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Verfahren und Vorrichtung zur Zerkleinerung,
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zum Auspressen und/oder zum Extrahieren von pflanzlichen, tierischen
und/oder mineralischen Stoffen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Zerkleinerung, zug Auspressen und/oder zum Extrahieren von pflanzlichen, tierischen
und/oder mineralischen Stoffen mittels motorisch angetriebenen Maschinen, in denen
ein Werkzeug motorisch relativ zu einem Gegenwerkzeug bewegt wird, zwischen denen
der Stoff bearbeitet wird.
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Die Verwendung von vibrierenden Werkzeugen und Maschinen ist in manchen
Zweigen der Technik weit verbreitet, und zwar insbesondere dort, wo ein Werkzeug
ohne Gegenwerkzeug auf einen Stoff einwirkt. Gesteinsbohrmaschinen sind in den meisten
Fällen mit einer Schlagvorrichtung ausgerüstet, die
dem Bohrer eine
in Arbeitsrichtung vibrierende Bewegung aufzwingt. Verdichtungsvorrichtungen in
Form von Stopfwerkseugen im Gleisbau sowie in Form von Walzen und Planierplatten
sind mit Vibratoren ausgerüstet, um eine wirksamere Verdichtung zu erzielen. Auf
anderen Gebieten der Technik, insbesondere dort, wo ein Werkzeug motorisch relativ
zu einem Gegenwerkzeug bewegt wird, wendet die Technik keine Vibrationen an, sondern
versucht sie nach Möglichkeit zu verhindern. Werkzeug und Gegenwerkzeug sind verschiebbar
in einem Maschinengestell untergebracht und stehen in Fabrikgebäuden. Hier versucht
man Vibrationen zu vermeiden, weil diese leicht zu einer vorzeitigen Werkzeugabnutzung
und zu Erschütterungen des Fabrikgebäudes und damit zu dessen vorzeitiger Abnutzung
sowie zu einem unangenehmen Arbeitsklima führen. Daher werden Vibrationen derartiger
Maschinen sorgsam vermieden, was man insbesondere dadurch zu erreichen sucht, daß
man Vibrationen von Werkzeug und Gegenwerkzeug unterdrückt.
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Die Erfindung hat erkannt, daß man bei vielen Arbeitsvorgängen, die
in Maschinen ausgeführt werden, bei denen ein Werkzeug motorisch relativ zu einem
Gegenwerkzeug bewegt wird, Verbesserungen des Arbeitsvorganges im Sinne einer schnelleren
und intensiveren Bearbeitnng erreichen kann und daß man trotz der Vibration des
Werkzeuges und oder des Gegenwerkzeuges nicht eine Vibration der Maschine erhalten
muß.
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Aufgabe der Erfindung ist es, das Zerkleinern, Auspressen und/ oder
Extrahieren von pflanzlichen, tierischen und/oder mineralischen Stoffen in Maschinen,
bei denen ein Werkzeug motorisch
relativ zu einem Gegenwerkzeug
bewegt wird, durch eine Intensivierung des Arbeitsvorganges zu verbessern.
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Die Erfindung besteht darin, daß du Werkzeug und/oder das Gegenwerkzeug
mit einer Vibrationsbewegung beaufschlagt wird. Auf diese Weise lassen sich viele
Arbeitsvorgänge intensivieren und schneller durchführen. Zum Beispiel das Auspressen
von pflanzlichen oder tierischen Stoffen, da die Vibrationsbewegung zu einem verbesserten
Aufschließen, aber auch zu einer dichteren Lagerung der Feststoffe führen kann.
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Insbesondere ist das dann der Fall, wenn die Vibrationsbewegung quer
zur Bewegungsrichtung des Werkzeuges verläuft.
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Wird beispielsweise die eine Walze eines Walzenpaares, welches Pflanzen
zerquetscht, vibriert, so tritt während des Quetschvorganges ein Zerreiben der Pflanzenteile
auf, das zu einem erheblich verbesserten Aufschließen führt. Wird Steinobst in einer
Saftpresse gepreßt, so kann das Einführen einer Vibrationsbewegung zu einer erheblich
dichteren Lagerung der Feststoffe und damit zu einem verbesserten Auspressen führen.
