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Vorrichtung zum Bearbeiten von Stoffen
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Zusatz zu Patent... (Patentanmeldung P 33 34 012.9) Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten von Stoffen nach dem Oberbegriff des Anspruches
1.
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Bei der Vorrichtung nach dem Hauptpatent sind im Bearbeitungsabschnitt
des Arbeitsraumes Profilierungen an der Innenwandung des den Bearbeitungsabschnitt
aufweisenden Gehäuseteiles und/oder an der Mantelfläche des Bearbeitungswerkzeuges
vorgesehen. Mit diesen Profilierungen läßt sich die Querschnittsverjüngung des Bearbeitungsabschnittes
des Arbeitsraumes an die jeweils durchzuführenden Arbeiten in der Vorrichtung anpassen.
So wird beispielsweise die Querschnittsverjüngung beim Plastifizieren der zu verarbeitenden
Stoffe anders gewählt als beispielsweise zum Mischen der Produkte. Da die Profilierungen
jedoch am Gehäuseteil bzw. am Bearbeitungswerkzeug vorgesehen sind, müssen sie im
Bedarfsfall jeweils ausgetauscht werden. Dies erfordert einen erheblichen Arbeits-und
Zeitaufwand. Zudem sind die verschiedenen Gehäuseteile und/oder Bearbeitungswerkzeuge
teuer.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung nach dem
Hauptpatent so weiterzubilden, daß die Vorrichtung in einfacher Weise und mit geringem
Kostenaufwand zur Durchführung unterschiedlicher Arbeitsgänge umgerüstet
werden
kann.
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Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß
durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können in die Halterung unterschiedlich
gestaltete Zusatzwerkzeuge eingesetzt werden, so daß sich in einfacher Weise die
Vorrichtung auf unterschiedliche Arbeiten einstellen läßt.
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Die auswechselbaren Zusatzwerkzeuge lassen sich einfach montieren
und demontieren. Es müssen insbesondere nicht mehr ganze Gehäuseteile oder das komplette
Bearbeitungswerkzeug ausgetauscht werden, so daß die Umstellung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung auf verschiedene, durchzuführende Arbeiten in kostengünstiger Weise
vorgenommen werden kann.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen,
der Beschreibung und der Zeichnung.
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Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles
näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 in schematischer Darstellung und im Querschnitt
eine erfindungsgemäße Vorrichtung ohne Zusatzwerkzeuge, Fig. 2 bis 4 jeweils im
Querschnitt unterschiedliche Formen von Zusatzwerkzeugen für die erfindungsgemäße
Vorrichtung gemäß Fig. 1t
Fig. 5 eine Ansicht eines Bearbeitungswerkzeuges
der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 1, Fig. 6 eine Vorderansicht des Zusatzwerkzeuges
gemäß Fig. 2, Fig. 7 eine Seitenansicht des Zusatzwerkzeuges gemäß Fig. 6, Fig.
8 eine Draufsicht auf das Zusatzwerkzeug gemäß Fig. 6, Fig. 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines Bearbeitungswerkzeuges der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 10 einen Schnitt
längs der Linie X-X in Fig. 9, Fig. 11 eine weitere Ausführungsform eines Bearbeitungswerkzeuges
der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 12 einen Schnitt längs der Linie XII-XII
in Fig. 11, Fig. 13 eine Halterung des Bearbeitungswerkzeuges gemäß Fig. 11 in vergrößerter
Darstellung und mit aufgesetztem Zusatzwerkzeug.
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Die Vorrichtung kann zum Homogenisieren, Vordosieren, Plastifizieren,
thermischen Mischen und thermischen Verbinden von thermo-und/oder duroplastischen
und/oder mineralischen und/oder unschmelzbaren Produkten herangezogen werden.
