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Die
Erfindung betrifft ein Zerkleinerungswerk gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Derartige
Zerkleinerungswerke sind in unterschiedlicher Ausführung auf
dem Markt. Je nach dem, ob sie zur Zerkleinerung gröberer oder
feinerer Güter
bestimmt sind, arbeiten sie mit einem kleinerem oder größerem Anteil
an Fräswirkung,
Brechwirkung und Schneidwirkung.
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Dabei
sind einerseits Rotoren bekannt, die eine Oberflächenkonturierung aufweisen,
um zu hohe Reibungsverluste zwischen Zerkleinerungsgut und Außenfläche des
Rotorkerns zu vermeiden. Ein Beispiel hierfür ist die
DE 89 15 534 U1 .
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Ähnliche
Rotoren sind auch mit glattem Rotorkern bekannt (
DE 38 07 983 A1 ).
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Derartige
glatte Rotorkerne sind akzeptabel, wenn das Zerkleinerungsgut aufgrund
seiner Kontur nur zu geringen Kontaktflächen zur Rotoroberfläche befähigt ist.
Dies ist bei großen
Stücken
wie Balken, Bohlen usw. der Fall.
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Während man
bei großen
zu zerkleinernden Stücken
darauf vertrauen kann, daß ein
Teil der für das
Schneiden notwendigen Reaktionskraft über das zu zerkleinernde Gut
selbst bereitgestellt werden kann, gilt dies z.B. nicht für solche
Zerkleinerungsmaschinen, die der Nachzerkleinerung dienen, also schon
mit vorzerkleinertem Gut beschickt werden, welches schon verhältnismäßig kleine
Abmessungen aufweist. In solchen Zerkleinerungsmaschinen ist man
auch in verstärktem
Maß auf
das Schneidprinzip angewiesen.
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Durch
die vorliegende Erfindung soll daher ein Zerkleinerungswerk geschaffen
werden, welches einen großen
Teil der Zerkleinerungsarbeit durch Schneiden bewerkstelligt und über lange
Zeit hinweg störungsfrei
arbeitet.
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch
ein Zerkleinerungswerk mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Zerkleinerungswerk
fahren die bewegten Schneidkanten unter kleinem Schneidwinkel über das
Gegenmesser hinweg, wobei der Überkreuzungspunkt
der Schneiden in axialer Richtung wandert. Da die Schneiden zwei Schneidenabschnitte
aufweisen, die in entgegengesetzter Richtung geneigt sind, wird
nicht Material beim Schneiden zum einen axialen Ende des Rotors bewegt.
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Sowie
das Material die Knickstelle zwischen den beiden Schneidenabschnitten überschritten
hat, ändert
sich die axiale Reaktionskraft, und das Material wird in die entgegengesetzte
Richtung bewegt.
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Dadurch,
daß die
in Umfangsrichtung liegenden Zwischenräume zwischen den aufeinanderfolgenden
Messerleisten durch eine Verschleißschicht abgedeckt sind, ist
der Rotorkern gegen Materialabtrag geschützt, welcher sich durch eine
insgesamt große
Flächenanteile
bedeckende Schicht aus zu zerkleinerndem Material ergeben würde.
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Die
Verschleißschicht
kann in ihrem Material unabhängig
von den an das Material des Rotorkerns zu stellenden Anforderungen
gewählt
werden. Man erhält
so einen geringeren Materialabtrag an der Verschleißschicht.
Darüber
hinaus kann die Verschleißschicht
im Bedarfsfall preisgünstiger
erneuert werden als der Rotorkern.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
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Die
Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch
2 gestattet es, auch einen komplizierter konturierten Rotorkern
an der Oberfläche
bis nahe an die Messerleiste mit Verschleißmaterial zu beschichten. Dies
kann unter Verwendung automatisch arbeitender Schweißroboter
unter numerischer Steuerung der Schweißkopfbewegung erfolgen.
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Ein
Zerkleinerungswerk, wie es im Anspruch 3 angegeben ist, läßt sich
auch in kleinerer Serie preisgünstig
herstellen.
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Die
Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch
5 ist im Hinblick auf eine besonders sichere Befestigung der Belagsegmente,
welche die Verschleißschicht
bilden, vorteilhaft, da so die Herstellung der Segmentteile, die
in der Regel auf teilzylindrische Form gebogen werden müssen, erleichtert
ist.
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Die
Unterteilung der Belagsegmente in axiale Segmentteile kann man gemäß Anspruch
5 auch dazu nutzen, eine mechanisch besonders belastbare Verbindung
der Belagsegmente an der Rotorkernoberfläche zu erhalten, da man an
der Stoßstelle
zwischen Segmentteilen jeweils eine zusätzliche Schweißnaht vorsehen
kann.
