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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Zerkleinern von faserigem Aufgabegut, insbesondere Stammholz
gemäß dem Oberbegriff
der unabhängigen
Patentansprüche
1, 14 und 16.
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Bei der Verwendung von Holz als Baugrundstoff
gewinnen aufgrund ihrer höheren
und über
die Bauteillänge
konstanteren Festigkeit sowie deren Formbeständigkeit immer mehr Bauteile
an Bedeutung, die sich aus verleimten Spänen zusammensetzen. Zu diesen
Bauteilen gehören
beispielsweise auch OSB-Produkte.
Diese Bauteile bieten darüber hinaus
den Vorteil, dass aus Altholz oder Stammholz minderer Güte qualitativ
hochwertige Produkte hergestellt werden können, wobei eine beinahe vollständige Verwertung
des Ausgangsguts möglich
ist.
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Für
die Herstellung von Spänen
als Ausgangsstoff für
solche Bauteile sind im wesentlichen Messerring-, Messerwellen-
und Scheibenzerspaner bekannt. Diesen ist gemeinsam, dass sie als
Zerkleinerungswerkzeuge Messer aufweisen, deren Schneiden auf einem
gemeinsamen Schneidenflugkreis beziehungsweise in einer Schneidenebene
liegen und die durch Ausführen
einer Relativbewegung zwischen Aufgabegut und Zerkleinerungsvorrichtung in
faserparallelen Eingriff mit dem Aufgabegut gebracht werden.
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Wie beispielsweise aus der
DE 198 48 701 A1 hervorgeht,
ist in Verbindung mit Aufgabegut mit im wesentlichen nur einer Längserstreckungsrichtung,
wie zum Beispiel Stammholz, eine taktweise Zerspanung üblich. Dabei
werden die zu einem faserparallelen Bündel zusammengefassten Stämme mit ihrem
der Zerkleinerungsmaschine zugewandten Ende in axialer Richtung
dem Zerkleinerungsraum zugeführt
und am gegenüberliegenden,
außerhalb des
Zerkleinerungsraums liegenden Ende gehalten. Durch Erzeugen einer
Relativbewegung zwischen Stammholz und Zerkleinerungswerkzeugen
erfolgt die Zerspanung, wobei das Stammholz in seiner Länge jeweils
um die Tiefe des Zerspanungsraumes gekürzt wird. Nach erneutem Vorschieben
des Stammholzpaketes in den Zerkleinerungsraum beginnt ein neuer
Arbeitszyklus.
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Wesentlichen Einfluss auf die Qualität und die
Eigenschaften des Endproduktes hat die Geometrie des ihm zugrundeliegenden
Spanes. Um hier konstante Materialeigenschaften zu gewährleisten, ist
es notwendig, Späne
gleichbleibender Dimensionen und möglichst glatter Begrenzungsflächen zu verwenden.
Die Spangeometrie wird dabei durch den radialen Schneidenüberstand
in den Zerspanungsraum hinein festgelegt, der die Spandicke bestimmt, sowie
den Abstand der Schneiden zu einer gegenüber der Schneide zurückversetzten
Spanbrecherleiste, woraus sich die Spanbreite ergibt.
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Die Festlegung der Spanlänge erfolgt
durch den Einbau sogenannter Ritter, die mit ihren radial wirkenden
Schneiden einen vorauseilenden Schnitt quer zur Faser anbringen,
bevor der Span durch das nachfolgende Zerspanmesser abgehoben wird.
Die Ritter sind unmittelbar im Bereich der Messerträger und
der Zerspanmesser angeordnet und liegen umfangsseitig in Radialebenen,
die in der Tiefe des Zerkleinerungsraumes gestaffelt sind, wobei
der axiale Abstand zweier Radialebenen die Spanlänge ergibt. Derartige Ritter
sind beispielsweise in der
DE
83 01 544 U1 in Verbindung mit Messerwellenzerspanern offenbart.
