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Die
Erfindung betrifft eine Granuliervorrichtung mit mindestens einer
Einfüllöffnung, einem Mahlwerk und mit mindestens
einer Ausgabeöffnung, wobei das Mahlwerk mindestens ein
Werkzeugpaar umfasst, das aus einem feststehenden Werkzeug und aus
einem rotierbaren Werkzeug besteht, wobei das feststehende Werkzeug
mindestens eine entgegen der Rotationsrichtung des rotierbaren Werkzeugs
orientierte feststehende Arbeitskante aufweist und wobei das rotierbare
Werkzeug mindestens eine in der Rotationsrichtung orientierte rotierbare
Arbeitskante hat, wobei die Rotationsachse des rotierbaren Werkzeugs
vertikal angeordnet ist und wobei bei einer Projektion in eine Ebene
normal zur Rotationsachse zumindest in einem Segment der Rotation
die feststehende und die rotierbare Arbeitskante mindestens einen
projizierten Schnittpunkt haben.
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Aus
der
US 5,921,480 ist
eine derartige Vorrichtung bekannt. Bei langer Betriebsdauer kann
das zu granulierende Material die Vorrichtung verstopfen. Um die
Vorrichtung wieder gangbar zu machen, sind Stillstandzeiten zur
Reinigung erforderlich. Die Verfügbarkeit der Granuliervorrichtung
ist somit begrenzt.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Problemstellung zugrunde,
eine Granuliervorrichtung mit einer hohen Verfügbarkeit
zu entwickeln.
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Diese
Problemstellung wird mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst.
Dazu nimmt zumindest in einem Teil des genannten Segments bei der Rotation
des rotierbaren Werkzeugs in der Rotationsrichtung der Abstand dieses
projizierten Schnittpunkts von der Rotationsachse ab.
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen
und der nachfolgenden Beschreibung schematisch dargestellter Ausführungsformen.
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1:
Schnitt durch eine Granuliervorrichtung;
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2:
Draufsicht auf die Granuliervorrichtung;
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3:
Teilschnitt des Mahlwerks;
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4:
Draufsicht auf ein feststehendes Werkzeug;
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5:
Schnitt von 4;
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6:
Schnitt durch einen Steg von 4;
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7:
Draufsicht auf ein rotierbares Werkzeug;
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8:
Schnitt von 7;
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9:
Schnitt durch einen Steg von 7;
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10:
Ausgabescheibe;
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11:
Draufsicht auf ein Werkzeugpaar;
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12–17:
Relativbewegungen der Werkzeuge zueinander.
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Die 1 und 2 zeigen
in einer dimetrischen Schnittansicht und in einer Draufsicht eine Granuliervorrichtung
(1), die beispielsweise zum Granulieren von Gummiteilen
eingesetzt wird. Die Granuliervorrichtung (1) hat ein Gehäuse
(10) mit einer oben angeordneten Einfüllöffnung
(11) und einer z. B. seitlich angeordneten Ausgabeöffnung
(12). Im Gehäuse (10) ist – zwischen
der Einfüll- (11) und der Ausgabeöffnung
(12) – ein Mahlwerk (20) angeordnet.
Die Granuliervorrichtung (1) ist mit ihrem Gehäuse
(10) beispielsweise in einem hier nicht dargestellten Gestell
befestigt, an dem auch ein hier ebenfalls nicht gezeigter Antriebsmotor
angeordnet sein kann.
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Das
Gehäuse (10) ist beispielsweise tonnenförmig
aufgebaut. Es hat z. B. eine Höhe von 1000 Millimetern
und im Ausführungsbeispiel einen größten
Durchmesser von 500 Millimetern. Das obere Ende des Gehäuses
(10), das die Einfüllöffnung (11) umgreift,
hat beispielsweise einen Durchmesser von 270 Millimetern. Die Wandstärke
des Gehäuses in diesem Bereich beträgt z. B. 8
Millimeter.
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Unterhalb
der Einfüllöffnung (11) – diese
hat z. B. eine Höhe von 180 Millimetern – ist
das Mahlwerk (20) angeordnet. Das Mahlwerk (20)
umfasst in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel 17 übereinander
angeordnete Werkzeugpaare (41–57), von denen
einige in der Detailansicht der 3 dargestellt
sind. Jedes Werkzeugpaar (41–57) besteht
aus einem feststehenden (61) und einem rotierbaren Werkzeug
(91). Das oberste Werkzeug ist z. B. ein rotierbares Werkzeug
(91). Dieses bildet mit dem darunter liegenden feststehenden
Werkzeug (61) ein erstes Werkzeugpaar (41). Das
letztgenannte feststehende Werkzeug (61) bildet wiederum
mit dem darunter liegenden rotierbaren Werkzeug (91) ein zweites
Werkzeugpaar (42). Somit bildet jedes Werkzeug (61; 91) – mit
Ausnahme des obersten und des untersten Werkzeugs – mit
dem darüber liegenden Werkzeug (91; 61)
ein Werkzeugpaar (41–57) und mit dem
darunter liegenden Werkzeug (91; 61) ein weiteres
Werkzeugpaar (41–57).
