DE4344801A1 - Granulator-Messer - Google Patents

Description

Ein Granulator wird dazu verwendet, Kunststoffe oder andere Werkstoffe in ihren Abmessungen so zu verkleinern, daß Partikel entstehen, die klein genug sind für einen Wiederverwertungsvorgang, eine Entsorgung oder dergleichen. Die Verkleinerung der einzelnen Teile wird mit Hilfe von Messern durchgeführt, die das Material in kleine Stücke zerschneiden. Ein Granulator hat ein oder mehrere stationäre Messer und zwei oder mehr umlaufende Messer. Wenn ein umlaufendes Rotormesser an einem stationären Messer vorbeigeht, dann wird unter der Voraussetzung, daß sich zwischen den Messern ein Materialteil befindet, ein Schneidvorgang erzeugt. Direkt unterhalb der Messer ist ein Halbzylinder angeordnet, der eine große Zahl von Perforationen aufweist und der somit ein Sieb darstellt, um die Größe der granulierten Partikel zu steuern, die den Schneidbereich verlassen. Die Partikel werden gezwungen, solange im Schneidbereich zu bleiben, bis sie klein genug sind, um durch das Sieb hindurchzufallen.

Granulatoren werden bereits seit über 30 Jahren hergestellt. Die übliche Konstruktion bestand dabei darin, das Messer groß genug zu machen, damit mehrere runde Löcher zu dem Zweck eingebracht werden können, daß das Messer an seinem zusammenwirkenden Bauteil verschraubt werden kann. Messer werden derzeit aus einem massiven Stück Werkzeugstahl hergestellt, der üblicherweise in einem Wärmebehandlungsverfahren gehärtet wird. Wenn die Messer stumpf geworden sind, dann werden sie üblicherweise aus der Maschine entfernt, nachgeschärft und im Granulator wieder eingebaut. Ein übliches Messer kann etwa fünfmal nachgeschärft werden, bevor es zu klein wird, um noch wirkungsvoll zu sein und muß dann weggeworfen werden. Wenn ein solches Messer weggeworfen wird, dann enthält es noch etwa 90% seines Ausgangs-Werkstoffes.

Bei üblichen Messern besteht ein Problem darin, daß die Qualität der granulierten Materialien dann leidet, wenn das Messer stumpf wird. Stumpfe Messer neigen dazu, das Material eher zu "schlagen" oder zu "hämmern" als es zu schneiden. Dies führt dazu, daß der Anteil von Staub und Feinteilen im Granulat anwächst. Die Benutzer möchten jedoch, daß der Anteil der Feinteile auf ein Minimum gebracht wird, da vom Haushaltsstandpunkt aus Staub unerwünscht ist. Bei Material-Fördersystemen verursacht er Probleme und führt üblicherweise zu Abfall.

Wenn die Messer für eine lange Zeitspanne scharf bleiben könnten, dann würden die Kosten, die mit dem Nachschärfen und Auswechseln der Messer verbunden sind, vermindert werden. Darüber hinaus würde die Qualität des granulierten Materials verbessert.

Eine Verlängerung der Lebensdauer der Schneidkante erfordert einen haltbareren Werkstoff, also einen Werkstoff, der eine längere Standzeit hat und nicht ausbricht. Solche Materialien existieren. Das wirkliche Problem entsteht dann, wenn man versucht, diese "exotischen" Werkstoffe in einer üblichen Messerform anzuwenden. Die Kosten pro Gewichtseinheit dieser Materialien sind wesentlich höher als bei üblichen Werkzeugstählen und eine solche Lösung ist wirtschaftlich nicht attraktiv.

In den letzten Jahren sind viele Versuche unternommen worden, um die Standzeit von Schneidkanten von Granulator-Messern zu verbessern. Die Entwicklung besserer Werkzeugstähle hat zu etwas verbesserten Messer-Standzeiten geführt, jedoch auch zu höheren Kosten. Einige Standard-Granulatormesser sind beispielsweise aus Chromvanadiumstahl (CVS) hergestellt worden. Eine höhere Standzeit kann auch mit einem Messer erzielt werden, das aus gehärtetem D-2 Werkzeugstahl hergestellt ist; die Kosten jedoch liegen um etwa 40% höher. Noch höhere Standzeiten können dadurch erzielt werden, daß eine Messerfläche in einem Flammsprühverfahren mit einer Wolfram- oder Titankarbidbeschichtung versehen wird. Die Standzeit des Messers kann im Vergleich mit einem Messer aus CVS verdreifacht werden, nicht jedoch ohne einen wesentlichen Anstieg der Kosten.

