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Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Maschinenbaus und der Fördertechnik und betrifft eine Fördereinrichtung, wie sie beispielsweise zum Transport von Schüttgütern oder anderen fließfähigen Materialien oder Feststoffen zum Einsatz kommen kann, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
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Fördertechnik ist die Technik des Fortbewegens von Arbeitsgegenständen und Personen in beliebiger Richtung über begrenzte Entfernungen durch technische Hilfsmittel einschließlich der Lehre von den Fördermitteln und den durch sie gebildeten Systemen (http://www.tu-chemnitz.de/mb/FoerdTech/forschung.php). Die Fördertechnik ist ein Wirtschaftszweig mit wachsender Bedeutung. Durch die Einbeziehung neuer Werkstoffe entstehen neue Wirkprinzipien und damit völlig neue Konstruktionen.
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Fördergüter weisen bezüglich der Dichte, der Größe, der Form und der Konsistenz ein breites Eigenschaftsspektrum auf, Nach diesen Eigenschaften und dem industriellen Prozessablauf richtet sich im Wesentlichen die Bauweise des Fördersystems. Dabei werden zum Transport von staub- bis stückförmigen, faserförmigen und teigigen Schüttgütern über kurze bis große Entfernungen vorzugsweise Förderer mit Schnecken, Spiralen oder Wendeln Eingesetzt. Derartige Förderer sind in den verschiedensten Industriezweigen, wie beispielsweise in der Lebensmittelindustrie, in der Bauindustrie, in der chemischen Industrie und in der Abfallindustrie im Einsatz.
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Förderschnecken sind dadurch gekennzeichnet, dass sie eine mittige Welle besitzen, an und auf der Elemente angebracht sind, die das Fördergut in die gewünschte Richtung transportieren. Dabei werden die wirkenden Momente und Kräfte bei Förderschnecken im Wesentlichen von und durch die Welle übertragen. Der Vorteil von Förderschnecken ist ihre robuste Bauweise, wodurch große Momente und Kräfte übertragbar sind. Als Materialien für derartige Förderschnecken werden überwiegend metallische Materialien, wie Stahl eingesetzt, damit die vorgenannten Vorteile ausgenutzt werden können.
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Bekannt ist weiterhin ein Modulsystem für den modularen Aufbau von Förderschnecken aus Kunststoff (www.polymat.at). Dazu werden einzelne Schneckenelemente aus Kunststoff auf eine Welle aufgebracht und in ein Förderrohr mit Antrieb installiert. Die einzelnen Elemente können zu einem Verbund ohne komplexe Übergabestationen direkt zusammengeschlossen werden. Als Kunststoffe können dabei PA, PE, PP, POM, PUR, PBT, PVDF, PEEK in Abhängigkeit von Einsatzfall verwendet werden.
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Weiterhin werden Förderspiralen eingesetzt, die im Unterschied zu Förderschnecken für ihre Funktion keine tragende Welle benötigen. Per Definition ist eine Spirale oder eine Schneckenlinie eine Kurve, die um einen Punkt oder eine Achse verläuft und sich je nach Laufrichtung von diesem/r entfernt oder annähert (www.wikipedia.de). Förderspiralen kommen vor allem bei schwierigem Fördergut, wie Fasern oder ungleichgroßem Schüttgut, zum Einsatz. Bei derartigen Fördergütern verstopfen Förderschnecken recht häufig. Förderspiralen sind im Wesentlichen auf Zug belastet und übertragen gegenüber Förderschnecken häufig geringere Momente.
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Bekannt ist nach der
EP 0 215 516 A1 ein Verbindungselement für Spiralsegmente. Die Enden zweier Spiralsegmente werden miteinander verbunden durch ein Kupplungselement, welches die beiden Enden der Spiralsegmente koaxial ineinander drehend verbindet, so dass die beiden Spiralsegmente in Drehung und Steigung zueinander passen.
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Nachteilig ist bei dieser Lösung, dass durch die Verbindungselemente der Förderquerschnitt stark eingeschränkt wird, was auch zu Verstopfungen führen kann. Weiterhin wirkt das Verbindungselement so, dass praktisch wieder eine Förderschnecke vorliegt, die durch die Verbindungselemente stabilisiert ist.