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Die
einzelnen Werkzeuge (61, 91) der Werkzeugpaare
(41–57) sind scheibenartig aufgebaut
und z. B. koaxial zueinender angeordnet. Die Werkzeuge (61, 91)
sind beispielsweise aus einem gehärteten Werkzeugszahl
für Kaltarbeit hergestellt, z. B. X153CrMoV12 mit der Werkstoffnummer
1.2379.
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Die 4 und 5 zeigen
ein feststehendes Werkzeug (61) in der Draufsicht und in
einem Schnitt. In den 8 und 9 sind die
entsprechenden Ansichten eines rotierbaren Werkzeugs (91) dargestellt.
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Sowohl
die feststehenden (61) als auch die rotierbaren Werkzeuge
(91) haben im Ausführungsbeispiel einen Innenring
(67; 97) und einen zu diesem konzentrischen Außenring
(68; 98). Der jeweilige Innen- (67; 97)
und der jeweilige Außenring (68; 98) sind
miteinander mittels Speichen (69; 99) verbunden.
Die zwei Werkzeuge (61, 91) eines Werkzeugpaars
(41–57) haben eine unterschiedliche Anzahl von
Speichen (69, 99). Beispielsweise haben die oberen
vier feststehenden Werkzeuge (62) acht Speichen (69),
vgl. 4 und die unteren vier feststehenden Werkzeuge
(63) zehn Speichen (69), wobei alle feststehenden
Werkzeuge (61) beispielsweise die gleichen Hauptabmessungen
haben. Die oberen vier rotierbaren Werkzeuge (92) weisen
z. B. sieben Speichen (99) auf, vgl. 7,
während die unteren vier rotierbaren Werkzeuge (93)
beispielsweise neun Speichen (99) haben. Auch die Hauptabmessungen
der rotierbaren Werkzeuge (91) sind z. B. untereinander
identisch. Die Außenringe (68) der feststehenden
Werkzeuge (61) liegen z. B. mittels O-Ringen (89)
abgedichtet aneinander an. Die rotierbaren Werkzeuge (91)
stoßen mit ihren Innenringen (97) aneinander.
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Das
in den 4 bis 6 dargestellte feststehende
Werkzeug (61) hat im Ausführungsbeispiel einen
Außendurchmesser von 300 Millimetern und einen Innendurchmesser
von 104 Millimetern. Die Dicke des Innenrings (67) und
der Speichen (69) beträgt z. B. 12 Millimeter
und die Dicke des Außenrings (68) 27 Millimeter.
Der Außenring (68) hat an seiner Oberseite eine
ringförmige Nut (82) zur Aufnahme des O-Rings
(89). An seiner äußeren Umfangsfläche (83)
ist eine weitere umlaufende Nut (84) angeordnet. Die Umfangsfläche
(83) hat außerdem z. B. fünf normal zur
umlaufenden Nut (84) angeordnete Nuten (85). Der
Außenring (68) weist weiterhin vier Durchgangsbohrungen
(86) auf. Die Durchgangsbohrungen (86) und/oder
die Nuten (85) der einzelnen feststehenden Werkzeuge (61)
können relativ zu den Speichen (69) unterschiedlich
angeordnet sein.
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Die
Speichen (69) des feststehenden Werkzeugs (61)
sind beispielsweise sichelförmig gekrümmt. Der
Krümmungsradius ist z. B. konstant, wobei die normal zur
Zeichnungsebene der 4 liegende Krümmungsmittellinie
(87) in der hier dargestellten Draufsicht entgegen dem
Uhrzeigersinn von der jeweiligen Speiche (69) versetzt
ist. Im Ausführungsbeispiel liegen alle Krümmungsmittellinien
(87) auf einem Zylinder um die gedachte Mittelachse des feststehenden
Werkzeugs (61) mit einem Radius von 116 Millimetern. Der
Krümmungsradius der dem Krümmungsmittellinie (87)
zugewandten Arbeitsfläche (71) beträgt
z. B. 77 Millimeter, der Krümmungsradius der dem Krümmungsmittellinie
(87) abgewandten Hilfsfläche (72) ist
beispielsweise 97 Millimeter.
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Die 6 zeigt
einen Schnitt durch eine Speiche (69) des feststehenden
Werkzeugs (61), wobei die Arbeitsfläche (71)
rechts und die Hilfsfläche (72) links angeordnet
ist. Beide Flächen (71, 72) sind normal
zu einer obenliegenden (73) und einer untenliegenden Mahlfläche
(74) angeordnet. Die beiden Mahlflächen (73, 74)
sind eben und zueinander parallel. Die Arbeitsfläche (71)
grenzt in einer ersten Arbeitskante (76) an die obere Mahlfläche
(73) und in einer zweiten Arbeitskante (77) an
die untere Mahlfläche (74). Beide Arbeitskanten
(76, 77) sind scharfkantig ausgebildet. Die Länge
der Mahlflächen (73, 74) in der Richtung
der Krümmungsradien der Arbeitskanten (76, 77)
entspricht z. B. der halben Speichenbreite, vgl. 6.