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Um derartige Vibrationen nicht auf den Fabrikboden, auf dem die Maschine
aufgestellt ist, zu übertragen, kann es zweckmäßig sein, Werkzeug und Gegenwerkzeug
gegenfasig mit einer Vibrationsbewegung zu beaufschlagen.
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Als besonders vorteilhaft und wirksam hat es sich herausgestellt,
wenn die Vibrationsbewegung hydraulisch mittels eines am Werkzeug oder am Gegenwerkzeug
angreifenden Servomotors
erzeugt wird, der mittels Hydrauliköl
aus einem Drehschieber beaufschlagt wird, der den Servomotor in ständiger sich wiederholender
Folge sehr schnell abwechselnd einmal an die Rücklaufleitung, das andere Mal an
die Druckleitung anschließt. Denn hierdurch wird es möglich, durch einfache Veränderung
der Drehzahl des Drehschiebers die Frequenz der Vibration zu ändern und auf optimale
Werte einzustellen. Gleichzeitig wird es in vielen Fällen erleichtert, eine schwingungstechnische
Anpassung an das Werkzeug, Gegenwerkzeug und den zu behandelnden Stoff zu finden.
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Da Vibrationen insbesondere dann auf das Maschinengestell in unerwünschter
Weise übertragen werden, wenn zwischen Werkzeug und Gegenwerkzeug nicht genügend
zu behandelnder Stoff vorhanden ist, also dann, wenn die Maschine leer oder nahezu
leerläuft, ist es zweckmäßig, wenn man die Vibrationsbewegung unterbricht, wenn
sich Werkzeug und Gegenwerkzeug so weit genähert haben, daß ein bestimmter vorgegebener
Abstand unterschritten wird.
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Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist durch eine
das Werkzeug und"oder das Gegenwerkzeug mit einer Vibrationsbewegung beaufs chlagende
Vorrichtung gekennzeichnet.
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Bei dieser ist es vorceilhaft, wenn Werkzeug und Gegenwerkzeug gegenfasig
mit der Vibration beaufschlagt werden, um die Ubertragung der Vibrationen auf das
Maschinengestell und den Fabrikboden zu vermeiden.
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Als besonders vorteilhaCt hat es sich herausgestellt, wenn die Vibrationsbewegung
quer zur Bewegungsrichtung des Werkzeuges verläuft.
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Zur Erzeugung der Vibrationen dient vorteilhafterweise ein am Werkzeug
und/oder am Gegenwerkzeug angreifender hydraulischer Servomotor, der mittels Hydrauliköl
aus einem Drehschieber beaufschlagt wird, der den Servomotor in ständig sich wiederholender
Folge sehr schnell abwechselnd einmal an die Rücklaufleitung, das andere Mal an
die Druckleitung anschließt.
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Um in einem Leerlauf der Maschine vorzeitige Werkzeugabnutzung oder
gar Werkzeugzerstörung und unnötige obertragung von Vibrationen auf das Maschinengestell
und den Fabrikboden zu vermeiden, ist es sweckazißig, eine Steuervorrichtung für
den Vibrationsmotor vorzusehen, die diesen abschaltet, wenn ein bestimmter vorgebbarer
Abstand zwischen Werkzeug und Gegenwerkzeug unterschritten wird. Zweckmäßigerweise
kann die Steuervorrichtung für diesen Zweck mit einem Druckgeber oder mit einem
Weggeber ausgestattet sein.
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Das Wesen der vorliegenden Erfindung ist nachstehend anhand von in
der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es
zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung mit einem Walzenpaar; Fig. 2
eine Ansicht der Vorrichtung der Fig. 2;
Fig. 3 einen Querschnitt
durch einen hydraulischen Steuerschieber; Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des
rotierenden Zylinders dieser Steuervorrichtung; Fig. 5 einen Querschnitt durch eine
Presse; Fig. 6 einen vergrößerten Querschnitt durch den Vibrator, der in dieser
Presse eingelegt ist; Fig. 7 einen Querschnitt durch einen Backenbrecher; Fig. 8
eine Ansicht einer Kugelmühle.
