine Bearbeitung des Aufgabeguts verstanden, bei der nicht
nur eine bloße Verringerung der Stoffgröße
im Vordergrund steht, sondern bei der es um das Auflösen
des Verbunds der im Verbund vorliegenden Komponenten eines Verbundmaterials
geht. Dies kann auch durch Zerkleinerung mindestens einer Komponente
des Verbundmaterials geschehen. Die Ausgangsstoffe können
dementsprechend in sortenreiner Form vorliegen, beispielsweise als
Kunststoff, Metall, Holz oder aber auch als Gemische oder Gemenge
gegebenenfalls im Verbund, wie es bei Recyclinggut oft der Fall
ist. Stellvertretend für Verbundmaterialien seien Elektronikschrott,
kunststoffummantelte Kabelreste, Altreifen, mit Nägeln
verunreinigtes Altholz und dergleichen erwähnt.
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Für
obigen Anwendungsbereich haben sich Zerkleinerungsvorrichtungen
mit einem Rotor-Stator-System bewährt, bei dem die Zerkleinerungswerkzeuge
des Rotors mit stationären Zerkleinerungswerkzeugen am
Stator zusammenwirken. Zu diesem Zweck werden die auf einem gemeinsamen Flugkreis
liegenden Rotorwerkzeuge unter Einhaltung eines Arbeitsgalts an
ortsfesten Statorwerkzeugen vorbeigeführt. Die Zerkleinerungsarbeit
wird im Arbeitsspalt zwischen Rotor- und Statorwerkzeugen geleistet,
wobei das Aufgabegut je nach Art der Bearbeitungswerkzeuge einem
Schneid-, Scher-, Verformungs-, Reiß-, Hack- oder Schlagvorgang
unterworfen wird. Der sich im Betrieb derartiger Vorrichtungen einstellende
Verschleiß macht es erforderlich, dass sowohl Rotorwerkzeuge
als auch Statorwerkzeuge in regelmäßigen Intervallen
nachgestellt oder durch nachgeschärfte oder neue ersetzt
werden. Die damit verbundenen Stillstandszeiten bedingen einen Produktionsausfall
und beeinflussen daher maßgeblich den wirtschaftlichen
Betrieb solcher Zerkleinerungsvorrichtungen. Weiteren Einfluss auf
die Wirtschaftlichkeit gattungsgemäßer Vorrichtungen
nehmen Wartungs-, Reinigungs- und Reparaturarbeiten, wobei der damit
verbundene Aufwand stark von der Zugänglichkeit zum Inneren
der Vorrichtung abhängt.
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Aus
der
DE 102 22 814
A1 ist eine Zerkleinerungsvorrichtung bekannt, bei der
im Zentrum eines Gehäuses ein mit Messern bestückter
Walzenrotor angeordnet ist, der mit gegenüber dem Gehäuse ortsfesten
Statorwerkzeugen zusammen wirkt. Die Statorwerkzeuge sind an koaxial
zur Rotorachse ausgerichteten Tragbalken angeschraubt, die wiederum
starr mit den Gehäusewänden verbunden sind und
auf diese Weise ein tragendes Element innerhalb der gesamten Maschinenkonstruktion
darstellen. Ein Nachteil derartiger Vorrichtungen ist es, dass die
Statorwerkzeuge aufwendig mit dem Lagerbalken verschraubt sind,
so dass die mit dem Lösen der Verschraubung aufzubringende
Schraubarbeit im Zuge eines Messerwechsels lange Stillstandszeiten
verursacht. Hinzu kommt, dass die starr mit dem Gehäuse verbundenen
Lagerbalken nur eine eingeschränkte Zugänglichkeit
ins Gehäuseinnere erlauben, also bei Reinigungs-, Reparatur-
und Wartungsarbeiten hinderlich sind.
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Mit
der
DE 10 2006
056 542 A1 wurde die Notwendigkeit eines raschen und einfachen
Nachstellens, gegebenenfalls Ersetzens der Statorwerkzeuge gattungsgemäßer
Vorrichtungen erkannt und eine Lösung dazu bereitgestellt.