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Probleme bei der Verwendung von Rittern
ergeben sich aus der überdurchschnittlich
starken Beanspruchung beim Betrieb einer Zerkleinerungsmaschine
in Verbindung mit der Forderung, die Ritzen möglichst schlank auszubilden,
um den Flankendruck im Bereich der Ritzerschneide möglichst
gering zu halten. Um hier eine zufriedenstellende Lösung zu erzielen,
ist es beispielsweise aus oben genannter Schrift bekannt, die Ritzen
möglichst
dünn und
in passgenauen Schlitzen im Messerträger anzuordnen, wobei nur die
Schneiden über
den Schlitz hinausragen. Die beidseits formschlüssige Halterung bewirkt eine
starre Einspannung des Ritzers, die den Ritter vor einer Überbeanspruchung
quer zu seiner Ebene schützt.
Diese Anordnung der Ritter ist jedoch nur über die Länge des Zerspanmessers bzw.
des Messerträgers
möglich,
nicht jedoch am stirnseitigen Ende eines Zerspanmessers, da dort
die beidseitige Stützung
des Ritzers konstruktionsbedingt fehlt.
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Versuche haben gezeigt, dass bei
einer Anordnung der bekannten Ritzen an der Stirnseite eines Zerspanmessers
diese der dortigen Beanspruchung nicht standhalten, sondern verbogen
werden oder abbrechen. Die abgebrochenen Ritzerteile, die unter Umständen in
den Zerspanungsraum gelangen, bergen dabei die nicht unerhebliche
Gefahr der Beschädigung
der Zerkleinerungsvorrichtung.
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Aus diesem Grund weisen bekannte
Zerkleinerungsvorrichtungen in aller Regel am stirnseitigen Ende
der Zerspanmesser keine Ritzen auf. Vielmehr wird darauf vertraut,
dass beim Spanabheben die Fasern in der Trennebene zwischen zwei
Arbeitstakten an den Stirnflächen
der Späne
abgerissen werden. Das führt
allerdings zu einer ausgefransten Stirnseite und unterschiedlichen
Länge der
davon betroffenen Späne
mit nachteiligen Auswirkungen auf die Einhaltung einer vorgegebenen
Spangeometrie und damit der Spanqualität. Weitere nachteilige Folgeerscheinungen
sind ein unruhiger Maschinenlauf und erhöhter Energieverbrauch.
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Zur Behebung dieser Nachteile wurden
bereits Zerspanmesser verwendet, deren stirnseitiges Ende eine Nebenklinge
aufweist. Sinn und Zweck der Nebenklinge ist es, den Endspan eines
Zerkleinerungstaktes abzuschneiden. Zwar konnten mit dieser Maßnahme die
zuvor beschriebenen Probleme verringert, nicht aber gelöst werden.
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Vor diesem Hintergrund liegt der
Erfindung die Aufgabe zugrunde, auch in der Trennebene zwischen
zwei Arbeitstakten einen sauberen Trennschnitt zu erzeugen.
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Gemäß der Endung wird diese Aufgabe durch
eine Vorrichtung mit den Merkmalen der Patentansprüche 1, 14
oder 16 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben
sich aus den Unteransprüchen.
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Mit einem erfindungsgemäßen Schneidelement
an der Stirnseite der Zerspanmesser löst sich die Erfindung von der
gegenwärtigen
Vorstellung, dass Ritzer zwar über
die Länge
der Zerspanmesser, nicht aber dauerhaft an deren Enden angeordnet
sein können.
Durch die erfindungsgemäße Befestigung der
Ritzer ergibt sich daher der Vorteil, dass die herzustellenden Späne auch
in der Trennebene zwischen zwei Arbeitstakten geschnitten werden.
Das führt
zu einer Verbesserung der Spanqualität, da alle Begrenzungsflächen eine
glatte Oberfläche
aufweisen, so dass Späne
mit einer einheitlichen Geometrie entstehen.