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Die Vorrichtung hat ein Gehäuse 1, in dem ein Bearbeitungswerkzeug
2 untergebracht ist. Es sitzt auf einer Welle 3, die von einem (nicht dargestellten)
Motor aus angetrieben wird. Das Gehäuse 1 hat einen Arbeitsraum 5, in dem das Bearbeitungswerkzeug
2 drehbar ist und in dem die zugeführten Produkte be-und verarbeitet werden können.
Das Gehäuse 1 hat einen Auslaß 6, durch den die fertig bearbeiteten Produkte aus
dem Arbeitsraum 5 gefördert werden.
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Der Arbeitsraum 5 hat einen in Richtung auf den Auslaß 6 im Querschnitt
sich verjüngenden Förderabschnitt 7, der in Förderrichtung 8 der Produkte in einen
Bearbeitungsabschnitt 9 des Arbeitsraumes 5 übergeht, der sich in Richtung auf den
Auslaß 6 stärker verjüngt als der Förderabschnitt 7. Der Bearbeitungsabschnitt 9
erstreckt sich bis zum Auslaß 6, so daß die Produkte vom Ubergang in diesen Bearbeitungsabschnitt
bis zum Austritt aus dem Auslaß 6 bearbeitet werden. Der Bearbeitungsabschnitt 9
ist länger als der Förderabschnitt 7 Letzterer dient im wesentlichen nur dazu, die
zugeführten Produkte gleichmäßig in den Bearbeitungsabschnitt 9 zu fördern, damit
dieser während der gesamten Bearbeitungsdauer gefüllt ist.
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Die Querschnittsverjüngung des Förderabschnittes 7 kann dadurch erreicht
werden, daß die Seitenwand 10 des Gehäuses 1 und/oder der im Förderabschnitt 7 liegende
Teil 12 des Bearbeitungswerkzeuges 2 konisch verjüngt ausgebildet sind. Im dargestellten
Ausführungsbeispiel wird
der Förderabschnitt 7 nach außen durch
parallel zur Drehachse 11 des Bearbeitungswerkzeuges 2 liegende Wandabschnitte 10
des Gehäuses 1 begrenzt, während der konische Teil 12 des Bearbeitungswerkzeuges
2 den Förderabschnitt 7 radial nach innen begrenzt. Der Teil 12 erweitert sich konisch
in Richtung auf den Auslaß 6 und wird durch einen zentrisch im Förderabschnitt 7
liegenden Kegelstumpf gebildet. Der Förderabschnitt 7 ist somit ringförmig ausgebildet.
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Der im Bearbeitungsabschnitt 9 des Arbeitsraumes 5 liegende Arbeitsteil
13 des Bearbeitungswerkzeuges 2 verjüngt sich in Richtung auf den Auslaß 6 konisch.
Der Bearbeitungsabschnitt 9 kann wiederum durch einen konischen Gehäuseabschnitt
und/oder eint konischen Teil des Bearbeitungswerkzeuges begrenzt werden. Im Ausführungsbeispiel
wird der Bearbeitungsabschnitt 9 radial nach außen durch schräg zur Drehachse 11
liegende Wandabschnitte 14 des Gehäuses 1, vorzugsweise durch einen konisch in Richtung
auf den Auslaß 6 sich verjüngenden Gehäuseteil, begrenzt. Der Konuswinkel des Gehäuseteiles
14 ist größer als der Konuswinkel des Arbeitsteiles 13, der sich in gleicher Richtung
konisch in Richtung auf den Auslaß 6 verjüngt. Somit wird der Bearbeitungsabschnitt
9 durch zwei unterschiedlich geneigte Konusflächen begrenzt. Die Querschnittsverjüngung
des Bearbeitungsabschnittes 9 in Richtung auf den Auslaß 6 ist wesentlich größer
als beim Förderabschnitt 7, da im Bearbeitungsabschnitt die Bearbeitung der Produkte
stattfinden soll.