Auf üblichen Messern sind auch andere Beschichtungen versucht worden mit dem Ziel, die Standzeit der Messerkante zu verbessern. Zum Beispiel wurden Beschichtungen aus Titan-Nitrid versucht, die die Lebensdauer beispielsweise von Bohrerspitzen erheblich verbessert haben. Obwohl einige Verbesserungen erzielt worden sind, waren die wirtschaftlichen Bedingungen nicht attraktiv.

Es sind auch bereits Streifen von Wolfram-Karbid an Körpern von unlegierten Messerstählen befestigt worden.

Wolfram-Karbid ist sehr hart und kann die Abriebeigenschaften verbessern, während der überwiegende Teil des Messers aus einem billigen, unlegierten Stahl hergestellt ist. Obwohl ein solcher Versuch unternommen worden ist, ist dies durch die Schwierigkeiten beim Verbinden der Metalle ein sehr teurer Vorgang und stellt aus diesem Grunde keine gute Lösung für das Abriebproblem des Messers dar. In ähnlicher Weise sind Streifen aus D-2 Werkzeugstahl an Körpern aus unlegiertem Stahl angebracht worden. Diese Lösung hat sich als nicht zuverlässig und nicht wirtschaftlich erwiesen.

Bei einem Versuch, eine wirtschaftliche Lösung des Messerabriebs zu finden, besteht eine modernere Lösung darin, eine kleine Menge eines härtbaren, keramischen Verbundwerkstoffs unter Verwendung des isostatischen Heißpreßverfahrens (HIP) metallurgisch mit einem Körper aus einem üblichen Werkzeugstahl zu verbinden. Die keramischen Verbundwerkstoffe bestehen üblicherweise aus Wolfram- oder Titankarbidpartikeln, die in einer Werkzeugstahl-Matrix suspendiert sind. Vor einer Wärmebehandlung ist das Produkt maschinell bearbeitbar; nach einer Wärmebehandlung kann es nur noch geschliffen werden. Die Kosten für ein solches Verfahren sind sehr hoch und seine Wirtschaftlichkeit ist fraglich.

Ein weiterer Versuch wurde dahingehend unternommen, auf den Schneidenbereich einer Messerbasis aus unlegiertem Stahl eine Plattierung aufzubringen. Nachdem ein sehr hartes Material aufgeschweißt worden war, mußte die fertige Schneidkante des Messers mit Hilfe der elektrischen Entladungsbearbeitung (EDM) durchgeführt werden. Die Wirtschaftlichkeit dieses Versuches war nicht akzeptabel.

Ferner ist ein kleines, zweiseitiges und ausziehbares Messer unter dem Namen "turn knife TM" erhältlich. Seine komplexe Form wird durch einen Strangpreßvorgang aus einem hochhaltbaren und patentgeschützten Stahl erzeugt und die kritischen Endmerkmale werden durch einen Schleifvorgang erzeugt. Dieses Messer wird mit Hilfe einer Klemmvorrichtung an seiner Befestigungsfläche angebracht und festgehalten. Das Messer benötigt komplexe und genaue Einzelheiten sowohl an seiner Befestigungsfläche als auch an seiner Klemmvorrichtung. Darüber hinaus kann das Messer keine dicken Teile schneiden, da es vom Rotor nur geringfügig vorsteht.