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Eine Zerkleinerung, die vollständig im
Wege des Schneidens erfolgt, gewährleistet
darüber
hinaus einen ruhigeren Maschinenlauf bei geringerem Verschleiß der Zerkleinerungswerkzeuge.
Da die Zerkleinerungsarbeit beim Schneiden der Späne nicht so
groß ist
wie beim Reißen,
besteht ein weiterer Vorteil darin, dass erfindungsgemäße Zerkleinerungsvorrichtungen
einen geringeren Energieverbrauch aufweisen.
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Gemäß der Erfindung weisen die
Zerkleinerungswerkzeuge an ihren Stirnseiten jeweils eine Aufnahme
auf, in denen die Schneidelemente angeordnet sind. Die Aufnahme
wird dabei von zumindest zwei Flächen
gebildet, die der äußeren Form
des Schneidelements nachempfunden sind. Dadurch werden mindestens
zwei Widerlagerflächen
für das Schneidelement
bereitgestellt, die in der Lage sind, die hohen Kräfte, wie
sei beim Betrieb einer erfindungsgemäßen Vorrichtung auftreten,
aufzunehmen. Das trägt
zu einer erheblichen Verbesserung der Befestigung der Schneidelemente
an den Zerkleinerungswerkzeugen bei.
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Anstelle einer Aufnahme in Form eines
zurückspringenden
Versatzes kann eine an der Stirnseite des Messerelements oder Messerträgers angeformte,
aus der Stirnseite herausragende Schulter ebenso zur Bildung einer
Aufnahme dienen, wie eine Kombination eines Versatzes mit einer
solchen Schulter. Die angeformte Schulter, die sich gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
bis zur Außenseite
des Schneidelementes erstrecken kann, bildet eine zusätzliche
Widerlagerfläche
und ferner einen zusätzlichen
Schutz vor mechanischer Beanspruchung des Schneidelementes sowie
einer Verschmutzung im Bereich des Schneidelementes.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung umschließt
die Aufnahme die obere, die untere, die hintere und eine seitliche
Seite des Schneidelements. Daraus ergibt sich eine beinahe allseitige
Einfassung des Schneidelements, die eine besonders gute Befestigung
des Schneidelements an den Zerkleinerungswerkzeugen und gleichzeitig einen
optimalen Schutz vor eindringendem Schmutz gewährleistet.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der
Erfindung sieht vor, die Aufnahme in ihrer Tiefe geringer auszubilden
als es der Dicke des Schneidelements entsprechen würde. Das
hat zur Folge, dass das Schneidelement mit seiner äußeren seitlichen Seite über die
Stirnfläche
der Zerkleinerungswerkzeuge hinaus steht. Auf diese Weise wird die
Reibungsfläche
der rotierenden Zerkleinerungswerkzeuge gegenüber dem Aufgabegut in der Ebene
des Trennschnittes auf ein Minimum reduziert.
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Je nach Aufbau der Messereinheiten
kann die Aufnahme teilweise oder auch ganz von der Messereinheit
gebildet werden. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
wird die Aufnahme von der Messereinheit und dem Messerträger gebildet.
Dabei wird das Schneidelement an seiner Ober- und Unterseite zwischen
dem Zerspanmessers und dem Verschleißschutz des Messerträgers angeordnet,
wobei die mit dem Zerspanmesser fest verbundene Messerhalteplatte
den der Höhe
des Schneidelements entsprechenden Abstand zwischen Zerspanmesser und
Messerträger
herstellt.
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In diesem Zusammenhang erweist es
sich als besonders vorteilhaft, wenn die Dicke der Messerhalteplatte
geringfügig
dünner
ist, als die Höhe des Schneidelements.
Daraus ergibt sich beim Einbau des Schneidelements eine Klemmwirkung,
die für
einen besonders festen und sicheren Halt des Schneidelements an
den Zerkleinerungswerkzeugen sorgt.