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Das Bearbeitungswerkzeug 2 bildet infolge der beschriebenen Ausbildung
einen Doppelkegel, mit dem die unterschiedlichen Querschnittsänderungen in den beiden
Abschnitten 7 und 9 des Arbeitsraumes 5 erzielt wird. Der
Kegelteil
12 des Bearbeitungswerkzeuges 2 wird üblicherweise gekühlt und dient als reiner
Förderteil. Der Arbeitsteil 13 dient als Miseh-bzw. Plastifizierteil und wird üblicherweise
beheizt. Dadurch wird insbesondere der Plastifiziervorgang im Bearbeitungsabschnitt
9 unterstützt.
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Der Arbeitsteil 13 kann durch die Heizung auf gleicher Temperatur
gehalten werden wie das der Plastifizierung unterliegende Produkt, so daß im Bereich
des Arbeitsteiles keine unerwünschte Abkühlung des Produktes während des Plastifiziervorganges
eintritt. Damit auch am Gehäuseteil 14 keine unerwünschte Abkühlung des plastifizierten
Produktes eintritt, ist er vorzugsweise ebenfalls beheizt.
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Die Temperatur kann beispielsweise von etwa 400C bis etwa 8000C regelbar
sein, so daß die für den jeweiligen Bearbeitungsvorgang günstigste Temperatur eingestellt
werden kann. Auch der Arbeitsteil 13 läßt sich in diesem Temperaturbereich beheizen.
Am Auslaß 6 ist am Gehäuseteil 14 ein Ausstoßwerkzeug bzw. ein Homogenisiersieb
16 befestigt.
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Im Arbeitsraum 5 werden die Produkte mittels Fliehkraftförderung und
durch Verringerung der Viskosität des Produktes zu diesem Ausstoßwerkzeug bzw. Homogenisiersieb
16 befördert. Es dient zur Formgebung des auszustoßenden Produktes oder zur Gegendruckerzeugung
im Zusammenhang mit der Fliehkraftförderung. Der Motor kann so ausgestaltet sein,
daß das Bearbeitungswerkzeug 2 mit einer Drehzahl zwischen beispielsweise etwa 40
und etwa 200 U/min gedreht werden kann. Der Antrieb kann auch als Zweistufenantrieb
ausgebildet sein, mit dem das Bearbeitungswerkzeug 2 zum Beispiel fünf Umdrehungen
im Uhrzeigersinn und zwei Umdrehungen im Gegenuhrzeigersinn gedreht werden kann,
um eine bessere Homogenisierung bzw, einen Fliehkraftausstoßeffekt zu erzielen.
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Die Vorrichtung kann auch zum Verarbeiten von zähelastischen Produkten
verwendet werden. Der Arbeitsteil 13 wird hierzu tiefgekühlt, beispielsweise mit
flüssigem Stickstoff, um durch eine Tiefkühlung eine Porosität des zu verarbeitenden
Produktes zu erreichen. Dieses zähelastische Produkt kann dann im Bearbeitungsabschnitt
9 leicht aufgebrochen und beispielsweise zu einem Granulat verarbeitet werden.
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Die Vorrichtung kann auch als Mischer für pastöse Massen mit beliebig
vielen Komponenten eingesetzt werden.
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Der Gehäuseteil 14 ist über einen Flansch 17 lösbar an einem Flansch
18 des zylindrischen Gehäuseteiles 10 befestigt. Dadurch läßt sich der Gehäuseteil
14 gegen anders ausgebildete Gehäuseteile einfach austauschen. Auch das Bearbeitungswerkzeug
2 kann nach Abnehmen des Gehäuseteiles 14 gegen ein anderes Bearbeitungswerkzeug
ausgetauscht werden.
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Die Innenwandung 19 des Gehäuseteiles 14 ist glatt. Die konische Mantelfläche
21 des Arbeitsteiles 13 des Bearbeitungswerkzeuges 2 ist mit Halterungen 22 versehen,
die über die Länge des Arbeitsteiles mit Abstand voneinander angeordnet sind (Fig.
