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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zur Zerkleinerung von schneidbaren Materialien,
insbesondere von Garten- oder Industrieabfällen, mit einem Schneidwerk
und einem Antriebsmotor für
das Schneidwerk.
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Eine Vorrichtung der eingangs genannten
Art ist beispielsweise aus der
DE 32 17 433 A1 bekannt. Die bekannte Vorrichtung
zur Zerkleinerung von schneidbaren Materialien ist als Abfallzerkleinerungsgerät mit einem
auf einem Gestell montierten Gehäuse
mit Trichter und einem Antriebsmotor bekannt. Der Antriebsmotor
treibt ein Schneidwerk mit um eine Achse drehbaren Messern auf.
Neben der aus der
DE
32 17 433 A1 bekannten Vorrichtung zur Zerkleinerung von
schneidbaren Materialien sind aus der Praxis eine Vielzahl ähnlicher
Vorrichtungen in unterschiedlichen Größen und Ausführungsformen bekannt.
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Die bekannten Vorrichtungen zur Zerkleinerung
von schneidbaren Materialien werden häufig zum Zerkleinern von Gartenabfällen verwendet.
Dabei sind meistens abgeschnittene Baumäste zu zerkleinern, die unterschiedliche
Durchmesser aufweisen können.
Im Rahmen der bekannten Vorrichtungen wird diesbezüglich häufig der
je Vorrichtung maximal durchtrennbare Astdurchmesser angegeben. Versucht
man, Äste
mit größerem Durchmesser
zu zerkleinern, verklemmt und/oder verstopft die Vorrichtung häufig und
bleibt dabei der Antriebsmotor im Überlastzustand stehen. Dabei
ist die Stromaufnahme meistens maximal, was einen unnötigen Energieverbrauch
mit sich bringt. Zur Beseitigung derartiger Verklemmungen und/oder
Verstopfungen oder Überlastzuständen müssen die
bekannten Vorrichtungen nicht selten geöffnet, gereinigt und wieder
verschlossen werden. Ein derartiger Vorgang ist nicht nur zeitaufwendig,
sondern auch aus sicherheitstechnischen Gründen gefährlich, da bei Verklemmungen
und/oder Verstopfungen ein Hineingreifen in die Vorrichtung angeregt
wird. Neben dem unbefriedigenden und ungenügenden Schneidverhalten können üble Verletzungen
des Benutzers auftreten.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Zerkleinerung von
schneidbaren Materialien der eingangs genannten Art anzugeben, bei
der ein besonders effizientes Schneidverhalten mit konstruktiv einfachen Mitteln
realisiert ist.
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Erfindungsgemäß ist die voranstehende Aufgabe
durch eine Vorrichtung zur Zerkleinerung von schneidbaren Materialien
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist die Vorrichtung derart
ausgestaltet und weitergebildet, dass dem Antriebsmotor eine elektronische
Regelung zur Maximierung und/oder Konstanthaltung des Drehmoments
des Schneidwerks zugeordnet ist.
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In erfindungsgemäßer Weise ist zunächst erkannt
worden, dass eine elektronische Regelung des Antriebsmotors und
damit des Schneidwerks die obige Aufgabe auf überraschend einfache Weise
löst. Hierzu
ist die elektronische Regelung derart ausgebildet, dass sie eine
Maximierung und/oder Konstanthaltung des Drehmoments des Schneidwerks
bewirkt. Mit anderen Worten ist die elektronische Regelung derart
ausgebildet, dass immer dahingehend geregelt wird, dass das in Abhängigkeit
von den übrigen
Betriebsparametern maximale Drehmoment angestrebt wird. Hierdurch
ist quasi auch eine Konstanthaltung des Drehmoments – nämlich bei
dem maximalen Drehmomentwert – realisiert.
Der alternative oder zusätzliche
Aspekt der Erfindung im Hinblick auf eine Konstanthaltung des Drehmoments
ermöglicht eine
Konstanthaltung des Drehmoments auf beispielsweise einem vorgebbaren
Drehmomentwert. Durch diese Form der Regelung ist es möglich, die Vorrichtung
derart zu betreiben, dass quasi zu jedem Betriebszeitpunkt der maximale
oder gewünschte Drehmomentwert
zur Verfügung
steht. Hierdurch ist ein optimiertes Zerkleinern und Schneiden des
jeweiligen Materials gewährleistet,
wobei ein Verklemmen und/oder Verstopfen der Vorrichtung auch bei
groß dimensioniertem
zu schneidendem Material wesentlich seltener als bei bislang bekannten
Vorrichtungen der eingangs genannten Art auftritt. Folglich besteht auch
erheblich seltener die Gefahr, dass die Vorrichtung durch den Benutzer
geöffnet
und in die Vorrichtung durch den Benutzer hineingegriffen wird.