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Nach einer vorteilhaften Ausführungsform weist
das erfindungsgemäße Schneidelement
gegenüber
den übrigen
Ritzern einen geringeren Schneidenüberstand auf. Durch diese Maßnahme werden
die von Haus aus hohen Belastungen des Schneidelementes wenigstens
zum Teil ausgeglichen.
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Ein bevorzugtes erfindungsgemäßes Schneidelement
weist eine Mindestdicke von 4 mm auf bei einer maximalen Flankenneigung
von 30°. Diese
Geometrie gewährleistet
eine ausreichende Eigenstabilität
bei einem noch tolerierbaren Flankendruck.
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Einer derartigen Geometrie des Schneidelements
kommt in Verbindung mit einem geringeren Schneidenüberstand
eine besondere Bedeutung zu, da durch die Kombination dieser beiden
Maßnahmen einem
mit zunehmender Dicke des Schneidelementes anwachsenden Flankendruck
entgegengewirkt wird.
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In weiterer Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Schneidelements
ist dessen Schneide außermittig angeordnet, wobei die Flankenneigung zu beiden
Seiten der Schneide den gleichen Betrag aufweist. Auf diese Weise
gelingt es die Reibung zwischen den rotierenden Zerkleinerungswerkzeugen und
dem feststehenden Aufgabegut weiter zu senken, indem die Trennebene
zwischen zwei Zerkleinerungstakten noch weiter in den äußeren Bereich
der Zerkleinerungswerkzeuge verlagert wird.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand
eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in Form eines
Messerringzerspaners erläutert. Sinngemäß gelten
diese Ausführungen
auch zum Beispiel für
Messerwellenzerspaner oder Scheibenzerspaner. Es zeigen
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1 einen
Längsschnitt
durch einen Messerringzerspaner,
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2 einen
Teilschnitt durch den in 1 dargestellten
Messerringzerspaner im Bereich des Messerrings mit angrenzendem
Zerkleinerungsraum,
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3 eine
Detailansicht der in 2 dargestellten
Messerträger,
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4 eine
Teilansicht des in 3 dargestellten
Messerträgers
entlang der dortigen Linie IV-IV,
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5 eine
Schrägansicht
einer erfindungsgemäßen Messereinheit
und die
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6a und b eine Seitenansicht und
eine Untersicht eines erfindungsgemäßen Schneidelements.
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In 1 sieht
man in vereinfachter Darstellung die wichtigsten Elemente eines
Messerringzerspaners. Der Messerringzerspaner weist einen fest mit
dem Untergrund verbundenen Unterbau 1 auf. An der Oberseite
des Unterbaus 1 sind in der Darstellungsebene horizontal
verlaufende Laufschienen 2 angeordnet, die einem darüber befindlichen
Schlitten 3 als Bahn für
eine Seitwärtsbewegung 4 dienen.
Zu diesem Zweck weist der Schlitten 3 an seiner Unterseite
Räder 5, 6 auf,
die auf den Laufschienen 2 abrollen, sowie eine Zylinder-Kolben-Einheit 7,
die starr am Unterbau 1 angeordnet ist und mit ihrem beweglichen
Teil 8 die Seitwärtsbewegung 4 des
Schlittens 3 veranlasst.
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Auf dem Schlitten 3 ist
innerhalb eines Gehäuses 9 ein
Messerring 11 angeordnet, der um eine horizontale und quer
zu den Laufschienen 2 ausgerichtete Drehachse 10 frei
drehbar gelagert ist. Der Messerring 11 besteht aus zwei
koaxial und im Abstand zueinander angeordneten Trägerringen,
von denen lediglich der hintere Trägerring 12 sichtbar
ist. Die beiden Trägerringe
sind über
eine Vielzahl gleichmäßig über den
Umfang verteilter achsparalleler Messerträger 13 verbunden,
die einen ringscheibenförmigen
Raum einschließen.