Dort bilden die Statorwerkzeuge zusammen mit Werkzeugaufnahmen jeweils
ein Werkzeugpaket, das axial in Betriebsposition ein- und ausgeschoben
werden kann. Die Befestigung der Werkzeugpakete in ihrer bestimmungsgemäßen
Betriebsposition erfolgt über einen an den sich gegenüberliegenden
Gehäusewänden jeweils angeschweißten
Lagerbalken, dem in tangentialem Abstand ein achsparalleler Klemmbalken
beweglich gegenüber liegt. Zwischen dem Lagerbalken und Klemmbalken
ist das Werkzeugpaket angeordnet, das mit Hilfe des Klemmbalkens
gegen den Lagerbalken gespannt wird. Mit dieser Vorrichtung ist
also bereits der beträchtliche Vorteil erreicht, durch
einfaches Lösen der Klemmung einen schnellen Wechsel der
Werkzeugpakete zu erreichen, um damit die verschleißbedingten
Stillstandszeiten der Vorrichtung zu minimieren.
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Vor
diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, bekannte
Vorrichtungen zur Verkürzung verschleiß- oder
wartungsbedingter Stillstandszeiten weiter zu entwickeln.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen
Patentanspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Bis
zur Erfindung war in der Fachwelt die Vorstellung allgegenwärtig,
die Werkzeugeinheiten bestehend aus Statorwerkzeug und Halterung über die
gesamte axiale Länge des Zerkleinerungsraums entlang eines
oder mehrerer Längsträger durchgehend zu lagern.
Die Längsträger hatten neben der Lagerfunktion
für die Werkzeugeinheiten die zusätzliche Aufgabe,
als tragendes Teil den Maschinenrahmen auszusteifen.
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Es
ist das Verdienst der Erfindung, sich von dieser Vorstellung gelöst
zu haben und statt dessen die Werkzeugeinheiten selbsttragend über
die gesamte Länge des Rotors von der einen Gehäusewand
bis zur gegenüberliegenden auszubilden.
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Ein
erster sich aus dem Verzicht auf eine durchgehende starre Lagerung
der Werkzeugeinheiten ergebender Vorteil beruht auf einer vereinfachten Maschinenkonstruktion.
Aufgrund der weniger verbauten Teile und des geringeren Gewichts
kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung zudem mit
niedrigeren Herstellungskosten produziert werden.
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Bevorzugterweise
sind die Endabschnitte der Werkzeugeinheiten durch Öffnungen
in den Querwänden des Gehäuses nach außen
geführt, wo sie in Einspanneinrichtungen fixiert sind.
Das hat den Vorteil, dass die Einspanneinrichtungen von außen gut
zugänglich sind und daher schnell gelöst bzw.
gespannt werden können und nicht der mechanischen Beanspruchung
durch das Aufgabegut ausgesetzt sind. Nach Lösen der Einspanneinrichtung
ist die Möglichkeit eines schnellen Werkzeugwechsels im Wege
des axialen bzw. radialen Ein- und Ausschiebens der Werkzeugeinheiten
gegeben. Dies kann vorteilhafterweise durch Verwendung einer Zylinderkolbeneinheit
teilautomatisiert werden.
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Für
den Betreiber erfindungsgemäßer Vorrichtungen
erweist es sich von Vorteil, dass nach Demontage der Werkzeugeinheiten
keine den Zerkleinerungsraum querenden Einbauten vorhanden sind. Die
Zugänglichkeit für Wartung, Reparaturen oder Reinigung
ist daher erheblich verbessert.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind zur Befestigung
der Werkzeugeinheiten Einspanneinrichtungen vorgesehen, bei denen
die Werkzeugeinheit gegen Lagerflächen gespannt sind. Die
Lagerflächen werden von Laibungsflächen von Öffnungen
in den Gehäusewänden gebildet, was zur weiteren
Vereinfachung der Maschinenkonstruktion beiträgt.
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Da
in bevorzugter Weiterbildung der Erfindung die Werkzeugeinheiten
mit ihren Endabschnitten passgenau in entsprechenden Ausnehmungen oder Öffnungen
der Gehäusewände angeordnet sind, erweist es sich
als vorteilhaft, radial wirkende Hub- und Halteeinrichtungen, beispielsweise
in Form von Gewindebolzen, zwischen Gehäuse und Werkzeugeinheiten
vorzusehen, die ein kontrolliertes Lösen der Werkzeugeinheiten
in deren Lagerbereich erlauben, um Schaden und Verletzungen beim
Bedienpersonal weitestgehend auszuschließen.