Hierdurch ist letztendlich die Verletzungsgefahr bezüglich der
Vorrichtung erheblich reduziert.
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Folglich ist mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Zerkleinerung von schneidbaren Materialien eine Vorrichtung
angegeben, bei der ein besonders effizientes Schneidverhalten mit
konstruktiv einfachen Mitteln realisiert ist.
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Im Konkreten könnte eine Drehzahl des Schneidwerks
vorzugsweise stufenlos vorgebbar sein. Hierdurch kann eine Anpassung
an das zu schneidende Material vor genommen werden. Beispielsweise
ist es günstig,
Styroporabfälle
mit niedrigerer Drehzahl als beispielsweise Gartenabfälle zu zerkleinern.
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Dabei könnte die Vorgabe der Drehzahl
des Schneidwerks über
die Vorgabe einer Drehzahl des Antriebsmotors realisierbar sein.
Die Vorgabe der Drehzahl des Antriebsmotors könnte wiederum über die
Vorgabe einer Frequenz realisierbar sein. In jedem Fall könnte die
Drehzahl des Antriebsmotors und/oder die Drehzahl des Schneidwerkzeugs – vorzugsweise
stufenlos – elektronisch
regelbar sein. Diesbezüglich
könnte
die Drehzahlregelung über
den Motorstrom – vorzugsweise über eine
Vektorregelung – realisierbar
sein. Hierdurch ist insgesamt eine große Vielfalt hinsichtlich des
Einsatzes der Vorrichtung gewährleistet.
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Bei einer besonders einfach ausgestalteten Vorrichtung
könnte
die Drehzahlvorgabe über
einen Potentiometer durchführbar
sein. Hierbei sind jedoch auch andere Regler denkbar.
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Im Hinblick auf ein sicheres Erreichen
einer vorgegebenen Solldrehzahl könnte die Drehzahl elektronisch über eine
Rampe erhöhbar
sein. Hierdurch ist eine besonders komfortable Vorrichtung realisiert.
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Ebenfalls im Hinblick auf eine komfortable Ausgestaltung
der Vorrichtung könnte
ein Abbremsen des Antriebsmotors elektronisch über eine Rampe durchführbar sein.
Vorzugsweise könnte
sowohl das Erhöhen
als auch das Reduzieren der Drehzahl elektronisch über eine
Rampe erfolgen.
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Im Hinblick auf eine besonders sichere
Regelfunktion könnte
die Regelung eine Überlasterkennung
hinsichtlich der Schnittlast aufweisen. Sobald eine Überlastsituation
entsteht, greift die Regelung ein. Im Konkreten könnte die
Regelung eine Überlastregelung
zur Regelung von Schnittlastveränderungen
aufweisen.
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Im Hinblick auf die Beseitigung von
Verklemmungs- und/oder Verstopfungs- oder Überlastsituationen könnte die
Regelung derart ausgebildet sein, dass die Drehrichtung des Schneidwerks
oder des Antriebsmotors bei Erkennen einer Überlast von einer ursprünglichen
Drehrichtung in eine Umkehrrichtung umgekehrt wird. Hierdurch kann
häufig
eine nicht all zu stark ausgeprägte
Verklemmung und/oder Verstopfung beseitigt werden. Im Anschluss
an ein gegebenenfalls kurzfristiges Drehen in eine Umkehrrichtung
könnte
wieder ein Umkehren in die ursprüngliche
Drehrichtung und meist bevorzugte Schneidrichtung erfolgen.
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Im Hinblick auf die Beseitigung von
besonders hartnäckigen
Verklemmungen und/oder Verstopfungen könnte die Regelung derart ausgebildet sein,
dass die Drehrichtung des Schneidwerks oder des Antriebsmotors bis
zur Beseitigung der Überlast oder
bis zum Erreichen eines vorgebbaren Sollzustands immer wieder von
der ursprünglichen
Drehrichtung in die Umkehrrichtung – und zurück – umgekehrt wird. Der Sollzustand
könnte
hierbei durch ein vorgebbares Drehmoment oder eine vorgebbare Drehzahl
definierbar sein. Das Wechseln zwischen den beiden Drehrichtungen
könnte
in einem Zeitraum vollzogen werden, der weniger als eine Sekunde
andauert. Verklemmendes und/oder verstopfendes Schneidgut wird dadurch
quasi losgerüttelt.