Der ringscheibenförmige
Raum weist im oberen Bereich ein Scheitelsegment 14 und
im unteren Bereich ein Bodenelement 15 auf, die mit ihren
zur Achse 10 weisenden Flächen den Zerkleinerungsraum 16 begrenzen,
in dem die eigentliche Zerkleinerungsarbeit stattfindet.
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In den stirnseitig offenen Zerkleinerungsraum 16 ragt
eine im Querschnitt konvex ausgebildete Gegenlage 17, die
bezüglich
des Unterbaus 1 bzw. dem Untergrund ortsfest angeordnet
ist und somit nicht der Seitwärtsbewegung 4 des
Schlittens 3 folgt.
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Der Schlitten 3 weist seitlich
des Messerrings 11 eine Plattform 18 auf, auf
der eine die Rotation des Messerrings 11 bewirkende Antriebseinheit 19 angeordnet
ist. Über
einen Riemen 20 ist die Antriebseinheit 19 mit
der am rückwärtigen Ende
der Achse 10 angeordneten und über eine Welle starr mit dem Messerring 11 verbundenen,
nicht dargestellten, Mehrrillenscheibe verbunden.
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In 2 ist
ein Ausschnitt des Messerringzerspaners im Bereich des Messerrings 11 und
des Zerkleinerungsraumes 16 dargestellt. Der Zerkleinerungsraum 16 ist
mit parallel zur Achse 10 ausgerichteten und zu einem Bündel faserparallel
zusammengeschnürten
Holzelementen 21 aufgefüllt,
die außerhalb
des Messerringzerspaners in einer eigenen Vorrichtung in dieser
Lage fixiert sind und mit ihrem freien Ende in den Zerkleinerungsraum 16 hinein
ragen. Vom Messerring 11 sieht man den Trägerring 12,
von dessen Seitenfläche
die kranzförmig
um die Achse 10 angeordneten Messerträger 13 lotrecht abstehen. Jeder
Messerträger 13 besteht
aus einem Grundträger 22,
der an seiner dem Zerkleinerungsbereich 16 zugewandten
Basis mit einem Verschleißschutz 23 versehen
ist. An seiner in Rotationsrichtung 24 vorderen Kante weist
der Messerträger 13 eine
schlitzförmige
Ausnehmung zur Aufnahme einer erfindungsgemäßen Messereinheit 25 auf.
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Der genauere Aufbau einer Messereinheit 25 ist
aus 5 näher ersichtlich.
Die Messereinheit 25 umfasst eine Messerhalteplatte 26,
die mit Hilfe von in Langlöchern 27 angeordneten
Schrauben 28 fest mit dem Zerspanmesser 29 verbunden
ist. Die Langlöcher 27 erlauben
dabei ein verschleißbedingtes Nachstellen
der Zerspanmesser 29 außerhalb des Messerträgers 13,
so dass die Schneiden 30 der Zerspanmesser 29 stets
auf den erforderlichen Schneidenüberstand
einstellbar sind. Dadurch ergibt sich ein gemeinsamer Flugkreis
der Schneiden 30, der in 3 mit
45 bezeichnet ist. Eine derart aufgebaute Messereinheit 25 wird
beim Messerwechsel auf schnelle und einfache Weise von der Stirnseite
in axialer Richtung in die Ausnehmung am Messerträger 13 eingeschoben,
wobei sich durch definierte Auflage- und Anschlagflächen in
der schlitzförmigen
Ausnehmung der richtige Zerspanungswinkel und Schneidenüberstand
ergibt.
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Die Fixierung einer Messereinheit 25 in
dieser Lage erfolgt unter Ausnutzung der beim Zerspanen entstehenden
Fliehkräfte.