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Das
Ziel einer einfachen, aber robusten Maschinenkonstruktion ist auch
im Bereich der Werkzeugeinheiten konsequent umgesetzt. In bevorzugter Ausführung
umfassen die Werkzeugeinheiten eine massive balkenförmige
Halterung, in die eine Aufnahme für die Statorwerkzeuge
eingefräst ist. Trotz der einfachen Maschinenkonstruktion
ist auch hier ein feinfühliges Einstellen des Überstands
der Statorwerkzeuge über die Halterung möglich,
indem zwischen den Statorwerkzeugen und der Aufstandsfläche
in der Halterung dünnwandige Justierplättchen eingefügt
werden.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es
zeigt
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1 einen
Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße
Vorrichtung entlang der in 2 dargestellten
Linie I-I,
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2 einen
Querschnitt durch die in 1 dargestellte Vorrichtung entlang
der dortigen Linie II-II,
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3 eine
Seitenansicht auf die in den 1 und 2 dargestellte
Vorrichtung,
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4 eine
Schrägansicht auf eine der Werkzeugeinheiten der in den 1 bis 3 dargestellten
Vorrichtung,
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5a eine
Seitenansicht auf die in 4 dargestellte Werkzeugeinheit,
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5b einen
Querschnitt durch die in 5a dargestellten
Werkzeugeinheit entlang der dortigen Linie V-V,
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6a eine
Draufsicht auf die 4 dargestellte Werkzeugeinheit
und
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6b einen
Querschnitt durch die in 5a dargestellten
Werkzeugeinheit im Bereich deren Endabschnitte entlang der dortigen
Linie VI-VI.
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Aus
den 1 bis 3 geht der nähere Aufbau
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung hervor. Diese
besitzt ein Gehäuse 1, dessen unterer Gehäuseteil
von den Querwänden 2 und Längswänden 3 gebildet
ist. Zum Öffnen des Gehäuses 1 sind die Längswände 3 mittels
der Scharniere 4 an den Querwänden 2 schwenkbar
befestigt. Der daran anschließende obere Gehäuseteil
besitzt trapezförmige Querwände 5, deren
schräg verlaufende Ränder jeweils von entsprechend
geneigten Längswänden 6 verbunden sind.
Die oberen Ränder der Querwände 5 und
Längswände 6 umfassen dabei eine rechteckförmige Öffnung 7,
an die ein vertikaler Aufgabeschacht 8 zur Beschickung
der Vorrichtung mit Aufgabegut anschließt. Das Gehäuse 1 umschließt
somit einen Zerkleinerungsraum 9, der sich im oberen Gehäuseteil
von der Öffnung 7 aus nach innen erweitert. Nach
unten ist das Gehäuse 1 für den Abzug
des Aufgabeguts nach dessen Bearbeitung offen.
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Im Übergangsbereich
zwischen dem oberen und unteren Gehäuseteil sieht man einen
sich parallel zu den Längswänden 3 und 6 erstreckenden
Rotor 10, dessen Rotationsachse mit 11 gekennzeichnet ist.
Die Antriebswelle 12 des Rotors 10 erstreckt sich durch Öffnungen
in den Querwänden 2 und 5 und ist dort
in horizontalen Achslagern 13 gehalten, die wiederum auf
fest mit der Außenseite der Querwände 2 und 5 verschweißten
Konsolen 14 ruhen und dabei jeweils einen axialen Abstand
zu den Querwänden 2 und 5 einhalten.
Die Antriebswelle 12 ist mit einem nicht weiter dargestellten
Rotationsantrieb gekoppelt, der sowohl im Links- als auch Rechtslauf
betrieben werden kann.
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Innerhalb
des Gehäuses 1 sitzt drehfest auf der Antriebswelle 12 eine
Anzahl koaxialer Rotorscheiben 15, über deren
Umfang jeweils Halterungen verteilt sind, die zur Aufnahme von Rotorwerkzeugen 16 dienen.
Im Betrieb einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
beschreiben somit die Rotorwerkzeuge 16 einen gemeinsamen
Flugkreis um die Rotationsachse 11.
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Den
Rotorwerkzeugen 16 liegen in engem radialem Abstand die
Statorwerkzeuge 20 gegenüber. Die Statorwerkzeuge 20 sind
innerhalb von Halterungen 21 gelagert, mit denen sie zusammen
die Werkzeugeinheiten 22 bilden.
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Die 4, 5a,
b und 6a, b zeigen den genaueren Aufbau der Werkzeugeinheiten 22. Die
Halterung 21 einer jeden Werkzeugeinheit 22 ist balkenförmig
ausgebildet mit einer der Rotationsachse 11 zugewandten
Innenseite 23, einer gegenüberliegenden Außenseite 24 sowie
einer Vorderseite 25 und einer gegenüberliegenden
Rückseite 26 (5a, 6a).