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Weiterhin sind Förderwendeln in Reinigungsvorrichtungen für Druckmaschinen bekannt (
DE 10 2007 025 982 A1 ). Bei diesen Reinigungsvorrichtungen werden Verschmutzungen an der Reinigungswalze von einem Rakel abgestreift und in einen Auffangraum befördert. Im Auffangraum ist eine Förderwendel drehbar antreibbar angeordnet, die die Verschmutzungen aus dem Auffangraum zu einer Auslassöffnung fördert. Die Förderwendel ist ein im Wesentlichen freitragendes Bauteil, welches einen entlang einer Schraubenlinie verschraubt angeordneten Verlauf aufweist. Mit dem Begriff Schraubenlinie wird eine Linie bezeichnet, welche sich mit konstanter oder nicht konstanter Steigung um den Mantel eines Kreiszylinders oder eines anderen rotationssymmetrischen Körpers dreht.
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Der Nachteil der Lösungen nach dem Stand der Technik besteht darin, dass die Förderschnecken und Förderspiralen oder Förderwendel nicht effektiv genug an die in der Praxis relevanten Förderverhältnisse hinsichtlich beispielsweise Abmessungen, Steigung, Momentübertragung, Kraftübertragung angepasst werden können.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Fördereinrichtung, die stabil unter den praxisrelevanten Bedingungen arbeitet und sehr effektiv an die jeweiligen Förderaufgaben angepasst werden kann, sowie ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zu ihrer Herstellung.
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Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die erfindungsgemäße Fördereinrichtung mit einer Förderspirale besteht aus Einzelelementen, die in ihren Abmessungen entlang der Schraubenlinie mindestens einem Abschnitt von 90° der Schraubenlinie entsprechen, und mindestens zwei Einzelelemente kraft- und/oder form- und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
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Vorteilhafterweise entsprechen die Abmessungen der Einzelelemente entlang der Schraubenlinie ein Mehrfaches von 90°, wobei noch vorteilhafterweise die Abmessungen der Einzelelemente entlang der Schraubenlinie ein Zweifaches bis Achtfaches von 90° betragen.
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Ebenfalls vorteilhafterweise weisen die Abmessungen der Einzelelemente entlang der Schraubenlinie jede über 90° hinausgehende Gradzahl auf.
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Weiterhin vorteilhafterweise ist die Verbindung zwischen den Einzelelementen kraft- und formschlüssig.
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Und auch vorteilhafterweise ist die Verbindung zwischen den Einzelelementen formschlüssig über Einbauteile im Inneren des Körpers der Einzelelemente realisiert, wobei noch vorteilhafterweise die Einbauteile in Form von Rippen, Haken und Ösen, Nut und Feder, Stifte, Stege vorhanden sind.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn die Verbindung zwischen den Einzelelementen kraftschlüssig über Verschrauben, stoffschlüssige über Verkleben, Verschweißen, Verlöten, und formschlüssige über Vernieten, Verrasten, oder über mechanische Halterungen in Form von Laschen oder Haken realisiert ist.
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Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn die Verbindung zwischen den Einzelelementen lösbar ist.
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Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn die Verbindung zwischen Einzelelementen lösbar und zwischen weiteren Einzelelementen nicht lösbar ist.
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Es ist auch vorteilhaft, wenn die Einzelelemente vollständig aus Kunststoff oder vollständig aus Keramik bestehen.
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Und auch vorteilhaft ist es, wenn die Einzelelemente überwiegend aus Kunststoff und/oder Keramik bestehen, wobei noch vorteilhafterweise als Kunststoffe Duromere, Thermoplaste, Elastomer vorhanden sind, und diese weiterhin vorteilhafterweise PA, PE, PET, PVC, PS, PC, LCP, PP, POM, PUR, PBT, PVDF, PEEK sind, wobei diese wiederum vorteilhafterweise mit Verstärkungs- und/oder Füllmaterialien versehen sind, und auch vorteilhafterweise als Keramik SiC, Al2O3, Cermets, ZrO2 vorhanden sind.
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Von Vorteil ist es auch, wenn Teile der Einzelelemente und/oder deren Oberfläche teilweise aus anderen Materialien als das Basismaterial der Einzelelemente bestehen, wobei noch vorteilhafterweise die Basisbauteile der Einzelelemente mit metallverstärkten Rändern versehen sind, und weiterhin vorteilhafterweise die Oberfläche der Basisbauteile der Einzelelemente mit einer Oberflächenbeschichtung aus Metall, Kunststoff und/oder Keramik versehen ist.