Das US-Patent 5 097 790 der Anmelderin offenbart ein zweiseitiges, trapezförmiges Messer, das eine sehr geringe Größe hat und an Ort und Stelle durch eine verschraubte Klemmvorrichtung gehalten wird. Gegenüber üblichen Messern hat dieses Messer viele Vorteile; es ist jedoch auf das Schneiden von Teilen beschränkt, die nur geringe oder mittlere Querschnitte haben. Da es zweiseitig ist und am Rotor mit Hilfe von zwei Paßstiften genau angebracht ist, hat die Ausladung dieses Messers von der Vorderkante dieses Rotors eine praktische Grenze. Da diese Größe der Ausladung seine Fähigkeit beeinträchtigt, durch das Material zu schneiden, ist dieses Messer keine gute Auswahl zum Schneiden von Teilen mit sehr dicken Querschnitten, beispielsweise im Bereich von 9,5 bis 38 mm für viele Werkstoffe.

Um dieses Problem zu lösen wurde, wie dies in der Stammanmeldung offenbart ist, wurde eine Klemmvorrichtung für ein Messer entwickelt, die nur aus sogenanntem "exotischem Material" bestand und in der Lage war, Teile zu schneiden, die so dick waren, wie sie auch mit üblichen Messern geschnitten wurden, beispielsweise bis zu 38 mm für viele Materialien und Formen. Dieses Messer erforderte nur 12% des Materials üblicher Messer.

Das Messer war so ausgelegt, daß es wenigstens dreimal nachgeschärft werden konnte. Die Rückseite des Messers schlug gegen eine Leiste an, die entweder in der Klemmvorrichtung oder am Rotorsitz angeformt war. Diese Leiste war feststehend. Wenn ein neues Messer im Sitz eingelegt und in seiner Stellung festgeklemmt wurde, dann stand es um das höchstmögliche, unabgestützte Maß von der Klemmvorrichtung und vom Sitz vor. Diese Messer-Klemmvorrichtung war nicht für eine mißbräuchliche Benutzung ausgelegt. Wenn der Granulator also zum Granulieren von Kunststoffmaterial ausgelegt war, wie zum Beispiel von Kunststoffabfällen einer Spritzgießmaschine oder zum Haushaltsgebrauch, dann wurde vom Messer nur erwartet, daß es Kunststoff schneiden sollte. Beim tatsächlichen Gebrauch selbst dort, wo ein Granulator nur im Haushalt verwendet wurde, wo nur Kunststoffabfälle in Betracht gezogen werden sollten, wurde jedoch ermittelt, daß Metallteile, wie zum Beispiel Schrauben, in den Granulator gelangen konnten und daß das Messer aufgrund seiner Ausladung von der Klemmvorrichtung und von seinem Sitz dazu neigen würde, zu brechen.

Die vorliegende Erfindung verkörpert im allgemeinen Sinne ein einstellbare Klemmvorrichtung für ein Messer an einem Rotorsitz, die ein Ausbrechen des Messers bei mißbräuchlichen Benutzungszuständen verhindert und die es möglich macht, daß das Messer durchschnittlich wenigstens dreimal nachgeschärft und genau in seine Stellung zurückgebracht werden kann. Darüber hinaus ist das Messer kleiner als übliche Messer und benötigt nur ungefähr 12% desjenigen Materials, das für denselben Zweck bei üblichen Messern benötigt wird.

Das Messer ist in seinem Querschnitt trapezförmig und hat eine Hinterwand, eine obere Fläche und eine geneigte Fläche, die ihrerseits in einer Schneidkante endet. Dort, wo sich die obere Fläche und die geneigte Fläche schneiden, bilden sie eine Messer-Ausrichtkante.

Der Rotorsitz hat einen Boden und eine Rückwand, die im Sitz eingeformt sind. Das Messer wird auf den Boden so aufgelegt, daß es mit seiner Rückwand gegen die Rückwand des Sitzes anstößt. Ferner hat der Rotorsitz mehrere Gewindelöcher.

Die Klemmvorrichtung weist mehrere Löcher auf. Die Innenwand jedes Loches weist eine abgestufte Fläche auf, die ein erstes, oberes Loch mit einem Durchmesser definiert, der größer ist als der Bolzenkopf, der in dieses Loch hineingelangt sowie ein zweites, unteres, engeres Loch mit einem Durchmesser, der größer ist als der Schaft des Bolzens, der durch dieses Loch hindurchgeht. Die Klemmvorrichtung hat ferner eine Rückwand und einen vorderen Teil; der vordere Teil hat eine geneigte, obere Fläche und eine ebene Bodenfläche, die sich in einer Klemmplatten-Ausrichtkante schneiden.