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Gemäß Anspruch
6 kann man auch die Ränder
der Belagsegmente durch eine Schweißnaht mit dem Rotorkern verbinden.
Derartige Schweißnähte lassen
sich einfach herstellen, haben eine hohe Belastbarkeit und verschließen die
Stoßstelle
zwischen Rotorkern und Belagsegment, so daß hier keine harten Gegenstände spaltend
eintreten können.
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Das
Anbringen der Belagsegmente auf dem Rotorkern durch Schweißen hat
auch den Vorteil, daß man
durch Auftrennen der Schweißnaht
verschlissene Verschleißbleche
einfach entfernen kann. Das Neubelegen eines Rotors mit Verschleißmaterial läßt sich
somit einfacher durchführen
als im Fall einer in situ aufgetragenen Verschleißschicht,
die zum Ersatz vollständig
abgeschliffen werden muß.
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Anstellwinkel
der Abschnitte der Messerleiste, wie sie im Anspruch 7 angegeben
sind, haben sich zur Nachzerkleinerung von Material als besonders
günstig
erwiesen.
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Bei
einem Zerkleineurngswerk gemäß Anspruch
8 hat man für
die beiden Abschnitte des Messerleisten betragsmäßig gleiche Schneidgeometrie.
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Mit
der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 9 wird erreicht,
daß die
axiale Nettokraft, die von aufeinanderfolgenden Messerleisten auf
das Zerkleinerungsgut ausgeübt
werden, im wesentlichen null ist.
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Mit
der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 10 wird erreicht,
daß das
Zerkleinerungsgut pendelnd um die axiale Mitte des Rotors bewegt wird,
bis es durch den Schneidspalt, der durch Rotor und Gegenmesser gebildet
ist, hindurchtritt.
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Nachstehend
wird die Erfindung anhand eines Ausfühungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher
erläutert.
In dieser zeigen:
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1 Eine
schematische perspektivische Ansicht eines Zerkleinerungswerks;
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2 Eine
schematische Abwicklung der Mantelfläche des mit Verschleißblechsegmenten
belegten Rotorkerns des in 1 gezeigten
Zerkleinerungswerks; und
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3 Eine
Darstellung verschiedener Segmentteile, aus denen sich die in 2 gezeigte
Verschleißschicht
des Rotors herstellen läßt.
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1 zeigt
schematisch eine perspektivische Ansicht eines Zerkleinerungswerks,
welches in Verbindung mit Zerkleinerungsgut verwendet wird, welches
schon einigermaßen
homogen ist. Es kann sich hierbei um Zerkleinerungsmaterial handeln,
welches das Ergebnis einer Vorzerkleinerung ist.
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Das
Zerkleinerungswerk umfaßt
einen Rotor 10, der in einem nicht gezeigten Maschinenrahmen gelagert
ist und durch einen nicht dargestellten Antriebsmotor in Richtung
eines Pfeils 12 in Drehung versetzt wird.
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Der
Rotor 10 arbeitet mit einem Gegenmesser 14 zusammen,
welches von dem nicht dargestellten Maschinenrahmen feststehend
getragen ist. Die Achse des Gegenmessers 14 läuft parallel
zur Achse des Rotors 10, derart, daß zwischen Rotor 10 und Gegenmesser 14 ein
Schneidspalt 16 erhalten wird.
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Der
Rotor 10 umfaßt
einen zylindrischen Rotorkern 18, an dessen Stirnflächen zwei
topfförmige Vertiefungen 20 vorgesehen
sind, welche Befestigungsflansche 22 von Stummelwellen 24 lösbar fest aufnehmen.
Letztere laufen in Lagern, die vom Maschinenrahmen getragen sind.
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Der
Rotorkern 18 ist mit facettenähnlichen Abflachungen 26 versehen,
die gleichen radialen Abstand von der Rotor achse aufweisen, in Umfangsrichtung
jedoch gleichförmig
gegeneinander versetzt sind, wie aus der Zeichnung ersichtlich.
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Auf
den Abflachungen 26 ist jeweils ein Messerträger 28 angeordnet.
Dieser ist über
nicht dargestellte Stifte drehschlüssig mit dem Rotorkern 18 verbunden
und zusätzlich
jeweils über
eine Schraube 30 in radialer Richtung auf dem Rotorkern 18 gehalten.
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Die
Messerträger 28 haben
jeweils eine in Drehrichtung des Rotors 10 vorne liegende
Stirnfläche 32,
an welcher die Rückseite
eines vom Messerträger 28 gehaltenen
Messers 34 flächig
anliegt. Die Messer 34 sind jeweils über Schrauben 36 mit
dem zugehörigen
Messerträger 28 verbunden.