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Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn die Förderspirale freitragend und auf ihrer Oberfläche mit Vertiefungen versehen ist, die das Fördergut aufnehmen.
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Weiterhin von Vorteil ist es, wenn die Förderspirale ganz oder teilweise von einem Vorrichtungselement umgeben ist, welches zur Aufnahme des Fördergutes dient, wobei noch vorteilhafterweise die Förderspirale in einem rohr- oder trogartigen Behälter angeordnet ist.
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Und auch von Vorteil ist es, wenn zur Bildung einer Förderspirale mindestens zwei Einzelelemente miteinander verbunden sind, wobei die Einzelelemente gleiche oder unterschiedliche Abmessungen, Steigung, Material, Neigung, Verbindung und/oder Anzahl aufweisen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Fördereinrichtung werden eine Negativform der Einzelelemente hergestellt und nachfolgend die Einzelelemente durch Spritzgießen, Pressen, Sintern, Wasserinnendruckspritzgießen (WID), Gasinnendruckspritzgießen (GID), Mehrkomponentenspritzgießen, Schäumen hergestellt.
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Vorteilhafterweise werden Kunststoff-Einzelelemente durch Spritzgießen in eine Negativform hergestellt.
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Ebenfalls vorteilhafterweise werden Teile der späteren Förderspirale aus Nicht-Kunststoff-Materialien in die Negativform eingelegt und der Kunststoff mittels Spritzgießens mit diesen Teilen kraft- und/oder formschlüssig verbunden.
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Weiterhin vorteilhafterweise werden Keramik- und/oder Kunststoff-Einzelelemente durch Pressen in eine Negativform hergestellt.
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Und auch vorteilhafterweise werden Teile der späteren Förderspirale aus Nicht-Keramik/Kunststoff-Materialien in die Negativform eingelegt und die Keramik und/oder der Kunststoff mittels Pressen mit diesen Teilen kraft- und/oder formschlüssig verbunden.
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Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird es erstmals möglich, eine Fördereinrichtung anzugeben, die auf die unterschiedlichen praxisrelevanten Bedingungen angepasst werden kann und die stabil und sicher arbeitet.
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Erreicht wird dies im Wesentlichen durch den modularen Aufbau der Fördereinrichtung durch die Verbindung von Einzelelementen zu einer Förderspirale. Mit Hilfe dieser erfindungsgemäßen Fördereinrichtung können Schüttgüter, stückige Feststoffe und alle Art von fließfähigen Materialien sicher und störungsfrei transportiert werden. Dabei ist insbesondere die Form der Förderspirale vorteilhaft einsetzbar, da durch diese Form Verstopfungen weitgehend vermieden werden können. Förderspiralen zeigen, eine gute Momentübertragung und sind entsprechend der Antriebsposition auf Zug oder Druck belastet. Sie können alle auftretenden Kraftvektoren gut aufnehmen und in relativ verlustarmer Art und Weise auf das Fördergut übertragen.
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Unter einer Fördereinrichtung in Form einer Förderspirale soll im Rahmen dieser Erfindung eine Vorrichtung verstanden werden, die ein im Wesentlichen freitragendes Bauteil ist, welches einen entlang einer Schraubenlinie verschraubt angeordneten Verlauf aufweist. Unter dem Begriff Schraubenlinie soll eine Linie verstanden werden, welche sich mit konstanter und/oder nicht konstanter Steigung um den Mantel eines Kreiszylinders oder eines anderen rotationssymmetrischen Körpers dreht. Dabei können Vorrichtungselemente in Form einer Welle oder Achse vorhanden sein, wobei diese jedoch erfindungsgemäß nicht als Welle oder Achse hinsichtlich der Moment- und/oder Kraftübertragung wirken.
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Die erfindungsgemäße Fördereinrichtung kann dabei aus mindestens zwei Einzelelementen, in der Regel jedoch einer Vielzahl von Einzelelementen aufgebaut sein. Dieser modulare Aufbau durch Einzelelemente setzt eine sichere Verbindung zwischen den Einzelelementen voraus. Dies kann erfindungsgemäß kraft- und/oder formschlüssig erfolgen.
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Im Falle von formschlüssigen Verbindungen kann dies vorteilhafterweise durch Einbauten im inneren des Körpers der Einzelelemente, beispielsweise in Form von Rippen oder Stegen oder Haken und Ösen geschehen. Dadurch kann eine sichere und stabile Verbindung der Einzelelemente erreicht werden, die auch lösbar sein kann.