Die vergrößerten Löcher in der Klemmvorrichtung machen es möglich, daß die Stellung der Klemmvorrichtung jedesmal dann eingestellt werden kann, wenn das Messer in seinem Sitz ist. Wenn das Messer sich in seinem Sitz befindet, dann berührt seine Rückwand die Rückwand des Rotorsitzes. Die Stellung der Rückwand ist konstant oder festgelegt. Um die Klemmvorrichtung, die ihrerseits verschiebbar ist, in bezug auf die Messerkante, die ihrerseits unverschieblich ist, auszurichten, wird eine Meßlehre verwendet. Die Meßlehre, die aus einem einzigen, U-förmigen Teil besteht, bringt die Klemmvorrichtung in bezug auf das Messer in eine solche Stellung, daß die geneigte Fläche des Messers und die geneigte, obere Fläche der einstellbaren Klemmvorrichtung im wesentlichen in derselben Ebene liegen und daß die Messer-Ausrichtkante und die Klemmplatten-Ausrichtkante nahe beieinanderliegen. Dies stellt sicher, daß das Messer von der Klemmplatte die größtmögliche Abstützung erfährt.

Wenn die Schneidkante dem Messers stumpf geworden ist, dann wird das Messer entfernt und nachgeschärft. Das nachgeschärfte Messer wird dann auf dem Boden des Rotorsitzes so angeordnet, daß die Rückwand des Messers an der Rückwand des Rotorsitzes anstößt. Abmessungsmäßig ist das Messer in bezug auf den Abstand seiner Rückwand und der Schneidkante kleiner. Wiederum wird die Meßlehre verwendet und zwar üblicherweise eine Meßlehre an jedem Ende des Messers, und die Klemmplatte wird solange bewegt, bis sie ordnungsgemäß so angeordnet ist, daß die Messer-Ausrichtkante und die Klemmplatten-Ausrichtkante dicht beieinanderliegen. Das bedeutet, daß die Klemmplatte nun in bezug auf das neue Maß des Messers ordnungsgemäß ausgerichtet ist, um eine höchstmögliche Abstützung des Messers zu gewährleisten. Dabei ist es wichtig, die Klemmplatte ausreichend in Richtung auf die Kante des Messers zu verschieben, um eine größtmögliche Abstützung zu erreichen; die Klemmplatte sollte jedoch nicht zu weit nach vorne geschoben werden, damit sie nicht auf das stationäre Messer aufschlägt. Wenn das Messer einmal ordnungsgemäß in Stellung gebracht worden ist, werden die Schrauben angezogen.

Das oben beschriebene Messer und die erwähnte Klemmvorrichtung verbessern die wirtschaftlichen Voraussetzungen zum Erzielen von längeren Standzeiten der Schneidkanten erheblich, vermindern Maschinenstillstandszeiten und Laborkosten aufgrund von weniger häufigen Auswechslungen und verbessern die Qualität des Granulats dadurch, daß der Anteil von Feinteilen vermindert wird.

Anhand der beigefügten Zeichnungen wird nun eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ist eine schematische Seitenansicht eines Granulators, bei dem die Erfindung verwirklicht ist;

Fig. 2 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung des Rotorsitzes, wobei das Messer und die einstellbare Klemmplatte abgenommen sind;

Fig. 3 ist eine schematische Seitenansicht eines neuen Messers, das in seiner Stellung festgelegt ist; und

Fig. 4 ist eine schematische Seitenansicht eines nachgeschärften Messers in seiner Stellung, wobei die Klemmplatte durch Meßlehren an einer ihrer Enden in Stellung gebracht worden ist.

In Fig. 1 ist ein Granulator dargestellt, der allgemein mit 10 bezeichnet ist, und der ein Sieb 12 umfaßt, Klemmvorrichtungen 14 für ein stationäres Messer, wobei jede dieser Klemmvorrichtungen eine Stellschraube 16 und einer Kontermutter 18 aufweist. Die Klemmvorrichtung für das stationäre Messer hat einen Sitz 20.