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Die
gesamte Anordnung ist so getroffen, daß die Messer 34 zusammen
eine Messerleiste 38 bilden, die zwei gerade Messerleistenabschnitte 40, 42 aufweist.
Die Messerleistenabschnitte 40, 42 sind unter
entgegengesetzt gleich großem
Winkel w gegen eine Mantellinie M des Rotorkerns 18 angestellt.
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Die
Messerleiste 38 hat somit die Gestalt eines V mit großem Öffnungswinkel.
In der Praxis kann dieser Winkel etwa 160 bis 170°, vorzugsweise
etwa 165° betragen.
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Die
beiden Messerleistenabschnitte 40, 42 haben unterschiedliche
axiale Abmessungen, so daß die
Spitze einer Messerleiste 38 außerhalb der axialen Mitte des
Rotors 10 liegt.
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Um
den Umfang des Rotorkerns 18 herum sind fünf Messerleisten 38 gleich
verteilt vorgesehen, die im wesentlichen gleichen Aufbau aufweisen,
bei denen jedoch die Spitze des v abwechselnd um den gleichen Betrag
zur einen bzw. anderen Seite der transversalen Mittelebene des Rotorkerns 18 versetzt
ist.
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In
den zwischen den aufeinanderfolgenden Messerleisten 38 liegenden
Umfangsbereichen des Rotorkerns 18 ist eine insgesamt mit 44 bezeichnete Verschleißschicht
vorgesehen. Bei deren nachstehender genauerer Beschreibung wird
zusätzlich
auf die 2 und 3 Bezug
genommen.
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Die
Verschleißschicht 44 besteht
aus fünf
in Umfangsrichtung verteilten Verschleißbelagteilen 48-1, 48-2, 48-3, 48-4 und 48-5.
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Diese
sind jeweils einzeln mit ihren Rändern auf
der Außenseite
des Rotorkerns 18 angeschweißt. Die entsprechenden Schweißraupen
sind in 2 bei 50 angedeutet.
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Jedes
der Verschleißbelagteile 48 besteht aus
zwei Segmentteilen, zwischen denen ein Zwischenraum 52 von
in der Praxis etwa 5 mm bis 8 mm verbleibt, in welchem jeweils eine
weitere Schweißraupe 54 vorgesehen
ist, welche die einander benachbarten Enden der Segmentteile mit
der Rotorkernaußenfläche verbinden.
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In 2 erkennt
man bei 56 die V-förmigen Unterbrechungen
der Verschleißschicht 44,
in welcher die Messerleisten 38 angeordnet sind, die in 2 der
besseren Übersichtlichkeit
halber ebenso weggelassen sind wie die Abflachungen 26 des
Rotorkerns 18, auf denen sie sitzen.
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Man
erkennt, daß man
die Verschleißschicht 44 bei
der oben beschriebenen Geometrie aus insgesamt vier unterschiedlichen
Randkonturen aufbauen kann, die in der Zeichnung mit A, B, C, und
D bezeichnet sind. Spiegelbilder mit gleicher Randkontur jedoch
unterschiedlicher Krümmung
sind zusätzlich mit
einem Beistrich versehen.
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Die
Segmentteile sind aus einem hoch verschleißfestem Blechmaterial hergestellt,
wie es unter der Handelsbezeichnung Hardox (R) vertrieben wird. Derartige
hoch feste Verschleißbleche
sind mit Brinell-Härten
von 400 und 500 im Handel erhältlich.
Die Dicke derartiger Verschleißbleche
kann im Bereich von einigen Millimetern liegen. Für die Zwecke
der vorliegenden Erfindung eignen sich Verschleißbleche mit einer Dicke von
etwa 5 mm bis 7 mm, vorzugsweise etwa 6 mm besonders gut.
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Die
Segmentteile werden mit einer numerisch gesteuerten Schneidanlage
(Laser- oder Trennschweiß-Schneidkopf)
aus einem planen Rohling mit der gewünschten Randkontur ausgeschnitten
und werden anschließend
in eine Biegeform eingelegt, in welcher die Segmentteile zu solcher
teilzylindrischer Gestalt gebogen werden, daß sie in flächigem Kontakt auf die Außenseite
des Rotorkerns 18 aufgesetzt werden können. Dort werden sie in der
gewünschten Lage
durch die Schweißraupen 50 und 52 fixiert,
wie obenstehend beschrieben.
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In
der abgewickelten Darstellung von 2 ist durch
eine gestrichelte Linie 58 die Abwicklung der Mantelfläche des
Rotorkerns 18 angedeutet.