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Eine lösbare Verbindung ist insofern vorteilhaft, dass dadurch die Fördereinrichtung auseinander genommen werden kann und noch nicht verschlissene Einzelelemente wieder verwendet werden können. Auch brauchen bei einer Reparatur nur die defekten Einzelelemente ausgetauscht werden.
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Im Falle von stoffschlüssigen Verbindungen kann dies vorteilhafterweise durch Verkleben, Verschweißen, Verlöten, oder im Falle von formschlüssigen Verbindungen über mechanische Halterungen in Form von Laschen oder Haken realisiert werden. Diese Verbindungen können teilweise auch lösbar sein. Diese Verbindungen können sowohl im inneren des Körpers der Einzelelemente als auch auf deren Oberfläche realisiert werden, sofern es ihre Anwendung und den sicheren Betrieb nicht behindert.
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Durch den modularen Aufbau der erfindungsgemäßen Fördereinrichtung kann sehr flexibel auf die praxisrelevanten Anforderungen reagiert werden. So kann die Fördereinrichtung durch Verbinden von Einzelelementen mit gleichen oder unterschiedlichen Abmessungen, Steigung, Material, Neigung, Verbindung und/oder Anzahl innerhalb einer Förderspirale angeordnet werden, so dass sowohl der sichere Betrieb als auch das Verhindern von Verstopfungen realisiert werden können.
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Ebenfalls ist es möglich, dass das Fördergut in Vertiefungen in der Oberfläche der Förderspirale transportiert wird und die Fördereinrichtung freistehend und freitragend ist. Dies kann auch beispielsweise durch eine Anordnung einer erfindungsgemäßen Fördereinrichtung im Inneren eines Schüttgutsilos realisiert werden.
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Jedoch wird in den meisten Fällen das Transportgut in irgendeiner Form von einem Vorrichtungselement geführt, welches dann auch die erfindungsgemäße Fördereinrichtung ganz oder teilweise mit umgibt. Dies wird häufig in einem Rohr oder in einem Trog der Fall sein.
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Zur Verbesserung der Funktion oder zur Verlängerung der Betriebszeit einer erfindungsgemäßen Fördereinrichtung können Teile der Fördereinrichtung, wie beispielsweise die Kanten, durch andere besonders verschleißfeste oder korrosionsbeständige Materialien ersetzt oder damit beschichtet sein.
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Als Materialien für die erfindungsgemäße Fördereinrichtung kommen vor allem Kunststoffe und Keramiken mit allen bekannten Zusatzstoffen zum Einsatz. Aus diesen Materialien sind die Einzelelemente einfach und kostengünstig und auch in großen Stückzahlen herstellbar. Dabei ist auch durch die Auswahl der möglichen Kunststoffe und Keramiken in Abhängigkeit vom zu fördernden Gut die Betriebssicherheit und Laufzeit positiv beeinflussbar.
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In Abhängigkeit von den konkreten Einsatzbedingungen hinsichtlich des Fördergutes, der zu überwindenden Entfernungen und ggf. Anstiege, der vorhandenen Medienbedingungen und Temperaturen kann das Material zwischen Duromeren, Thermoplasten, Elastomeren oder anderen Polymeren ausgewählt werden. Ebenso sind unterschiedliche Keramiken und Cermets einsetzbar.
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Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass die Fördereinrichtung gleichzeitig neben der Aufgabe als Förderer auch noch zum Trocknen, Auflockern, Dosieren, Trennen und/oder Klassieren des Fördergutes eingesetzt werden kann. Dazu können entsprechend aufgeheizte Prozessgase oder Luft durch die Fördereinrichtung geleitet werden. Oder es können Öffnungen in dem Vorrichtungselement um die Fördereinrichtung vorhanden sein.
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Ebenso ist der Einbau eines Rohres oder eines Stabes in die Mitte der Spirale anstelle des zylinderförmigen oder rotationssymmetrischen Körpers, um den sich die Schraubenlinie windet, möglich. Diese können beispielsweise auch beheizt sein oder gasförmige oder flüssige oder feste Medien in den Förderraum befördern.