Diese Länge der Mahlflächen (73, 74)
kann jedoch auch größer sein. An die Mahlflächen
(73, 74) grenzen z. B. um zwei Millimeter abgesenkte
Freiflächen (78, 79) an, die an, die
an die Hilfsfläche (72) stoßen.
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Das
in den 7 bis 9 dargestellte rotierbare Werkzeug
(91) hat im Ausführungsbeispiel einen Außendurchmesser
von 268 Millimetern und hat im Bereich des Innenrings (97)
eine Dicke von 27 Millimetern. Die Dicke der Speichen (99)
und des Außenrings (98) beträgt beispielsweise
14 Millimeter.
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Die
Innenringe (97) der rotierbaren Werkzeuge (91)
haben ein Keilnabenprofil (111) mit geraden Flanken, mit
dem die rotierbaren Werkzeuge (91) formschlüssig
auf einem Keilwellenprofil einer zentralen Tragwelle (22)
sitzen, vgl. die 1 und 3. Die Außenringe
(98) weisen z. B. vier Durchgangsbohrungen (116)
auf. Die Durchgangsbohrungen (116) der einzelnen Werkzeuge
(91) können – relativ zu den Speichen
(99) und zum Keilnabenprofil (111) – zueinander
versetzt sein.
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Die
Speichen (99) des einzelnen rotierbaren Werkzeugs (91)
sind sichelförmig gekrümmt, wobei in der Darstellung
der 7 die normal zur Zeichnungsebene orientierte Krümmungsmittellinien
(117) der Speichen (99) im Uhrzeigersinn versetzt
zu den Speichen (99) liegen. Die Krümmungsmittellinien (117)
sind in diesem Ausführungsbeispiel Mantellinien eines zur
gedachten Mittellinie des rotierbaren Werkzeugs koaxialen Zylinders,
dessen Radius 110 Millimeter beträgt. Der z. B. konstante
Krüm mungsradius der den Krümmungsmittellinien
(117) zugewandten Arbeitsflächen (101)
beträgt beispielsweise 82 Millimeter.
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Die
Speichen (99) der rotierbaren Werkzeuge (91) sind ähnlich
aufgebaut wie die Speichen (69) der feststehenden Werkzeuge
(61). Die 9 zeigt einen Schnitt durch
eine Speiche (99) eines rotierbaren Werkzeugs (91).
Die Arbeitsfläche (101) und die einander parallelen
Mahlflächen (103, 104) sind normal zueinander
angeordnet und bilden zwei scharfkantige Arbeitskanten (106, 107).
Die an die Mahlflächen (103, 104) angrenzenden,
z. B. um drei Millimeter abgesenkte Freiflächen (108, 109)
schließen eine zur Arbeitsfläche (101)
koaxiale Hilfsfläche (102) ein. Die Länge
der Mahlflächen (103, 104) in der Richtung der
Krümmungsradien entspricht beispielsweise der halben Speichenbreite,
sie kann aber auch länger sein.
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Unterhalb
der Werkzeugpaare (41–57) ist auf der
zentralen Tragwelle (22) eine Ausgabescheibe (121),
z. B. ein Propeller (121) angeordnet. Dieser ist in der 10 dargestellt.
Er hat z. B. sechs schalenförmige Flügel (122),
deren Dicke von innen nach außen hin abnimmt. Die den Werkzeugpaaren
(41–57) zugewandte Gleitfläche
(123) ist z. B. konkav gekrümmt.
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Die
zentrale Tragwelle (22) mit den rotierbaren Werkzeugen
(91) und der Ausgabescheibe (121) ist im Gehäuse
(10) mittels einer unterhalb des Mahlwerks (20)
angeordneten Kegelrollenlagerung (131) in O-Anordnung gelagert.
Die Kegelrollenlager (131) sind beispielsweise fettgeschmiert.
Auf einem Trägerwellenadapter (24) sitzt oberhalb
des Mahlwerks (20) ein Rollenlager (132), das
z. B. mittels eines Stützarms (13) im Gehäuse
(10) abgestützt ist.
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Die
rotierbaren Werkzeuge (91) werden beispielsweise mittels
einer Zahnriemenscheibe (141) angetrieben, die z. B. unterhalb
des Gehäuses (10) mittels einer Passfederverbindung
(142) auf der zentralen Tragwelle (22) befestigt
ist. Die Zahnriemenscheibe (141) hat beispielsweise einen
Nenndurchmesser von 500 Millimetern. Um ein geringes Massenträgheitsmoment
zu erreichen, kann sie Aussparungen aufweisen.
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Die
zentrale Tragwelle (22) hat in ihrem unteren Bereich, vgl.
die 1 und 3, eine zentrale Einsenkung
(25). In dieser ist z. B. eine Drehdurchführung
(26) mit zwei Wasseranschlüssen (27, 28), einem
Zulauf (27) und einem Rücklauf (28),
befestigt. Der Zulauf (27) ist mit einem in der Einsenkung
(25) angeordneten, frei stehenden Wasserrohr (29)
verbunden. Das obere Ende dieses Wasserrohrs (29) endet
beispielsweise 20 Millimeter unterhalb des Einsenkungsgrundes (31).