1 und 5). Sie dienen zur Aufnahme von profilierten Zusatzwerkzeugen, wie sie z.B.
in den Fig. 2 bis 4 und 6 bis 8 dargestellt sind. Die Halterungen 22 sind durch
schwalbenschwanzförmige Ringnuten im Außenmantel 21 des Arbeitsteiles 13 gebildet.
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Auch der Teil 12 des Bearbeitungswerkzeuges 2 weist an seinem Außenmantel
23 Halterungen 24 für Zusatzwerkzeuge auf. Die Halterungen sind ebenfalls durch
schwalbenschwanzförmige Ringnuten gebildet, die über die Länge des Teiles 12 mit
Abstand voneinander angeordnet sind und in denen
die Zusatzwerkzeuge
befestigt werden können. Somit läßt sich am Bearbeitungswerkzeug 2 sowohl am Teil
12 als auch am Arbeitsteil 13 die entsprechende Zahl von Zusatzwerkzeugen lösbar
befestigen. Je nach den gewünschten Arbeitsbedingungen können in sämtlichen Halterungen
22, 24 die Zusatzwerkzeuge befestigt werden.
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Es ist aber auch möglich, nur in einigen der Halterungen 22, 24 die
Zusatzwerkzeuge vorzusehen. Es läßt sich auf diese Weise sowohl in Axialrichtung
als auch in Umfangsrichtung die Verteilung der Zusatzwerkzeuge beliebig verändern.
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Da die Zusatzwerkzeuge in den Arbeitsraum 5 ragen, läßt sich der freie
Querschnitt des Förderabschnittes 7 und/ oder des Bearbeitungsabschnittes 9 des
Arbeitsraumes 5 verringern. Dadurch kann in einfacher Weise das zurjeweils erforderlichen
Bearbeitung der Produkte notwendige Maß der Querschnittsverjüngung eingestellt werden.
Die verschiedenen Arbeitsgänge lassen sich somit optimal durchführen, so daß das
aus dem Auslaß 6 austretende Material optimale Eigenschaften aufweist.
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Selbstverständlich können auch die Gehäuseteile 10, 14 mit solchen
Halterungen versehen sein, so daß sich die Zusatzwerkzeuge auch am Gehäuse 1 befestigen
lassen. In diesem Fall kann der Mantel des Bearbeitungswerkzeuges 2 glatt sein.
Außerdem ist es möglich, sowohl die Gehäuseteile 10, 14 als auch das Bearbeitungswerkzeug
2 mit Halterungen zu versehen, so daß die Zusatzwerkzeuge am Gehäuse 1 und am Bearbeitungswerkzeug
2 befestigt werden können.
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Das Zusatzwerkzeug 25 gemäß den Fig. 2 und 6 bis 8 hat einen in der
jeweiligen Halterung 22, 24 einzusetzenden Grundkörper 26 sowie einen Profilabschnitt
27, der in den jeweiligen Abschnitt des Arbeitsraumes 5 ragt. Der Profilabschnitt
27 hat dreieckförmigen Querschnitt und erstreckt sich über die gesamte Länge des
Zusatzwerkzeuges 25 (Fig. 8). Es kann entsprechend dem Bearbeitungswerkzeug 2 gekrümmt
sein, so daß in Umfangsrichtung des Bearbeitungswerkzeuges benachbarte Zusatzwerkzeuge
25 mit einer Kante 28 ihrer Profilabschnitte 27 auf einem Kreis um die Drehachse
11 des Bearbeitungswerkzeuges 2 liegen. Die Zusatzwerkzeuge 25 können so ausgebildet
sein, daß in Umfangsrichtung benachbarte Zusatzwerkzeuge aneinander anschließen.