Ein Öffnen
der Vorrichtung und ein Hineingreifen in die Vorrichtung zur Beseitigung
einer Verklemmung und/oder Verstopfung ist dabei nur noch in Ausnahmefällen erforderlich.
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Im Hinblick auf eine besonders einfache
Ausgestaltung der Regelung könnte
die Regelung einen vorzugsweise statischen Umrichter für die Frequenz aufweisen.
Derartige Umrichter sind in unterschiedlichen Ausgestaltungen kommerziell
erhältlich.
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Der Antriebsmotor könnte ein
Elektromotor sein, wobei der Anlaufstrom im Hinblick auf einen besonders
komfortablen Betrieb begrenzbar sein könnte.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung könnte die
Stromaufnahme oder Leistungsaufnahme durch den Antriebsmotor im
Hinblick auf einen wirtschaftlichen Einsatz der benötigten Energie
lastabhängig
regelbar sein. Dabei wird letztendlich nur so viel Leistung aufgenommen,
wie es für
den gewünschten
Zerkleinerungsvorgang erforderlich ist.
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Je nach Einsatz der Vorrichtung könnte die Regelung
zum Betrieb mit Wechsel- und/oder
Drehstrom ausgebildet sein. Hier hat der Anwender freie Wahl.
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Hinsichtlich eines besonders sicheren
Betriebs auch in feuchter Umgebung könnten zumindest Teile der elektronischen
Regelung oder der gesamten Elektronik in einem spritzwassergeschützten Gehäuse angeordnet
sein. Je nach Erfordernis ist hier ein geeigneter Schutz realisierbar.
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Die elektronische Regelung könnte in
besonders praktischer Weise im Sinne eines Zubehörteils ausgebildet sein, das
an bekannte Vorrichtungen zur Zerkleinerung von schneidbaren Materialien
anflanschbar oder ankoppelbar ist. Diesbezüglich könnte die elektronische Regelung
in einem Schaltkasten untergebracht werden, der an den Motor ankoppelbar
ist.
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Aufgrund der erfindungsgemäßen elektronischen
Regelung kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
mit im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen besonders niedrigen
Drehzahlen betrieben werden, ohne dass ein Schnittleistungsverlust
einhergeht. Genauer gesagt wird die volle Leistung des Motors aufgrund
der Maximierung und/oder Konstanthaltung des Drehmoments nutzbar
gemacht.
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Aufgrund der möglichen Reduktion der Drehzahl
des Motors arbeitet die erfindungsgemäße Vorrichtung erheblich leiser
als bisher bekannte Vorrichtungen. Dabei wird in einfachen Worten
gesagt die Last über
die Drehzahl geregelt und über
die Last dann automatisch das Drehmoment. Die Effizienz oder Schnittleistung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist etwa 2 bis 3 mal höher
als bei herkömmlichen Vorrichtungen,
wobei die Stromaufnahme des Geräts sich
auf die für
den jeweiligen Schnittvorgang erforderliche Stromaufnahme einstellen
kann. Das Drehmoment kann bei jeder Drehzahl auf dem maximalen Wert
verbleiben, wobei Abweichungen von der Nenndrehzahl elektronisch
nachgeregelt werden. Eine Überlasterkennung
kann den Antrieb abbremsen und in der umgekehrten Drehrichtung drehen.
Dies kann so oft wiederholt werden, bis der Überlastzustand nicht mehr besteht
bzw. bis die Elektronik keine Störung
mehr meldet.
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Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten,
die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten
und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch
1 nachgeordneten Ansprüche,
andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der
Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der
Erläuterung
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen
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1 in
einer perspektivischen Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung
zur Zerkleinerung von schneidbaren Materialien und
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2 ein
Messdiagramm, wobei die Arbeitsfrequenz und die Auslastung der Vorrichtung
in Abhängigkeit
von der Zeit aufgetragen sind.
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1 zeigt
in einer perspektivischen Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Zerkleinerung von schneidbaren Materialien. Die Vorrichtung
weist ein Schneidwerk 1 und einen Antriebsmotor 2 für das Schneidwerk 1 auf.
Im Hinblick auf ein besonders effizientes Schneidverhalten ist dem
Antriebsmotor 2 eine elektronische Regelung zur Maximierung
und/oder Konstanthaltung des Drehmoments des Schneidwerks 1 zugeordnet.
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Die Vorrichtung weist des Weiteren
einen trichterförmigen
Einfüllstutzen 3 zum
Einbringen des zu schneidenden Materials auf. Des Weiteren weist die
Vorrichtung einen Austrittsbereich 4 für das zerkleinerte Material
auf.
