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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten von Aufgabegut
gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen
Patentansprüche 1, 17 und 18.
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Derartige
Vorrichtungen sind dem Gebiet der mechanischen Verfahrenstechnik
zuzuordnen, deren Ziel die Bearbeitung und Umwandlung von Ausgangsstoffen
zu einem vorbestimmten Endprodukt oder Zwischenprodukt für
weitere Verfahrensschritte ist. Mögliche Arten der Bearbeitung
und Umwandlung sind dabei die unterschiedlichen Möglichkeiten der
mechanischen Zerkleinerung sowie das Agglomerieren, Mischen, Trennen,
Coatieren, Trocknen, Kompaktieren und dergleichen. Das Aufgabegut kann
unterschiedlicher Natur sein und betrifft im wesentlichen Stoffe
aus der organischen und anorganischen Chemie einschließlich
Farben und Pigmente, der Nahrungsmittel- und Kunststoffindustrie
sowie mineralische Stoffe. Der Einsatzbereich gattungsgemäßer
Vorrichtungen ist dementsprechend groß, wobei eine Anpassung
an die Besonderheiten des Aufgabeguts, des gewünschten
Endprodukts und die Art der Bearbeitung durch geeignete Auswahl
der Bearbeitungswerkzeuge und Einhalten vorgegebener Prozessparameter
erfolgt.
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Aus
Sicht des Betreibers solcher Vorrichtungen ist es wünschenswert,
dass mit einer Vorrichtung zur Anpassung an unterschiedliches Aufgabegut
und Aufgabenstellung möglichst mehrere Arten der Bearbeitung
ausführbar sind, gegebenenfalls durch Austausch der für
die Bearbeitung charakteristischen Maschinenkomponenten, um Investitionen
in neue Maschinen und Maschinenkomponenten möglichst gering
zu halten. Dies setzt jedoch voraus, dass eine Vorrichtung von einem
Einsatz auf einen nachfolgenden Einsatz umgerüstet werden
kann, was im Sinne eines wirtschaftlichen Betriebs möglichst
einfach und schnell vonstatten gehen soll.
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Ein
anderer Aspekt, der an eine gute Zerlegbarkeit gattungsgemäßer
Vorrichtungen anknüpft, ist die Reinigung der Vorrichtung.
Vor allem in der chemischen und pharmazeutischen Industrie ist beim Wechsel
des Aufgabeguts streng darauf zu achten, dass sich nicht Reste des
zuvor bearbeiteten Guts mit dem nachfolgend zu bearbeitenden Gut
vermischen, wodurch die Stoffreinheit des End- oder Zwischenprodukts
beeinträchtigt wäre. Ähnliches gilt für die
Nahrungsmittelindustrie, wo aus Gründen der Hygiene nach
einem Stillstand oder Wechsel des Aufgabeguts eine gattungsgemäße
Vorrichtung vollständig und gründlich zu reinigen
ist. Ein einfaches Zerlegen und Zusammensetzen gattungsgemäßer
Vorrichtungen ist daher nicht nur aus wirtschaftlichen Erwägungen
heraus von Bedeutung, sondern hat darüber hinaus einen
erheblichen Einfluss auf die Qualität des Endprodukts.
Aus der
EP 0 226 900 ist
eine Mühle mit mehreren Mahlstufen bekannt, bei der ein
zylindrisches Gehäuse einen Rotor koaxial umgibt. Das Gehäuse
ist auf der einen Seite durch eine angeschweißte Bodenkonstruktion
mit integrierter Material- und Luftzufuhr verschlossen. Auf der
gegenüberliegenden Seite bildet ein über eine
Flanschverbindung und Schraubbolzen mit dem Gehäuse verbundener
Deckel den Gehäuseabschluss. Die Antriebswelle des Rotors
ist beidseitig in Lagern im Bereich der Bodenkonstruktion und des
Deckels gelagert. Der Rotor besitzt über seinen Umfang
verteilte Mahlplatten, die mit einem Stator am Innenumfang des zylindrischen
Gehäuses zusammenwirken. Die Zerlegbarkeit dieser Vorrichtung
ist nur bedingt und mit erheblichem Montageaufwand gewährleistet.
Ein Umrüsten der Vorrichtung auf wechselndes Aufgabegut ist
aufgrund des damit verbundenen Aufwands wirtschaftlich uninteressant,
so dass solche Vorrichtungen hauptsächlich bei gleichbleibenden
Aufgabegut und Produktionsbedingungen eingesetzt werden.