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Weiterhin wird die erfindungsgemäße Fördereinrichtung erfindungsgemäß hergestellt, indem von dem jeweiligen Einzelelement eine Negativform erzeugt wird, in die dann durch Spritzgießen oder Pressen das jeweilige Material eingebracht und verfestigt wird. Dabei können bereits Elemente mit hergestellt werden, die einer sicheren formschlüssigen Verbindung der Einzelelemente dienen. Dies können beispielsweise Rippen oder Stege sein, die die Oberfläche im Inneren des Körpers der Einzelelemente vergrößern und so beim Ineinanderstecken der Elemente für eine besser formschlüssige Verbindung sorgen.
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Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Dabei zeigt
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1 eine Prinzipdarstellung zweier Einzelelemente und
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2 eine Prinzipdarstellung zweier verbundener Einzelelemente und
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3 eine Prinzipdarstellung von mehreren verbundenen Einzelelementen
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Beispiel 1
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Eine Förderspirale wird aus 40 Einzelelementen der gleichen Gestalt zusammengesetzt. Die Einzelelemente sind mittels Spritzgießens aus glasfaserverstärktem Polyamid 6.6 hergestellt worden. Zur Herstellung der Einzelelemente wurde eine Spritzgussform als Negativform der Einzelelemente aus Stahl 13NiCr18 hergestellt. Das im Pultrusionsverfahren hergestellte Granulat in den Abmessungen 3 × 5 mm besteht aus PA 6.6 und 30 Ma.-% E-Glasfasern mit einer Filamentlänge von 5 mm und einer Filamentstärke von 10 μm. Einer Schneckenspritzgießmaschine wird das Granulat über einen Massetrichter zugeführt und in der Plastifiziereinheit durch Scherung infolge der Drehbewegung der Schnecke und durch Beheizen aufgeschmolzen. Die Schmelze wird mit einer Temperatur von 260°C und einem Druck von 60 MPa in die formgebende Kavität der zweiteiligen Spritzgussform eingespritzt. Nach dem Erreichen der Formstabilität durch Abkühlen der Schmelze wird das Einzelelement entformt.
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Die Einzelelemente weisen einen Querschnitt auf, der normal zur Schraubenlinie der Förderspirale angeordnet ist. Die Schraubenlinie ist durch eine konstante Steigung von 100 mm gekennzeichnet. Der durch die Schraubenlinie umhüllte Zylinder hat einen Durchmesser von 100 mm. Das Einzelelement entspricht einem Abschnitt der Schraubenlinie von 360°. Das Innere der Einzelelemente ist durch 3 und 2 Stege stabilisiert, die über die gesamte Länge der Einzelelemente in axialer Richtung angeordnet sind, wobei 3 Stege von einem Ende des Einzelelementes aus bis in den mittleren Bereich des Einzelelementes geführt werden und ab dort bis zum anderen Endes des Einzelelementes 2 Stege weitergeführt werden. Dadurch ist das Ineinanderstecken eines Endes des Einzelelementes mit 2 Stegen mit mindestens dem einen Ende des zweiten Einzelelementes mit 3 Stegen möglich.
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Weiterhin ist die Umhüllung der Einzelelemente an den beiden Enden jeweils nicht vollständig und um 180° bezogen auf den Querschnitt versetzt angeordnet. Auch dadurch können die Einzelelemente an jeweils zwei Enden ineinander gesteckt werden und haften über Form- und Kraftschluss aneinander. Die beiden Endstücke der Förderspirale weisen an jeweils einem Ende einen vollständig geschlossenen Körper der Einzelelemente auf, damit nach dem Zusammenbau der Einzelelemente eine vollständig geschlossene Förderspirale mit 20 vollständigen Windungen der Schraubenlinie vorliegt. Für die jeweiligen Endstücke muss eine andere Spritzgussform als Negativform hergestellt werden.
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Die Abmessungen der Förderspirale sind 35 mm in der Breite und 45 mm in der Höhe und 2,00 m Länge. Zur Verbesserung der Haftung und zur Absicherung der Betriebssicherheit werden die ineinander gesteckten Einzelelemente mittels eines Klebstoffes miteinander verklebt.
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Die so hergestellte Förderspirale wird in ein Förderrohr mit Kopfantrieb eingesetzt und nach Inbetriebnahme werden 1900 kg/h körnige Abfallstoffe mit einem mittleren Korndurchmesser von 10 mm gefördert.
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Der Förderprozess arbeitet stabil und mit hoher Betriebssicherheit.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0215516 A1 [0007]
- DE 102007025982 A1 [0009]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- http://www.tu-chemnitz.de/mb/FoerdTech/forschung.php [0002]
- www.polymat.at [0005]
- www.wikipedia.de [0006]