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Das
Gegenmesser 14 ist in der Praxis aus mehreren nebeneinandergesetzten
Messersegmenten 60 aufgebaut, die einzeln am Maschinenrahmen festgeschraubt
sind, wie bei 61 angedeutet, und bei Beschädigung oder
Abnützung
einzeln nachgearbeitet bzw. ausgetauscht werden können.
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Die
in 1 obere nach hinten weisende Längskante des Gegenmessers 14 bildet
eine feststehende Schneidkante 62, die mit der durch die äußere in
Drehrichtung vorne liegende Kante der Messerleiste 38 gebildeten
umlaufenden Schneidkante 64 nach Art einer Schere zusammenarbeitet.
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Bei
der in 1 gezeigten Winkelstellung des Rotors 10 ist
gerade das am weitesten links gelegene Ende der Schneidkante 64 in
Gegenüberstellung
zum links gelegenen Ende der Schneidkante 62 gekommen.
Bei weiterer Drehung des Rotors 10 läuft die Schneidkante 64 unter
sehr engem Abstand hinter der Schneidkante 62 vorbei. Dieser
Abstand kann in der Praxis je nach Art der zu zerkleinernden Materialien
0,1 mm oder weniger betragen.
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Bei
der weiteren Drehung des Rotors 10 in Richtung des Pfeils 12 läuft dann
der Überkreuzungspunkt
der Schneidkanten 62, 64 in 1 nach
rechts. Das im Schneidspalt zwischen Schneidkante 64 und Schneidkante 62 befindliche
Material wird somit durchgeschnitten. Soweit eine Relativbewegung
zwischen zu zerkleinerndem Gut und den Schneidkanten erfolgt, erfolgt
diese Bewegung aufgrund des zwischen den Schneidkanten 62 und 64 gebildeten Schneidwinkels
s zunächst
in 1 nach rechts.
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Das
in 1 rechts gelegene Ende der Schneidkante 64 kommt
etwas später
in Gegenüberstellung
zur Schneidkante 62 als das in 1 links gelegene
Ende der Schneidkante 64. Auf diese Weise erhält man eine
bessere Drehmomentverteilung der Schneidbelastungen der Umfangsrichtung.
Für dasjenige
Zerkleinerungsgut, welches von dem rechts des V der Schneidkante 64 liegenden
Teil der Schneidkante 64 erfaßt wird, erfolgt eine ähnliche scherenähnliche
Zerkleinerung, wie obenstehend für den
links gelegenen Abschnitt der Schneidkante 64 beschrieben, nur
erfolgt ein etwaiges Verschieben des Zerkleinerungsguts aufgrund
des entgegengesetzten Anstellwinkels des rechten Schneidkantenabschnitts
in der Zeichnung nach links zum V der Schneidkante 64 hin.
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Im
Zerkleinerungsspalt befindliches Zerkleinerungsgut wird auf jeden
Fall dann zwischen den Schneidkanten 62 und 64 zerschnitten,
wenn das V der Schneidkante 64 an der Schneidkante 62 vorbeiläuft.
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In
Abwandlung des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels kann man die
Verschleißschicht 44 auch
durch Auftragsschweißung
in situ erzeugen. Hierzu können
bekannte automatisch arbeitende Auftragsschweißgeräte verwendet werden, die unter
numerischer Steuerung pulverförmiges
Hartmaterial unter Aufschmelzen auf die Außenfläche des Rotorkerns 18 in
den gewünschten
Teilbereichen aufbringt.
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Bei
dieser Variante können
Verschleißmaterialien
gewählt
werden, die sich durch nochmals größere Verschleißfestigkeit
auszeichnen, die aber zu spröde
sind, um zu Blechen gewalzt und gebogen zu werden.
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Auch
in der gewünschten
zylindrischen Gestalt gegossene Verschleißbelagteile aus hoch verschleißfestem
Guß sind
denkbar. Diese können
dann mechanisch, z. B. durch Verschrauben mit dem Rotorkern verbunden
sein.
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Mit
dem oben beschriebenen Zerkleinerungswerk, welches in der Praxis
mit einer Drehzahl von einigen hundert, z. B. etwa 300 Umdrehungen pro
Minute betrieben wird, lassen sich große Mengen vorzerkleinerten
Materials zu fein zerkleinertem Material guter Homogenität verarbeiten.
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Das
hinter dem durch den Rotor 10 und das Gegenmesser 14 gebildeten
Schneidspalt erhaltene zerkleinerte Material kann durch ein Sieb,
welches sich an das untere Ende des Gegenmessers 14 anschließt und um
die Unterseite des Rotors 10 herum erstreckt, gesiebt werden
und hinter dem Sieb gesammelt und in ein Silo oder dgl. ausgetragen
werden. Alternativ kann das zerkleinerte Material auch zu Pellets
brikettiert werden.