Die Einsenkung (25) ist mit dem Rücklauf (28)
verbunden.
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Das
Gehäuse (10) umfasst ein Gehäuseoberteil
(14) und ein mit diesem z. B. abdichtend verschraubtes
Gehäuseunterteil (15). Das Gehäuseoberteil
(14) umgreift die Einfüllöffnung (11)
und das Mahlwerk (20). Sein Mantel (16) weist
einen von einem Zuflussstutzen (17) ausgehenden schraubenlinienförmig
fallenden Wasserkanal (18) auf. Dieser mündet
im Gehäuseunterteil (15) in einem Ausflussstutzen
(19). Im Gehäuseunterteil (15) ist außerdem die
Ausgabeöffnung (12) angeordnet.
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Im
Gehäuseunterteil (15) ist weiterhin ein Druckluftkanal
(126) angeordnet. Durch Druckluftbeaufschlagung kann beispielsweise
der Raum unterhalb des Propellers (121) gereinigt werden.
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Bei
der Montage der Granuliervorrichtung (1) wird beispielsweise
zunächst die zentrale Tragwelle (22) mit den Kegelrol lenlagerungen
(131) in das Gehäuseunterteil (15) eingesetzt.
Nach der Montage des Propellers (121) wird z. B. das feststehende Werkzeug
(61) des untersten Werkzeugpaares (57) abgedichtet
mittels eines Dichtrings auf das Gehäuseunterteil (15)
aufgesetzt. Der hervorstehende Außenring (68)
des feststehenden Werkzeugs (61) zeigt nach oben. Stehbolzen
in den Durchgangsbohrungen (86) verhindern ein Verdrehen
des Werkzeugs (61).
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Nun
wird das rotierbare Werkzeug (91) des untersten Werkzeugpaars
(57) auf die zentrale Tragwelle (22) geschoben,
wobei sein hervorstehender Innenring (97) nach unten zeigt.
Die Arbeitsflächen (71, 101) der Werkzeuge
(61, 91) zeigen damit in entgegengesetzte Richtungen.
Im Folgenden werden abwechselnd feststehende (61) und rotierbare
Werkzeuge (91) gestapelt, wobei die Werkzeuge wie die Werkzeuge
(61, 91) des zuerst montierten Werkzeugpaares
(57) ausgerichtet sind. Die feststehenden Werkzeuge (61)
sind beispielsweise so gegeneinander verdreht, dass ihre Speichen
(69) nicht kongruent zueinander sind. Auch in diesen feststehenden
Werkzeuge (61) stecken Stehbolzen, die ein Verdrehen der
Werkzeuge (61) verhindern. Zwischen den Außenringen
(68) der feststehenden Werkzeuge (61) wird z.
B. jeweils ein Dichtring (89) eingelegt. Auch die Speichen
(99) der rotierbaren Werkzeuge (91) nicht kongruent
zueinander angeordnet.
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Auf
der zentralen Tragwelle (22) wird das Rollenlager (132)
beispielsweise mittels der zentralen Befestigungsschraube (32)
gesichert. Der Außenring des Rollenlagers (132)
sitzt z. B. axial verschieblich im Stützarm (13).
Z. B. nach der Montage eines Stützrings (161)
kann die gesamte Einheit mittels Gewindebolzen (162), die
in den Nuten (85) sitzen, gesichert werden. Zum Schluss
kann dann Gehäuseoberteil (14) aufgesetzt und
mit dem Gehäuseunterteil (15) z. B. verschraubt
werden.
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Bei
der Montage ergibt sich der Abstand der einander zugewandten Mahlflächen
(73, 104; 74, 103) eines Werkzeugpaars
(41–57) beispielsweise zu 0,5 Millimetern.
Dieser Abstand kann auch nach einem gegebenenfalls erforderlichen
Nachschleifen der Werkzeuge (61, 91) eingestellt
werden.
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Beim
Betrieb der Granuliervorrichtung (1) werden sowohl das
Gehäuse (10) als auch die zentrale Tragwelle (22)
wassergekühlt. Der Volumenstrom, der die zentrale Tragwelle
(22) durchfließt, beträgt z. B. 2 Kubikmeter
pro Stunde, der Volumenstrom durch das Gehäuse (10)
beträgt im Ausführungsbeispiel 5 Kubikmeter pro
Stunde.
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Nach
dem Einschalten des Antriebsmotors drehen die rotierbaren Werkzeuge
(91) z. B. mit einer Drehzahl zwischen 300 und 400 Umdrehungen
pro Minute. Die Rotationsachse (151) fällt mit
der Mittelachse der Werkzeuge (61, 91) und mit
der Mittelachse der zentralen Tragwelle (22) zusammen.