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2 zeigt
ein Messdiagramm, bei dem einerseits die Auslastung und andererseits
die Arbeitsdrehzahl – ausgedrückt durch
die vorgegebene Frequenz von 100 Hz – in Abhängigkeit von der Zeit aufgetragen
ist. Die Auslastung ist bis ca. 200% auf der vertikalen Achse im
oberen Bereich des Diagramms dargestellt. Die Frequenz ist im unteren
Bereich der vertikalen Achse bis etwa 100 Hz dargestellt. Die horizontale
Achse zeigt den zeitlichen Verlauf, wobei eine Einheit etwa 0,8
s entspricht.
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Das gesamte Diagramm zeigt den Drehmoment-
bzw. Auslastungsverlauf sowie den Frequenz- bzw. Umdrehungszahlverlauf
während
einer Überlastsituation,
die durch ein Verklemmen und/oder Verstopfen des Schneidwerks mit
beispielsweise einem zu großen
zu zerkleinernden Ast erzeugt ist. Dabei liegt im linken Bereich
des Diagramms zunächst ein
normaler Betriebszustand vor, bei dem die Frequenz etwa 100 Hz beträgt. Dann
entsteht ein Verklemmungs- und/oder Verstopfungszustand, bei dem die
Auslastung auf 180% ansteigt. Dabei bremst der Antriebsmotor ab
und bewirkt eine kurzfristige Drehrichtungsumkehr beim Schneidwerk.
Daraufhin versucht der Antriebsmotor wieder den Sollzustand mit der
ursprünglichen
Drehrichtung herzustellen. Hierbei entsteht jedoch sofort wieder
ein Überlastzustand.
Dieser Umkehrvorgang findet ca. fünfmal statt, bis gemäß dem rechten
Bereich des Diagramms erkennbar ist, dass sich die Frequenz wieder
konstant bei 100 Hz einstellt. Die Vorrichtung bewirkt also quasi
automatisch eine Beseitigung eines Überlast- oder Verklemmungs-
und/oder Verstopfungszustands, wobei mehrfach die Drehrichtung des
Schneidwerks gewechselt wird.
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Zur Realisierung dieses Vorgangs
weist die Regelung einen vorzugsweise statischen Umrichter für die Frequenz
auf. Im Ergebnis kann mit der Vorrichtung eine optimale Ausnutzung
des vorhandenen Drehmoments erreicht werden.
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Die beschriebene Vorrichtung behebt
Verklemmungen und/oder Verstopfungen mittels einer elektronischen
Regelung, die einen Überlastzustand erkennt
und vermeidet. Hierbei wird eine gebenenfalls mehrfache Drehrichtungsumkehr
durchgeführt.
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In weiter vorteilhafter Weise läuft die
Vorrichtung erst gar nicht an, wenn sich noch Teile im Schnittraum
bzw. Schneidwerk befinden. Hier greift dann wieder eine Drehrichtungsumkehr
ein. Das Drehmoment und die Schnittkraft werden bei jeder eingestellten
Drehzahl auf das jeweilige Maximum geregelt. Dies ergibt einen optimalen
Schnittverlauf bei jeder Belastung. Unterschiedliche Materialien
werden optimal zerkleinert.
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Die Vorrichtung weist eine stufenlose
Drehzahlregelung auf, welche die Einstellung einer bevorzugten Drehzahl
für jedes
Zerkleinerungsgut ermöglicht.
So können
unterschiedliche Materialien wie Styropor, Hart- und Weichholz oder
Astholz, Nadelgehölze
und Gartenabfälle
optimiert zerkleinert werden. Die Stromaufnahme erfolgt dabei lastabhängig, so dass
die Vorrichtung energieverbrauchsoptimiert arbeitet. Hierdurch können Energiekosteneinsparungen
erzielt werden.
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Des Weiteren wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
durch die hohe Schnittleistung bei kleiner Drehzahl die Geräuschemission
stark vermindert. Weiterhin schont ein geregelter Sanftanlauf die Vorrichtung
und vermindert die Geräuschemission. Diese
Wirkung wird ebenfalls beim Abbremsvorgang erreicht.
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Hinsichtlich weiterer vorteilhafter
Ausgestaltungen und Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre
wird zur Vermeidung von Wiederholungen einerseits auf den allgemeinen
Teil der Beschreibung und andererseits auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen.
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Abschließend sei ganz besonders hervorgehoben,
dass das zuvor rein willkürlich
gewählte
Ausführungsbeispiel
lediglich zur Erörterung
der erfindungsgemäßen Lehre
dient, diese jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel einschränkt.