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Die Vorrichtung der Fig. 1 besteht aus einem Aufgabetrichter 1, an
dessen unterem Ende sich ein Walzenpaar 2, 3 befindet. Diese Walzen 2, 3 laufen
mit gegensinnigem Drehsinn. Sie können als Werkzeug und Gegenwerkzeug aufgefaßt
werden. Zumindest die eine Walze 2, 3 wird mit einer Vibration beaufschlagt, die
in Axialrichtung verläuft. Dazu ist zwischen ihrer einen Stirnseite und ihrem Lager
4 ein hydraulischer Arbeitszylinder 5 angeordnet, während zwischen ihrer anderen
Stirnseite und dem dieser Stirnseite zugeordneten Lager eine Feder 6 angeordnet
ist. Der Hydraulikzylinder 5 wird über eine Leitung 7 aus einem Steuerschieber 8
gespeist. Der Steuerschieber 8 wird seinerseits aus einer nicht dargestellten Druckwelle
über die Leitung 9 gespeist und ist weiter an eine Rücklaufleitung 10 angeschlossen,
die zu einem Vorratsbehälter führt, aus dem die Druckwelle das unter Druck zu setzende
Hydrauliköl bezieht.
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In der gleichen Weise wie in Fig. 2 anhand der Walze 3 dargestellt,
kann nicht nur die Walze 3 mit axialen Schwingungen beaufschlagt werden, sondern
es kann auch die Achse 2 mit axialen Schwingungen beaufschlagt werden.
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Diese werden ebenfalls durch einen Arbeitszylinder 5 erzeugt, der
jedoch gegenfasig erregt wird. Zu dessen Speisung dient eine Speiseleitung 11, an
die immer dann die Druckleitung 9 angeschlossen ist, wenn an die Leitung 7 die Rücklaufleitung
10 angeschlossen ist.
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Durch die Beaufschlagung der einen Walze 3 oder beider Walzen 2, 3
mit axialen Schwingungen wird erreicht, daß das durch den Walzenspalt hindurchgehende
Material nicht nur von den Walzen gequescht und gepreßt wird, sondern darüber hinaus
auch noch intensiv gerieben und damit unter Druck zerfasert und in seinen Teilen
auseinandergerissen wird.
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Damit bei einem Leerlauf der Vorrichtung nicht die Walzenoberfläche
durch eine axiale Schwingung der Walzen gegeneinander zerrieben wird, ist eine Schutzvorrichtung
vorgesehen, die die axiale Schwingung der Walzen abschaltet, sobald die Maschine
im Leerlauf arbeitet. Das Lager 4 der Walze 3 ist verschiebbar entgegen der Kraft
einer Feder 12 in einer Kulisse 13 des Maschinengestells 14 geführt. Zwischen dem
Angriffsort der Feder 12 am Ständer 14 ist eine Druckmeßvorrichtung 15 angeordnet,
welche den von der Feder 12 ausgeübten Druck auf das Maschinengestell 14 mißt. Das
ist derjenige Druck, mit dem die Walzen 2, 3 aneinander anliegen.
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Dieser Druck erhöht sich, je weiter die Walzen 2,3 durch das zu verarbeitende,
durch den Walzenspalt hindurchgehende Gut
auseinandergedrückt werden.
Der Druckgeber 15 ist über die Leitung 16 an ein Steuergerät 17 angeschlossen. An
das Steuergerät 17 ist ein Magnetventil 18 über die Leitung 19 angeschlossen. Das
Magnetventil 18 liegt in der Druckleitung 9, die zum Steuerschieber 8 führt. Bei
Unterschreiten eines bestimmten Druckwertes des Druckgebers 15 wird das Magnetventil
18 geschlossen, so daß der Steuerschieber 8 nicht mehr mit Drucköl beaufschlagt
wird, sondern lediglich an die RUcklaufleitung 10 angeschlossen ist. Dadurch ist
auch der Arbeitszylinder 5 nicht mehr an die Druckleitung angeschlossen.