Die in einer normal zur Rotationsachse (151) orientierten Ebene
liegende Rotationsrichtung (155) der rotierbaren Werkzeuge
(91) ist in der Darstellung der 2 im Uhrzeigersinn
gerichtet. Bei der Rotation kreuzen sich die Arbeitskanten (76, 107; 77, 106)
eines Werkzeugpaares (41–57). Die Arbeitskanten
(76, 107; 77, 106) laufen somit
einander vorbei, ohne einander zu schneiden oder zu berühren.
Der minimale Abstand entspricht hierbei beispielsweise dem minimalen, zwischen
den Werkzeugen (61, 91) eingestellten Abstand.
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Das
zu granulierende Material ist beispielsweise ein Schüttgut.
Dieses besteht z. B. aus grobkörnigen Gummiteilen mit einer
Korngröße zwischen 3 Millimetern und 16 Millimetern.
Diese werden durch die Einfüllöffnung (11)
in die Granuliervorrichtung (1) gefördert oder
geschüttet. Die pro Stunde zugeführte Masse an
Gummikörnern kann z. B. bis zu 500 kg betragen. Aufgrund
der hohen Drehzahl der rotierbaren Werkzeuge (91) wirkt
auf das der Granuliervorrichtung (1) zugeführte
Material eine Fliehkraft in Richtung der Außenringe (68, 98).
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In
der 11 ist eine Draufsicht auf ein Werkzeugpaar (41),
bestehend aus einem untenliegenden feststehenden Werkzeug (61)
und einem obenliegenden rotierbaren Werkzeug (91), dargestellt.
Die Arbeitskanten (106, 107) und die Arbeitsflächen
(101) des rotierbaren Werkzeugs (91) zeigen in die
Rotationsrichtung (155). Die Arbeitskanten (76, 77)
und die Arbeitsflächen (71) des feststehenden Werkzeugs
(61) sind entgegen der Rotationsrichtung (155)
orientiert. Aufgrund der unterschiedlichen Speichenzahl der Werkzeuge
(61, 91) haben keine Arbeitskanten (106, 107)
zweier Speichen (99) des rotierbaren Werkzeugs (91)
die gleiche Position relativ zu den Arbeitskanten (76, 77)
zweier Speichen (69) des feststehenden Werkzeugs (61).
Im Mahlwerk (20) sind die einzelnen feststehenden (61)
und die einzelnen rotierbaren Werkzeuge (91) nicht kongruent
zueinander angeordnet. Beispielsweise sitzen die einzelnen rotierbaren
Werkzeuge (91) um eine Teilung des Keilprofils (111) – die
nicht mit der Teilung der Speichen (99) übereinstimmt – zueinander
versetzt auf der zentralen Tragwelle (22), vgl. 2.
So kann ein einzelnes Korn des zugeführten Materials nicht
durch die Granuliervorrichtung (1) hindurchfallen.
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Das
zugeführte zu verarbeitende Material fällt aufgrund
seiner Schwerkraft auf das oberste Werkzeug (91) und durch
die Zwischenräume (152) zwischen den Speichen
(99) auf die darunter liegenden Werkzeuge (61, 91).
Bei der Rotation der rotierbaren Werkzeuge (91) wird das
Material mittels der Arbeitsflächen (101) und
der Arbeitskanten (106, 107) verdrängt
und in der Zusammenwirkung mit den Arbeitsflächen (71)
und Arbeits kanten (76, 77) der feststehenden Werkzeuge
(61) zerkleinert, z. B. zerschlagen. Hierbei verhindern
die rechtwinklig und scharfkantig ausgebildeten Arbeitskanten (76, 77, 106, 107)
ein Verzwängen des Materials. Sobald die einzelnen Körner
kleiner sind als der Abstand der Werkzeuge (61, 91)
eines Werkzeugpaars (41–57), werden sie
mittels der Speichen (69, 99) in die z. B. waagerechten
Spalte (153) zwischen den Werkzeugen (61, 91)
eines Werkzeugpaars (41–57) gefördert. Dort
werden sie zwischen den Mahlflächen (73, 104; 74, 103)
zermahlen. Hierbei werden die Körner z. B. aufgeraut. Die
Gestalt und die Oberflächenstruktur der Körner
wird hierbei verändert. Somit können sie in nachfolgenden
Bearbeitungsschritten gut chemische und/oder physikalische Bindungen
eingehen.
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Die 12–17 zeigen
die Bewegung einer Speiche (99) eines rotierbaren Werkzeugs
(91) relativ zu einer Speiche (69) eines unter
dem rotierbaren Werkzeug (91) angeordneten feststehenden Werkzeugs
(61). Die Drehwinkel des rotierbaren Werkzeugs (91)
zwischen den 12–14 und zwischen
den 15–18 beträgt
jeweils 2,5 Grad. Zwischen den 14 und 15 ist
das rotierbare Werkzeug (91) um fünf Grad weitergedreht.
Die unsichtbaren Kanten des feststehenden Werkzeugs (61)
sind gestrichelt dargestellt. Das gesamte in den 12–17 dargestellte
Segment der Drehung beträgt somit 15 Grad. Bei der folgenden
Beschreibung werden beispielhaft nur die in einem Werkzeugpaar (41)
unmittelbar zusammenwirkenden Arbeitskanten (76, 107)
und Mahlflächen (73, 104) betrachtet.