Im Granulator ist ein Rotor 22 gelagert, der Arme 24 hat. Jeder dieser Arme hat einen Rotorsitz 26 sowie eine Rotorleiste 102. Obwohl der Rotor bei der bevorzugten Ausführungsform mit drei Armen dargestellt ist, kann er auch zwei oder mehr als drei Arme aufweisen. Die Rotorsitze umfassen jeweils eine Rückwand 28 und einen Boden 30.

Gemäß Fig. 2 hat die Rotorleiste 102 mehrere Gewindelöcher 32.

Eine Klemmplatte 40 hat mehrere Löcher 42, die mit den Gewindelöchern 32 dann ausgerichtet sind, wenn die Klemmplatte auf der Rotorleiste verschraubt ist. Die Löcher 42 haben eine abgestufte Fläche 44, wodurch jeweils ein oberes, größeres Loch 46 und ein unteres, kleineres Loch 48 gebildet wird. Die Klemmplatte 40 umfaßt ferner einen hinteren Teil 54, einen vorderen Teil 52 und einen Bodenteil 50. Die Löcher 42 sind im Bodenteil 50 ausgebildet. Der Vorderteil umfaßt eine geneigte, obere Fläche 58, die sich mit einer Klemmplatten-Ausrichtkante 60 schneidet. Die Klemmplatte 40 ist mit Hilfe von Schrauben 62 an der Rotorleiste 102 befestigt, wodurch das Messer sicher gegen den Rotorsitz 26 angedrückt wird. Den Schrauben 62 sind Unterlegscheiben 64 zugeordnet.

Ein Rotormesser 70, das beispielsweise aus einem Werkstoff hergestellt ist, der die Bezeichnung CPM-10V trägt und im Querschnitt trapezförmige ist, hat eine vordere Schneidkante 72, eine geneigte Fläche 74, eine Rückwand 76 und eine obere Fläche 78. Die Flächen 74 und 78 schneiden sich in einer Messer-Ausrichtkante 80. Im montierten Zustand stößt die Rückwand 76 an der Rückwand 28 an.

Gemäß Fig. 3 wird ein neues Rotormesser 70 im Rotorsitz 26 so angeordnet, daß seine Rückwand 76 an der Rückwand 28 des Rotorsitzes 26 anstößt. Die Schrauben 62 gehen durch die Klemmplatte 40 hindurch und befestigen diese verschiebbar am Rotorsitz und befestigen dabei gleichzeitig das Rotormesser 70 am Rotorsitz 26. Meßlehren 90, von denen nur eine dargestellt ist, haben jeweils einen Vorderanschlag 90 und einer Hinteranschlag 94. Die vorderen Anschläge 92 der Meßlehren 90 kommen mit der Schneidkante am Ende des Rotormessers 70 in Eingriff. Die hinteren Anschläge 94 sind von der Rückwand 54 der Klemmplatte 20 entfernt. Danach wird von Hand auf die Klemmplatte 40 eine Kraft aufgebracht, um sie so weit nach hinten zu bewegen, daß sie mit den hinteren Anschlägen 94 in Eingriff kommt. Die aufgebrachte Kraft wird dann über die Klemmplatte 40 auf das Rotormesser 70 übertragen, wodurch dieses fest an die Rückwand 28 angelegt wird. Wenn dies geschehen ist, dann werden die Schrauben 62 angezogen, wodurch die Klemmplatte 40 und das Rotormesser 70 am Rotorarm 24 festgelegt sind. In dieser festgelegten Stellung liegt die geneigte Fläche 58 der Klemmplatte 40 in einer Ebene, die mit der Ebene der geneigten Fläche 74 des Rotormessers 70 zusammenfällt. Die Klemmplatten-Ausrichtkante 60 ist der Messerausrichtkante 80 benachbart. Die Meßlehren 90 stellen sicher, daß diese Beziehung erreicht wird und daß für das Messer eine größtmögliche Abstützung erzielt wird.

Wenn das Messer gemäß Fig. 4 nachgeschärft und ersetzt worden ist, dann ist die Klemmplatte 40 belöst. Das nachgeschärfte Rotormesser 100 hat eine Abmessung, die von derjenigen des Rotormessers 70 abweicht. Die Meßlehren 90 werden dazu benutzt, um die Klemmplatte wieder in ihre Stellung zu bringen und dabei sicherzustellen, daß die ordnungsgemäße Beziehung zwischen der Klemmplatte 40 und dem Messer 100 beibehalten wird.