Bis auf die Endabschnitte 27 besitzt die Halterung 21 einen
im wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt; die Endabschnitte 27 hingegen
weisen an ihrer Rückseite 26 schräg verlaufende
Rücksprünge 18 auf, so dass die Endabschnitte 27 jeweils
einen keilförmigen Querschnitt mit einer Keilfläche 28 besitzen,
die, wie später noch näher erläutert
wird, zur Einspannung der Werkzeugeinheiten 22 am Gehäuse 1 dienen.
Die Keilfläche 28 kann dabei mit einem austauschbaren
Futterblech 19 belegt sein, so dass durch unterschiedliche
Dicken des Futterblechs 19 die Keilhöhe und damit
die relative radiale Position der Werkzeugeinheit 22 gegenüber
den Rotorwerkzeugen 16 verändert werden kann.
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Die
Vorderseite 25 der Werkzeugeinheiten 22 ist in
dem Bereich zwischen den Endabschnitten 27 ausgefräst,
um eine Aufnahme für die Statorwerkzeuge 20 zu
bilden. Die Ausfräsung umfasst eine sich längserstreckende
radiale Lagerfläche 29 und eine rechtwinklig dazu
verlaufende tangentiale Lagerfläche 30. Entlang
des außenseitigen Längsrandes der Halterung 21 ist
zudem ein leistenförmiger Ansatz 31 angeformt.
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In
die so gebildete Aufnahme sind die Statorwerkzeuge 20 eingesetzt,
gegebenenfalls unter Zwischenfügen von Justierplättchen
zur radialen Einstellung der Statorwerkzeuge 20, und mittels
Schrauben 32 gegen die radiale Lagerfläche 29 gespannt.
Dabei stehen die aktiven Kanten der Statorwerkzeuge 20 über
die Innenseite 23 über und bilden in Betriebsstellung
den bereits erwähnten Arbeitsspalt mit den Rotorwerkzeugen 16.
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Zur
zusätzlichen Klemmung der Statorwerkzeuge 20 dient
eine Klemmplatte 33, die mit Hilfe einer Vielzahl von Schrauben 34 gegen
die Vorderseite 25 der Halterung 15 gespannt ist
und dabei die Statorwerkzeuge 20 gegen die tangentiale
Lagerfläche 30 presst, wobei auch hier Justierplättchen
zwischen Statorwerkzeug 20 und tangentialer Lagerfläche 30 eingefügt
werden können. Die Klemmplatte 33 schließt
bündig mit der Innenseite 23 der Halterung 21 ab
und steht auf der gegenüberliegenden Seite auf dem Ansatz 31 auf,
wobei eine an der Klemmplatte 33 angeformte Lippe 35 die
Vorderseite des Ansatzes 31 bedeckt.
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Im
Bereich der Endabschnitte 27 ist zudem eine parallel zu
den Keilflächen 28 verlaufende Durchgangsbohrung 37 eingebracht,
die zumindest teilweise ein Innengewinde aufweist und auf deren Zweck
weiter unten eingegangen wird.
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Eine
derart außerhalb der Vorrichtung vorbereitete Werkzeugeinheit 22 ist
innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung im
Bereich des unteren Scheitelpunkts des Rotors 10 sowie
bezogen auf die Rotationsachse 11 mit gleichem Winkelabstand
von etwa 120° nach beiden Seiten im umfangsnahen Bereich
des Rotors 10 und in achsparalleler Lage zu diesem angeordnet.
Zur Befestigung der unteren Werkzeugeinheit 22 ist in den
Querwänden 2 jeweils eine Öffnung 36 vorgesehen,
die in ihrer Breite an den keilförmigen Querschnitt der
Endabschnitte 27 angepasst ist, das heißt wobei
die Öffnung 36 zur Achse 11 hin enger
wird. In radialer Richtung hingegen ist die Öffnung 36 etwas
höher als die Halterung 21 einschließlich
des Überstands der Statorwerkzeuge 20 über
die Innenseite 23, um ein axiales Ein- beziehungsweise
Ausschieben der Werkzeugeinheit 22 in und aus dem Gehäuse 1 zu
ermöglichen. Dies kann halbautomatisch mit Hilfe der im
unteren Bereich des Gehäuses 1 axial angeordneten
Zylinderkolbeneinheit 17 geschehen, deren axial beweglicher Kolben
sich zu diesem Zweck durch die Gehäusewand 2 erstreckt
und außerhalb des Gehäuses 1 mit der
Werkzeugeinheit zug- und druckkraftübertragend gekoppelt
ist. In der bestimmungsgemäßen Betriebsposition
der Werkzeugeinheit 22 reichen die Endabschnitte 27 durch
die Öffnungen 36. Dabei liegen die durch den Rücksprung
im Bereich der Endabschnitten 27 gebildeten dreiecksförmigen
Rücksprungflächen 18 an der Innenseite
der Querwände 2 an, die auf diese Weise als axialer
Anschlag wirken.