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Bei
der Rotation des rotierbaren Werkzeugs (91) im Uhrzeigersinn
nähern sich die auf eine normal zur Rotationsachse (151)
projizierten Arbeitskanten (107, 76) des rotierbaren
(91) und des feststehenden Werkzeugs (61) an.
Die z. B. sichelförmigen projizierten Arbeitskanten (107, 76)
umschließen klammerartig einen dazwischen liegenden Freiraum
(154), vgl. 12. Bei der weiteren Rotation
schneiden sich die projizierten Arbeitskanten (76, 107),
vgl. 13. Ihr Schnittwinkel in dieser Darstellung beträgt
z. B. 76 Grad. Der erste projizierte Schnittpunkt (156)
liegt in der Nähe des Übergangs der Speiche (99)
mit dem Außenring (68), vgl. die 12 und 13.
Beim Weiterdrehen des rotierbaren Werkzeugs (91) wandert
der Schnittpunkt (156) entlang der projizierten Arbeitskante
(76) des feststehenden Werkzeugs (61) in Richtung
der Rotationsachse (151), vgl. 14. Der
Freiraum (154) wird kleiner und verschiebt sich in Richtung
der Innenringe (67, 97). Auch der projizierte Schnittwinkel
der Arbeitskanten wird kleiner, beispielsweise beträgt
er in der Darstellung der 14 nur
noch 43 Grad.
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Die
zu granulierenden Körner werden von der rotierbaren Arbeitskante
(107) und der rotierbaren Arbeitsfläche (101)
in Richtung der Rotationsachse (151) verdrängt.
Dieses Verdrängen wird von der entgegengesetzt gekrümmten
Arbeitskante (76) und Arbeitsfläche (71)
des feststehenden Werkzeugs (61) unterstützt,
so dass das zu granulierende Material entgegen der Wirkung der Fliehkraft
in Richtung der Innenringe (67, 97) gefördert
wird. An den äußeren Enden der Speichen (69, 99)
und im Bereich der Außenringe (68, 98)
werden damit Materialanhäufungen verhindert, die die Rotation
der rotierbaren Werkzeuge (91) behindern oder blockieren
könnten.
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Die
Arbeitskanten (76, 104) und die Arbeitsflächen
(71, 101) werden zunächst in dem an die
Außenringe angrenzenden Bereiche beansprucht. Dieser Beanspruchungsbereich
der Werkzeuge (61, 91) durch die Zerschlagkräfte
wandert in Richtung zur Rotationsachse (151). In dem Werkzeugabschnitt zwischen
dem projizierten Schnittpunkt (156) und den Außenringen
(68, 98) nimmt die Belastung der Arbeitsflächen
(71, 101) und der Arbeitskan ten (76, 104)
bei der Rotation des rotierbaren Werkzeugs (91) in der
Rotationsrichtung (155) wieder ab, so dass sich die Größe
dieses Beanspruchungsbereichs nicht wesentlich ändert.
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Bei
der Rotation des rotierbaren Werkzeugs (91) wandert die
projizierte Arbeitskante (107) des rotierbaren Werkzeugs
(91) gleichzeitig auch entlang des Innenrings (67)
des feststehenden Werkzeugs (61). Beispielsweise ab dem
in der 15 dargestellten Drehwinkel
des rotierbaren Werkzeugs (91) – dieser unterscheidet
sich z. B. um 10 Grad von dem in der 12 dargestellten
Drehwinkel – schneidet in der Projektionsebene die Arbeitskante
(107) des rotierbaren Werkzeugs (91) auch in dem
an den Innenring (67) angrenzenden Bereich die Arbeitskante
(76) des feststehenden Werkzeugs (61). Es ergeben
sich in der Projektionsebene somit zwei Schnittpunkte (156, 157)
zwischen den Arbeitskanten (76, 107). Der Freiraum
(154) wird in diesem Teilsegment von z. B. fünf
Grad des obengenannten Segments von den Außenringen (68, 98)
und von den Innenringen (67, 97) her verkleinert.
Die beiden Schnittpunkte (156, 157) nähern
sich bei weiterer Drehung des rotierbaren Werkzeugs (91)
an, wobei der Freiraum (154) weiter verkleinert wird und
in einen zum Innenring (67) des feststehenden Werkzeugs
(61) und zum Außenring (98) des rotierbaren
Werkzeugs (91) beabstandeten Bereich verschoben wird, vgl. 16.
Die projizierten Schnittwinkel in beiden Schnittpunkten (156, 157) betragen
in dieser Darstellung z. B. 11 Grad. Das in der Granuliervorrichtung
(1) bearbeitete Material wird hierdurch in einen mittleren
Bereich zwischen dem Innenring (67) des feststehenden Werkzeugs
(61) und dem Außenring (98) des rotierbaren
Werkzeugs (91) konzentriert.