Durch die bei der Rotation des Messerrings 11 entstehenden
Fliehkräfte wandert
ein im Messerträger 13 verschieblich
gelagerter Fliehkeil 31 radial nach außen und drückt dabei auf den einen Arm
eines zweiarmigen Kipphebels 32, wodurch der andere Arm
des Kipphebels 32 unter Zwischenschaltung einer Klemmleiste 33 und
einer Spanbrecherleiste 34 auf die Messereinheit 25 drückt.
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Da die beschriebene Vorrichtung ohne
weitere Einbauten Späne
mit der der Tiefe des Zerkleinerungsraums entsprechenden Länge produzieren würde, sind über die
Länge der
Messereinheiten 25 in axialem Abstand radial wirkende Ritzer 35 angeordnet.
Zu diesem Zweck weist die Messerhalteplatte 26 an ihrem
in Rotationsrichtung 24 vorderen Längsrand Schlitze 36 auf,
in denen die Ritzen 35 bis auf ihre Schneide 37 auswechselbar
eingelassen sind. Der axiale Abstand zwischen den Ritzern 35 definiert dabei
die Länge
des herzustellenden Spanes. In Rotationsrichtung liegen alle Ritzer 35 der
Messerträger 25 auf
jeweils einem gemeinsamen Schneidenflugkreis. Die Ritzer 35 weisen
einen ausreichend grollen Überstand
in den Zerkleinerungsraum 14 auf und gewährleisten
damit einen vorauseilenden Schnitt quer zur Faser des Aufgabeguts 21,
bevor die Zerspanmesser 29 einen Span abheben.
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Um auch die an die Trennfläche zwischen zwei
Arbeitstakten angrenzenden Späne
in vorbestimmter Länge
abschneiden zu können,
besitzt eine erfindungsgemäße Zerspanervorrichtung
auch an der Stirnseite 40 der Messereinheiten 25 jeweils
ein Schneidelement 39, wie es aus den 3, 4 und 5 näher ersichtlich ist. Zu diesem
Zweck weist die Messerhalteplatte 26 in ihrem in Rotationsrichtung 24 vorderen
Teil der Stirnseite 40 einen nach innen springenden Versatz 41 auf,
der eine Aufnahme für
das Schneidelement 39 bildet und an den nach außen eine
bündig
abschließende
Schulter 42 (5)
angeformt ist. Der Versatz 41 und die Schulter 42 bilden so
eine gemeinsame Auflagerfläche
für das
Schneidelement 39 und zusammen mit der Messerhalteplatte 26 eine
geschützte
Aufnahme für
dieses.
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Das Schneidelement 39 ist über eine
versenkbare Schraube 44 in der oben beschriebenen Aufnahme
fixiert. Die Schraube 44 dient dabei lediglich zur Lagesicherung
des Schneidelements 39 in der Aufnahme. Da das Schneidelement 39 sich über die
gesamte Höhe
der Messerhalteplatte 26 erstreckt, erfolgt die Kraftableitung
hauptsächlich über die
Messerträger 13 bzw.
dessen Verschleißschutz 23 und
das Zerspanmesser 29, zwischen denen das Schneidelement 39 in
betriebsbereitem Zustand eingeklemmt ist (3 und 4).
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Die besondere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schneidelementes 39 geht
im einzelnen aus den 6a und b hervor. Das Schneidelement 39 besitzt
eine Dicke von 5 mm. Der Flankenneigungswinkel α gegenüber der Längsachse des Schneidelements 39 beträgt im vorliegenden
Beispiels 25°.
Auf diese Weise besitzt das Schneidelement 39 eine ausreichende
Stabilität
um der mechanischen Beanspruchung während des Zerkleinerungsbetriebes
standzuhalten. Um den Flankendruck möglichst gering zu halten, können die
Schneidelemente 39 gegenüber den Ritzern 35 einen
geringeren Schneidenüberstand,
beispielweise 2,5 mm, aufweisen. In 3 ist
der Schneidenflugkreis der Schneidelemente 39 mit 43 bezeichnet.