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Es findet somit keine Axialbewegung der Walze 3 bzw. auch Walze 2
mehr statt. Diese Axialbewegung findet erst dann wieder statt, wenn durch Vergrößerung
des Walzenspaltes infolge eingezogenen zu verarbeitenden Materiales zwischen die
Walzen 2, 3 der Druck im Druckgeber 15 wieder ansteigt und damit das Steuergerät
17 das Magnetventil 18 öffnet.
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Anstelle des Druckgebers 15 können auch Weggeber verwendet werden,
die den Abstand zwischen den Lagern 4 der Walzen 2, 3 messen oder direkt die Breite
des Walzenspaltes oder den Abstand der Walzen an den Außenkanten oder den Abstand
der Walse 3 von einer Traverse des Maschinengestelles 14 messen.
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Das hydraulische Steuergerät 8 ist folgendoriaßen aufgebaut: In einem
Gehäuse 20 ist ein rotierender Zylinder 21 axial verschiebbar und feststellbar gelagert.
ober die Leitung 9 wird Drucköl in das Gehäuse 20 des Steuerschiebers eingespeist,
über die Leitungen 10, Rücklaufleitungen, wird Ol aus dem Steuerschieber 8 in den
Vorratsbehälter zurückgeführt.
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Der rotierende Zylinder 21 weist um den Umfang des Zylinders herum
verlaufgnde Ringnuten 22, 23, 24 auf. Diese Ringnuten
weisen axial
verlaufende Zweignuten 25, 26, 27, 28 auf.
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Die Zweignuten 25, 26 sind so angeordnet, daß sie zwischen einandergreifen.
Ebenso sind die Zweignuten 27 und 28 so angeordnet, daß sie zwischeneinandergreifen.
Die Zweignuten 26, 27 sind in Umfangsrichtung versetzt gegeneinander angeordnet.
In die Ringleitung 23 wird über die Leitung 9 Drucköl eingespeist, welches in die
Zweignuten 26, 27 fließt. Die Ringnuten 22, 24 hingegen sind an die Rücklaufleitung
10 angeschlossen. Hierdurch ist folgendes erreicht: Bei rotierendem Zylinder 21
gelangt in ständiger Folge abwechselnd nacheinander Drucköl aus der Ringnut 23 über
die Zweignuten 26 in die zun Arbeitszylinder 5 führende Leitung 7 für einen sehr
kurzen Zeitraum. Sofort anschließend, nachdem sich eine Zweignut 26 an der Mündung
der Leitung 7 im Gehäuse 20 vorbeigeschoben hat, schiebt sich eine Zweignut 25 vor
diese Mündung der Leitung 7, so daß die Leitung 7 über die Zweignut 25 und die Ringnut
22 an die Rücklaufleitung 10 angeschlossen ist. Da der Zylinder 21 sich in ständiger
Rotation befindet, findet dieses Anschließen an die Druckleitung 9 und an die Rücklaufleitung
10 in ständiger Folge statt. Die Drehgeschwindigkeit des Zylinders 21 bestimmt die
Frequenz des ständigen Anschließens an die Druckleitung 9 und die Rücklauf leitung
10.
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Gleiches geschieht mittels der Zweignuten 27 und 28: ober diese wird
die Leitung 11 in ständig wechselnder Folge an die Druckleitung 9 und an die Rücklaufleitung
10 angeschlossen.
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Dies geschieht jedoch gegenfasig zur Leitung 7, da die Zweignuten
27 versetzt gegenüber den Zweignuten 26 angeordnet sind.
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Da man den Zweignuten 25 bis 28 zweckmäßigerweise eine sich zu ihrem
äußeren Ende hin verjüngende Form gibt, kann durch eine Axialverschiebung des Zylinders
21 im Gehäuse 22 eine
Veränderung der Dauer der hydraulischon Impulse
erreicht werden, die durch das jeweilig kurzzeitige Anschließen an die Druckleitung
9 in den Leitungen 7 und 11 mittels des Steuerschiebers 8 erzeugt werden.