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Die
Endabschnitte 27 der unteren Werkzeugeinheit 22 sind
jeweils in einer Einspanneinrichtung 40 gehalten. Dabei
bildet die Laibungsfläche der Öffnung 36 eine
radiale Lagerfläche 41 und beidseits daran anschließende
seitliche Lagerflächen, gegen die die Werkzeugeinheit 22 mittels
einer Spannfläche 42 gespannt wird. Durch entsprechende
Dickenwahl der Futterbleche 19 kann die Einstecktiefe der
Werkzeugeinheiten 22 in die Ausnehmungen 50 voreingestellt
werden. Die Spannfläche 42 wird von einem Keil 43 gebildet,
der auf einer fest mit der Außenseite der Querwand 2 verbundenen
Konsole 44 verschieblich gelagert ist. Die Einspannbewegung
des Keils 43 erzeugt ein Gewindebolzen 45, der
mit seinem einen Ende in die Stirnseite des Keils 43 hinein
reicht und mit seinem anderen Ende frei drehbar in einer ortsfesten
Widerlagerplatte 46 gelagert ist.
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Für
Montage- und Demontagezwecke ist eine zusätzliche Hub-
und Halteeinrichtung 47 vorgesehen mit einem winkelförmigen
Halteteil 48, dessen aufrechter Schenkel mit der Stirnseite
der Werkzeugeinheit 22 verschraubt ist und in dessen axial
verlaufendem Schenkel eine Buchse angeordnet ist, welche einen Gewindebolzen 49 aufnimmt.
Das Ende des Gewindebolzen 49 greift wiederum in eine Gewindebohrung
in der Konsole 14. Durch Ein- bzw. Ausschrauben des Gewindebolzens 49 kann
die Werkzeugeinheit 22 kontrolliert angehoben bzw. abgesenkt
werden.
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Die
oberen Werkzeugeinheiten 22 liegen jeweils in Ausnehmungen 50,
die sich vom Rand der Querwände 5 radial nach
innen erstrecken. Die Form der Ausnehmungen 50 entspricht
wiederum dem Querschnitt der Endabschnitte 27 der Werkzeugeinheiten 22,
wobei die Laibungsfläche der Ausnehmung 50 die
Lagerfläche 41 und beidseits daran anschließende
seitliche Lagerflächen bildet, an denen die Endabschnitte 27 jeweils
unter Kontakt anliegen. Auch hier kann durch entsprechende Dickenwahl
der Futterbleche 19 die Einstecktiefe der Werkzeugeinheiten 22 in
die Ausnehmungen 50 voreingestellt werden.
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Die
Spanneinrichtung 40 zur Fixierung der Werkzeugeinheit 22 in
den Ausnehmungen 50 wird von Spannplatten 51 gebildet,
die an ihrer dem Gehäuse 1 zugewandten Unterseite
einen stempelförmigen Ansatz 52 aufweisen, der
auf die Außenseite der Endabschnitte 27 der Werkzeugeinheiten 22 drückt.
Mit Hilfe von Schrauben 53 werden die Spannplatten 51 in
Richtung der Werkzeugeinheiten 22 gespannt.
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Zwischen
Ausnehmungen 50 und Antriebswelle 12 sieht man
jeweils eine Konsole 54, die eine Abstützfläche
für eine temporär zu Demontagezwecken eingesetzte
radial verlaufende Gewindespindel 55 bereit stellt. Die
Gewindespindel 55 reicht dabei durch die Durchgangsbohrung 37 parallel
zur Keilfläche 28 und steht in Eingriff mit dem
Gewindeabschnitt innerhalb der Durchgangsbohrung 37. Durch Einschrauben
der Gewindespindel 54 kann also eine Hubkraft auf die Werkzeugeinheit 22 ausgeübt
werden.
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Die
Umfangsabschnitte zwischen der unteren Werkzeugeinheit 22 und
den beiden oberen Werkzeugeinheiten 22 sind von Sieben 56 geschlossen,
die auf schwenkbaren Siebrahmen 57 fixiert sind. Das im
Zuge der Bearbeitung ausreichend zerkleinerte Aufgabegut passiert
die Siebe 56 und verlässt die Vorrichtung durch
das unten offene Gehäuse 1.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10222814
A1 [0004]
- - DE 102006056542 A1 [0005]