Sie können aber auch in Umfangsrichtung Abstand voneinander haben. Damit die Zusatzwerkzeuge
25 in die Nuten 22, 24 eingesetzt werden können, ist jede Nut mit einem Einführabschnitt
31 (Fig. 5) versehen. Er ist an einen Befestigungsteil 32(Fig. 6 - 8) des Zusatzwerkzeuges
25 angepaßt, der durch den Einführabschnitt 31 in die Nut 22, 24 eingesetzt werden
kann.
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Der Befestigungsteil 324hat einen den Nuten 22, 24 angepaßten Querschnitt
und weist rechteckigen Umriß auf (Fig. 8). Der Grundkörper 26 des Zusatzwerkzeuges
25 hat ebenfalls rechteckigen Umriß, ist jedoch größer als der Befestigungsteil
32(Fig. 8), der vorzugsweise einstückig mit dem Grundkörper 26 ausgebildet ist.
Der Einführabschnitt 31 der Nuten 22, 24 hat gleichen Umriß wie der Befestigungsteil
32der Zusatzwerkzeuge 25, so daß sie bequem eingesetzt und dann in den Nuten an
die gewünschte Stelle verschoben werden können. Die Nuten 22, 24 sind so ausgebildet,
daß die Befestigungsteile 32A trotz des gekrümmten Verlaufes der Nuten in ihnen
verschoben werden können. Zur Festlegung der Zusatzwerkzeuge 25 in den Nuten 22,
24 dienen Befestigungs- oder Klemmschrauben,
die in Gewindebohrungen
33 der Zusatzwerkzeuge 25 geschraubt werden. Die Gewindebohrungen 33 durchsetzen
den Befestigungsteil 32Alden Grundkörper 26 und den Profilabschnitt 27 der Zusatzwerkzeuge
25 (Fig. 6 bis 8). Im Ausführungsbeispiel ist das Zusatzwerkzeug 25 nur mit einer
einzigen, zentral angeordneten Gewindebohrung 33 versehen; selbstverständlich kann
das Zusatzwerkzeug 25 auch mit zwei oder mehr Gewindebohrungen 33 versehen sein.
Beim Einschrauben der Befestigungsschraube stützt sie sich auf dem Boden der jeweiligen
Nut 22, 24 ab, während die entgegengesetzt zueinander geneigten Schrägflächen 34,
35 (Fig. 6) gegen die entsprechenden Schrägflächen 36, 37 (Fig. 1) der jeweiligen
Nut 22, 24 gezogen und somit das Zusatzwerkzeug kraftschlüssig am Bearbeitungswerkzeug
2 gehalten wird.
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Das Zusatzwerkzeug 25a gemäß Fig. 3 hat einen im Querschnitt etwa
halbkreisförmigen Profilabschnitt 27a. Er ist - entsprechend dem Profilabschnitt
27 gemäß Fig. 2 -einstückig mit dem Grundkörper 26a ausgebildet. Der Profilabschnitt
27a liegt in halber Breite des Grundkörpers 26a. Der Ubergang des Profilabschnittes
27a in den Grundkörper 26a erfolgt mit Abstand von den Längsrändern 29, 30 des Grundkörpers.
Das Zusatzwerkzeug 25a ist im übrigen gleich ausgebildet wie die Ausführungsform
gemäß den Fig. 2 und 6 bis 8.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 wird der Profilabschnitt 27b
des Profilwerkzeuges 25b durch zwei aneinander anschließende, im Querschnitt teilkreisförmige
Teile 31 und 32 gebildet, die wiederum in halber Breite des Grundkörpers 26b liegen
und mit Abstand von dessen
Seitenrändern 29b, 30b in ihn übergehen.
Im übrigen ist das Zusatzwerkzeug 25b gleich ausgebildet wie das Ausführungsbeispiel
gemäß den Fig. 2 und 6 bis 8.
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Anstelle der dargestellten Profilformen können die Zusatzwerkzeuge
auch jede andere geeignete Querschnittsausbildung haben. Durch eine entsprechende
Profilgebung kann die Querschnittsausbildung des Arbeitsraumes 5 sowohl im Förderabschnitt
7 als auch im Bearbeitungsabschnitt 9 optimal den jeweils gewünschten Arbeitsbedingungen
angepaßt werden.