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Der in Fig. 2 dargestellte Hydraulikzylinder 5 weist einen einseitig
mit Drucköl beaufschlagten Kolben auf. Daher ist für die Rückstellung der Walze
3 die Feder 6 notwendig. Es können aber auch doppelt wirkende Hydraulikzylinder,
deren Kolben beidseitig mit Drucköl beaufschlagt wird, verwendet werden. Bei diesen
wird die eine Seite des Hydraulikzylindern an die Leitung 7, die andere Seite des
Hydraulikzylinders an die Leitung 11 angeschlossen.
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Die Presse der Fig. 5 dient zum Auspressen von Früchten. In einem
mit dem Preßgut zu füllenden Zylinder 29 wird ein Kolben 30 mittels einer bekannten
Verschiebevorrichtung, entweder einem Hydraulik zylinder oder einer Spindel 31 oder
auf andere Weise, in Richtung gegen den Boden des zylindrischen Gefäßes 29 gedrückt.
Auf dem Boden dieses zylindrischen Gefäßes 29, dessen Wandungen mit Offnungen für
den Abfluß des Fruchtsaftes versehen sind, ist ein Vibrator angeordnet, der in Fig.
6 näher dargestellt ist. Dieser besteht aus zwei Scheiben 32, 33, deren einander
zugekehrte% Stirnseiten aufeinander gelagert sind und die in Richtung der Ebene
dieser Stirnseiten gegeneinander mittels eines Kolbens 34 bewegt werden, der mittels
einer Kolbenstange 35 an der Scheibe 32 befestigt ist und in einem Hydraulikzylinder
36 verschiebbar angeordnet ist, der über die Leitungen 7 und 11 mit einem Steuerschieber
8 verbunden ist. Mit diesem Vibrator wird quer
zur Bewegungsrichtung
des Kolbens 30 eine Vibration am Boden des zylindrischen Gefäßes 29 erzeugt, die
sich auf das zu behandelnde Gut im Inneren des Gefäßes 29 überträgt und zu einem
besonders wirkungsvollen und schnellen Auspressen führt, da die Feststoffe sich
besonders dicht ineinander lagern.
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In Fig. 7 ist ein Backenbrecher gezeigt, dessen im Gestell 37 mittels
der Welle 38 gelagerte verschwenkbare Backe 39 sich mittels des von einem Arbeitazylinder
40 angetriebenen Kniehebels 41 gegen die Gegenbacke 42 bewegt, die parallel zu ihrer
Oberfläche in Schwingungen versetzbar ist. Hierzu dient ein mittels der Kolbenstange
35 an der Platte 42 befestigter Kolben 34, der in einem Hydraulikzylinder 36 verschiebbar
ist, dessen Leitungen 7, 11 an den Steuerschieber 8 angeschlossen sind. Die als
Gegenwerkzeug dienende plattenförmige Backe 42 ist im Maschinengestell 37 mittels
Gleitführungen 43 gelagert.
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Durch die Vibration der platteuförmigen Gegenbacke 42 ist erreicht,
daß beim Brechen von Gestein durch den sich ständig geringfügig ändernden Angriffswinkel
der von der beweglichen Backe 39 ausgehenden Kräfte das Brechen schneller und mit
weniger Kraft erfolgt.
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Bei der in Fig. 8 dargestellten Kugelmühle ist das sich drehende Mahlgefäß
45 axial mittels eines Arbeitszylinders 5 in Schwingungen versetzt, die durch das
Zusammenwirken des Arbeitszylinders 5 mit der auf der anderen Gefäßseite angreifenden
Feder 6 entstehen. Dadurch entsteht nicht nur durch den Kugelfall eine Mahlwirkung,
sondern gleichzeitig auch dadurch, daß die am Grunde des Mahlgefäßes 45 befindlichen
Kugeln das Mahlgut zwischen sich reiben, weil auf das
Mahlgefäß
45 axiale Kräfte wirken die das Gefäß in Schwingungen versetzen und damit auch die
Mahlkörper im Inneren des Mahigefäßes 45 in eine Bevegung versetzen.
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Es gibt eine große Vielsahl von weiteren Anwendungßmöglichkeiten der
Erfindung an den verschiedensten Maschinen und Vorrichtungen.
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L e e r s e i t e