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Bei
einer weiteren Rotation des rotierbaren Werkzeugs (91)
in der Rotationsrichtung (155) wandern die Schnittpunkte
(156, 157) weiter aufeinander zu. Im Ausführungsbeispiel
fallen sie in einem Punkt zusammen, dessen Abstand vom Innenring
(67) des feststehenden Werkzeugs (61) in radialer
Richtung ein Viertel des radialen Abstands zwischen dem Innenring
(67) des feststehenden Werkzeugs (61) und dem
Außenring (98) des rotierbaren Werkzeugs (91) beträgt.
Bei der weiteren Drehung des rotierbaren Werkzeugs (91)
ist in der Projektion der Arbeitskanten (76, 107)
kein Schnittpunkt mehr vorhanden, vgl. 17.
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Die
Mahlflächen (73, 104) des hier beschriebenen
Werkzeugpaars (41) überlappen sich zunächst
in dem an die Außenringe (68, 98) angrenzenden
Bereich der Speichen (69, 99), sobald die Zone der
Zerschlagbeanspruchung diesen Bereich verlassen hat, vgl. die 12–15.
Von dort wandert die Überlappungsfläche (158)
in Richtung der Innenringe (67, 97), vgl. die 16 und 17.
Hierbei überlappt zu jedem Zeitpunkt nur ein Teilbereich
eines rotierbaren Werkzeugs (91) einen Teilbereich eines
feststehenden Werkzeugs (61). Somit ist die Zeitdauer einer
möglichen Erhitzung der Körner sehr kurz. Sobald
die Mahlfläche (104) des rotierbaren Werkzeugs
(91) die Freifläche (78) des feststehenden
Werkzeugs (61) überstreicht, endet der Mahlprozess
und die Körner verbleiben auf den Speichen (69; 99)
des unten liegenden Werkzeugs (61; 91) oder fallen
nach unten z. B. auf eines der nächsten Werkzeuge (91; 61).
-
Ein
Teil der beim Mahlen entstehenden Wärme wird vom rotierbaren
Werkzeug (91) zur zentralen Tragwelle (22) geleitet.
Dort wird die Wärme mittels der Wasserkühlung
abgeführt. Gleichzeitig verhindert die Wasserkühlung
eine thermisch bedingte Ausdehnung der zentralen Tragwelle (22).
Vom feststehenden Werkzeug (61) wird ein weiterer Teil
der Prozesswärme an dem am Gehäuse (10)
befestigten Außenring (68) geleitet. Dort wird
die Wärme mittels der Gehäusekühlung
abgeführt. Die große umlaufende Nut (84)
ermöglicht hierbei eine große Wärmeübergangsfläche.
-
Die
gemahlenen Körner treffen auf den Propeller (121),
der mit der Drehzahl der zentralen Tragwelle (22) rotiert.
Dieser fördert das fertige Granulat z. B. mittels der Fliehkraft
durch die Ausgabeöffnung (12) z. B. in einen Behälter.
Die Ausgabeöffnung (12) kann auch mehrere Kanäle
aufweisen, wobei die einzelnen Kanäle z. B. eingangsseitige
Siebe für unterschiedliche Granulatgrößen
haben.
-
Aufgrund
der Gestaltung der Speichen (69, 99) greifen die
Zerkleinerungs- und Mahlkräfte jeweils nur an einem Teilbereich
der Speichen (69, 99) an, wobei die Teilbereiche
zueinander versetzt sind. Der jeweilige Teilbereich wandert beim
Vorbeilaufen der rotierbaren Werkzeuge (91) an den feststehenden
Werkzeugen (61) von außen nach innen. Zu jedem
Zeitpunkt sind beispielsweise die Überdeckungsgrade – z.
B. die Größen der Überlappungsflächen
(158) – aller Speichen (69, 99)
aller Werkzeugpaare (41–57) unterschiedlich,
so dass während einer Umdrehung der zentralen Trägerwelle
(22) mit den rotierbaren Werkzeugen (91) diese
weitgehend gleichförmig belastet wird. Es treten keine
Belastungsspitzen auf. Es ergeben sich somit keine Leistungsspitzen
und auch keine Spitzen des Geräuschpegels. Die Granuliervorrichtung
(1) hat damit einen gleichförmigen geringen Energiebedarf.
-
Da
das Material in den mittleren Bereich der Speichen (69, 99)
gefördert wird, werden Verstopfungen durch das zu bearbeitende
Material an den Außenringen (68, 98)
und gegebenenfalls an den Innenringen (67, 97)
verhindert. Auch werden die Arbeitskanten (76, 77, 106, 107) über
ihre Länge weitgehend gleichmäßig beansprucht,
wodurch sie eine hohe Standzeit erreichen. Stillstandszeiten zur
Reinigung und/oder zur Reparatur können auf ein Mindestmaß reduziert
werden. Die Granuliervorrichtung (1) erreicht somit eine
hohe Verfügbarkeit.