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Auch der axiale Abstand der Halterungen 22, 24 voneinander kann unterschiedlich
groß gewählt werden. Anstelle der schwalbenschwanzförmigen Ausbildung können die
Nuten auch viereckigen Querschnitt haben.
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In diesem Fall sind die Nuten mit Gewindebohrungen versehen, in welche
die Befestigungsschrauben für die Zusatzwerkzeuge geschraubt werden. Damit die Zusatzwerkzeuge
an mehreren Stellen längs des Umfanges des Bearbeitungswerkzeuges befestigt werden
können, sind wenigstens in einigen der Nuten mehrere Gewindebohrungen vorgesehen.
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Das Bearbeitungswerkzeug 2c gemäß den Fig. 9 und 10 hat Halterungen
22c, 24c, die in seiner Längsrichtung, vorzugsweise über die ganze Länge, verlaufen.
Diese Halterungen 22c, 24c sind gleich ausgebildet wie bei der Ausführungsform gemäß
den Fig. 1 und 5. In Fig. 10 sind die Gewindebohrungen 38 im Boden der Nuten 22c,
24c für die Befestigungsschrauben der Zusatzwerkzeuge dargestellt.
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Sie können aber auch, wie zuvor beschrieben, kraftschlüssig in den
Nuten gehaltert werden.
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Die in Längsrichtung verlaufenden Nuten können nur im Arbeitsteil
13c oder nur im Teil 12c vorgesehen sein,
während der jeweils andere
Teil des Bearbeitungswerkzeuges 2c umlaufende Nuten gemäß den Fig. 1 und 5 aufweisen
kann.
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Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 11 bis 13 sind die Halterungen
22d durch Vorsprünge am Bearbeitungswerkzeug 2d gebildet, die über den Umfang zumindest
des Arbeitsteiles 13d verteilt angeordnet sind. Die Halterungen 22d haben T-förmigen
Querschnitt (Fig. 13) und stehen mit ihrem Fuß 39 senkrecht von der Wandung des
Arbeitsteiles 13d ab, so daß der Steg 40 der Halterung 22d Abstand von der Wandung
des Arbeitsteiles hat. Die Halterungen 22d sind auf den Arbeitsteil 13d aufgeschweißt
und nehmen Zusatzwerkzeuge 25d auf. Sie haben einen quer vom Arbeitsteil 13d abstehenden
Arbeitsabschnitt 41, der an einen quer zu ihm liegenden Halterungsabschnitt 42 anschließt.
Er ist im Querschnitt C-förmig ausgebildet und umgreift den Steg 40 der Halterung
22d mit Spiel, so daß das Zusatzwerkzeug 25d einfach auf die Halterung aufgeschoben
werden kann.
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Zur Befestigung des Zusatzwerkzeuges 25d ist wenigstens eine Klemmschraube
43 vorgesehen, die durch eine Gewindebohrung 44 im C-Steg 45 des Halterungsabschnittes
42 geschraubt wird und sich am Steg 40 der Halterung 22d abstützt. Durch Anziehen
der Klemmschraube 43 wird der Halterungsabschnitt 42 mit den Steg 40 der Halterung
22d untergreifenden, gegeneinander gerichteten Schenkeln 46, 47 gegen den Steg gezogen
und so das Zusatzwerkzeug 25d an der Halterung 22d festgeklemmt. Die Zusatzwerkzeuge
25d lassen sich auf diese Weise einfach und schnell an den Halterungen 22d befestigen
und von ihnen lösen.
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Die Halterungen 22d können auch so ausgebildet sein, daß
sie
über die ganze Länge oder den gesamten Umfang des Arbeitsteiles 13d verlaufen. Dabei
können die Halterungen 22d auch schraubenlinienförmig angeordnet sein.
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