Bei einem Vergleich der Fig. 3 und 4 ergibt sich, daß in Fig. 4 die Klemmplatte 40 weiter innen liegt (weiter nach links in den Zeichnungen) als in Fig. 3. Die Durchmesser der Löcher 46 und 48 ermöglichen diese Stellungsveränderung. Die Beziehung der Ausrichtkanten zueinander verändert sich jedoch nicht, da die Meßlehren sicherstellen, daß diese Beziehung konstant bleibt.

Die obige Beschreibung ist auf eine bestimmte Ausführungsform der Erfindung gerichtet worden. Es ist jedoch klar, daß bei der Erfindung Veränderungen und Abweichungen durchgeführt werden können, wobei einige oder alle Vorteile nach der Erfindung erzielt werden können. Aus diesem Grunde sollen die beigefügten Ansprüche alle solche Veränderungen und Abweichungen so abdecken, daß sie in den Geist und den Schutzumfang der Erfindung fallen.

Claims (3)

1. Granulator (10), der einen Rotormessersitz (26) hat, der seinerseits mehrere Gewindelöcher (32) und zum Befestigen eines Messers (70, 100) am Rotorsitz (26) eine Klemmplatte (40) hat, gekennzeichnet durch

• - einen im Rotorsitz (26) ausgebildeten Boden (30), der sich von der Außenseite des Rotors (22) aus nach innen erstreckt und in einer festen Rückwand (28) endet;
• - ein im Querschnitt trapezförmiges Messer (70, 100), das eine Rückwand (76) hat und auf dem Boden (30) des Rotorsitzes (26) gelagert ist, wobei die Rückwand (76) des Messers (70, 100) an der Rückwand (28) des Rotorsitzes (26) anschlägt und wobei das Messer eine obere Fläche (78) und eine vordere, geneigte Fläche (74) hat, die ihrerseits an einem Ende in einer Schneidkante (72) endet und mit ihrem anderen Ende die obere Fläche (78) schneidet und an der gemeinsamen Kante mit dieser oberen Fläche (78) eine Messer-Ausrichtkante (80) bildet;
• - eine einstellbare Klemmplatte (40), die ihrerseits mehrere Durchgangs-Bolzenlöcher (42) hat, von denen jedes eine abgestufte Fläche (44) aufweist, wobei die abgestuften Flächen obere, größere Löcher (46) bilden, die einen größeren Durchmesser haben als die Köpfe der Schrauben (62), die durch die Klemmplatte (40) hindurchgesteckt werden und ferner untere, kleinere Löcher (48), die im Durchmesser größer sind als die Schäfte der Schrauben (62), die durch sie hindurchgesteckt werden, wobei ferner die Klemmplatte (40) einen Vorderteil (52) hat, der eine obere, geneigte Fläche (58) umfaßt sowie eine untere, ebene Fläche (50), die ihrerseits mit der oberen Fläche (56) des Messers (70, 100) im Eingriff ist, wobei die vordere, geneigte Fläche (58) zusammen mit der unteren, ebenen Fläche (50) eine Klemmplatten-Ausrichtkante (60) bildet; und
• - mehrere Schrauben (62), die so ausgelegt sind, daß sie durch die Löcher (42) in der Klemmplatte (40) hindurchreichen, um diese auf dem Rotorsitz (26) so festzulegen, daß die geneigte Fläche (58) der Klemmplatte (40) und die geneigte Fläche (74) des Messers (70, 100) im wesentlichen in derselben Ebene liegen und daß die Ausrichtkante (80) des Messers (70, 100) und die Ausrichtkante (60) der Klemmplatte (40) einander im wesentlichen benachbart sind, um für das festgeklemmte Messer (70, 100) eine größtmögliche Abstützung zu bieten.

2. Granulator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Vorrichtungen (90), um die Stellung der Klemmplatte (40) in bezug auf den Rotorsitz (26) einstellen zu können.

3. Granulator nach Anspruch 2, wobei die Einstellvorrichtungen eine Meßlehre (90) umfassen.