-
Die
Arbeitskanten (76, 77, 106, 107)
können auch anders als beschrieben ausgebildet sein. So kann
z. B. eine Arbeitskante gerade und die entsprechende Gegenkante
gekrümmt ausgebildet sein. Ist die gekrümmte Kante
die Kante des rotierbaren Werkzeugs, ist diese z. B. sichelförmig
in der Rotationsrichtung gekrümmt. Dies bedeutet, dass
die außen- und die innenliegenden Bereiche der Arbeitskante
weiter in die Rotationsrichtung vorstehen als der mittlere Bereich.
Wenn jedoch die Arbeitskante des rotierbaren Werkzeugs gerade und
die Arbeitskante des feststehenden Werkzeugs gekrümmt ausgebildet
ist, ist letztere entgegen der Rotationsrichtung gekrümmt.
Der Krümmungsradius der Arbeitskanten kann hierbei konstant
oder nicht konstant sein. Die Arbeitskanten des feststehenden Werkzeugs
und die Arbeitskanten des rotierbaren Werkzeugs sind nicht gleichsinnig
gekrümmt. In der Projektion auf eine Ebene normal zur Rotationsachse wandert
zumindest der außenliegende projizierte Schnittpunkt der
in einem Werkzeugpaar zusammenwirkenden Arbeitskanten in einem Teilsegment
des Drehbereichs in Richtung der Rotationsachse.
-
Es
ist auch denkbar, beide Arbeitskanten gerade auszuführen.
Diese sind dann beispielsweise gegensinnig orientierte Tangenten
an Kreise um die Rotationsachse. Bei der Rotation des rotierbaren Werkzeug überdecken
sich die Arbeitskanten zunächst an den Punkten, die am
weitesten von der Rotationsachse entfernt sind. Bei der weiteren
Rotation wandert der projizierte Kreuzungspunkt in Richtung der
Rotationsachse. Das zu bearbeitende Material wird somit in Richtung
der Rotationsachse gefördert.
-
Die
rotierbaren Werkzeuge können ohne Außenring ausgebildet
sein. Auch können die feststehenden Werkzeuge ohne Innenring
ausgeführt sein. Es ist auch denkbar, dass die Granuliervor richtung (1)
nur ein Werkzeugpaar (41) umfasst. Die Werkzeuge (61, 91)
können so ausgebildet sein, dass sie jeweils nur eine Arbeitskante
(76; 77; 106; 107) aufweisen.
-
Die
einzelnen Ausführungsbeispiele können auch miteinander
kombiniert werden.
-
- 1
- Granuliervorrichtung
- 10
- Gehäuse
- 11
- Einfüllöffnung
- 12
- Ausgabeöffnung
- 13
- Stützarm
- 14
- Gehäuseoberteil
- 15
- Gehäuseunterteil
- 16
- Mantel
von (14)
- 17
- Zuflussstutzen
- 18
- Wasserkanal
- 19
- Ausflussstutzen
- 20
- Mahlwerk
- 22
- zentrale
Tragwelle
- 24
- Trägerwellenadapter
- 25
- Einsenkung
- 26
- Drehdurchführung
- 27
- Wasseranschluss,
Zulauf
- 28
- Wasseranschluss,
Rücklauf
- 29
- Wasserrohr
- 31
- Einsenkungsgrund
- 32
- zentrale
Befestigungsschraube
- 41–57
- Werkzeugpaare
- 61
- feststehende
Werkzeuge
- 62
- obere
feststehende Werkzeuge
- 63
- untere
feststehende Werkzeuge
- 67
- Innenring
- 68
- Außenring
- 69
- Speichen
- 71
- Arbeitsfläche
- 72
- Hilfsfläche
- 73,
74
- Mahlflächen
- 76,
77
- Arbeitskanten
- 78,
79
- Freiflächen
- 82
- Nuten
- 83
- Umfangsfläche
- 84
- umlaufende
Nut
- 85
- Nuten
- 86
- Durchgangsbohrungen
- 87
- Krümmungsmittellinie
- 89
- O-Ringe,
Dichtringe
- 91
- rotierbare
Werkzeuge
- 92
- obere
rotierbare Werkzeuge
- 93
- untere
rotierbare Werkzeuge
- 97
- Innenring
- 98
- Außenring
- 99
- Speichen
- 101
- Arbeitsfläche
- 102
- Hilfsfläche
- 103,
104
- Mahlflächen
- 106,
107
- Arbeitskanten
- 108,
109
- Freiflächen
- 111
- Keilnabenprofil
- 116
- Durchgangsbohrungen
- 117
- Krümmungsmittellinien
- 121
- Ausgabescheibe,
Propeller
- 122
- Flügel
- 123
- Gleitfläche
- 126
- Druckluftkanal
- 131
- Kegelrollenlagerung
- 132
- Rollenlager
- 141
- Zahnriemenscheibe
- 142
- Passfederverbindung
- 151
- Rotationsachse
- 152
- Zwischenräume
- 153
- Spalte
- 154
- Freiraum
- 155
- Rotationsrichtung
- 156
- erster
Schnittpunkt
- 157
- zweiter
Schnittpunkt
- 158
- Überlappungsfläche
- 161
- Stützring
- 162
- Gewindebolzen
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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