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Zum
Stand der Technik gehört ferner die
DE 23 53 907 C3 , die eine
Prallmühle offenbart mit einem Gehäuse, innerhalb
dessen ein kegelstumpfförmiger Rotor mit einer Vielzahl
in etwa radial ausgerichteter Mahlwerkzeuge angeordnet ist. Die
Antriebswelle für den Rotor ist lediglich einseitig im
Bereich des Bodens gelagert. Das Gehäuse besteht aus einem
mittleren hohlkegelstumpfförmigen, an der Innenseite einen
Stator bildenden Element, das unten von einem Boden und oben von
einem Deckel verschlossen ist. Boden und Deckel sind über
Flanschverbindungen und nicht weiter dargestellte Schraubbolzen
miteinander verbunden. Diese Mühle hat gegenüber
der zuvor beschriebenen bereits den Vorteil, dass sowohl Deckel,
als auch Boden demontierbar sind, was angesichts der vorhandenen
Flanschverbindungen jedoch noch immer mit einem beträchtlichen
Arbeitsaufwand verbunden ist.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, gattungsgemäße
Vorrichtungen der mechanischen Verfahrenstechnik derart weiterzuentwickeln,
dass ein Zerlegen und Wiederzusammensetzen erleichtert ist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen der Patentansprüche
1, 17 und 18 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung beruht auf dem Gedanken, durch einen modularen Aufbau
und eine besondere Art und Anordnung der Spannmittel eine einfache und
schnelle Zerlegbarkeit der Vorrichtung zu ermöglichen.
Dies eröffnet für den Betreiber erfindungsgemäßer
Vorrichtungen zunächst den Vorteil, durch Vorhalten nur
weniger unterschiedlicher Maschinenkomponenten eine erfindungsgemäße
Vorrichtung zerlegen und in einer neuen Konzeption wieder zusammenbauen
zu können. Auf diese Weise kann eine Anpassung erfindungsgemäßer
Vorrichtungen an äußere Bedingungen wie z. B.
die Art und Qualität des Aufgabeguts, des Endproduktes
sowie die Art der Bearbeitung vorgenommen werden, was vor allem
bei wechselndem Aufgabegut von Bedeutung ist. Damit besitzen erfindungsgemäße
Vorrichtungen gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten einen
erheblich größeren Anwendungsbereich. Infolge
kurzer Umrüstzeiten bleibt trotz Umbau einer Vorrichtung
deren Wirtschaftlichkeit gewährleistet.
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Ein
weiterer Vorteil erfindungsgemäßer Vorrichtungen
zeigt sich bei der Durchführung von Reinigungsarbeiten,
die in der Nahrungsmittelindustrie aus hygienischen Gründen
und in der chemischen und pharmazeutischen Industrie bei jedem Produktwechsel
erforderlich sind, um die Stoffreinheit des Endprodukts sicherzustellen.
Eine einfache und schnelle Zerlegbarkeit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
ermöglicht es hier, die Maschinenkomponenten einzeln zu
reinigen, so dass auch ansonsten schlecht zugängliche Stellen
gut zu reinigen sind und sich der Reinigungserfolg einstellt. Durch
die Zerlegung in einzelne Maschinenkomponenten können diese
aufgrund ihrer geringeren Einzelgröße maschinell
innerhalb einer Reinigungsvorrichtung gereinigt werden.
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Nicht
zuletzt eröffnet eine einfache und schnelle Zerlegbarkeit
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung Vorteile bei
deren Wartung und Reparatur. Nach dem Zerlegen sind alle Maschinenbereiche gut
zugänglich und schadhafte Teile können auf einfach
Art und Weise ersetzt werden.
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Diese
Erleichterungen sorgen letzten Endes für eine Überlegenheit
der Erfindung gegenüber bekannten Vorrichtungen, nicht
nur im Hinblick auf deren wirtschaftlichen Betrieb, sondern ebenso
im Hinblick auf die Qualität der Bearbeitung und folglich
des entstehenden Produkts.
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Gemäß einer
besonderen Ausführungsform der Erfindung erstrecken sich
die Spannmittel von einer Stirnwand des Gehäuses zur anderen
und klemmen dabei ein Mantelelement, das den Rotor umschließt.
Auf diese Weise kann allein durch Lösen der Spannmittel
das Gehäuse einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
in seine Komponenten zerlegt werden. Die Spannmittel können
dabei sowohl innerhalb des Gehäusequerschnitts in entsprechenden
Bohrungen als auch klammerartig außerhalb geführt
sein.
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Ein
vergleichbarer Vorteil ergibt sich gemäß einer
anderen Ausführungsform der Erfindung, bei der Spannringe
im Bereich der Kontaktfuge der einzelnen Gehäusekomponenten
am Außenumfang des Gehäuses umlaufen. Ringförmige
Wulste am Außenumfang der einzelnen Komponenten, die paarweise zusammenliegen,
ermöglichen durch Spannen des Spannrings eine einfache
und schnell herzustellende Verbindung der einzelnen Gehäusekomponenten
untereinander.
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Unabhängig
davon kommt die einfache Zerlegbarkeit einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung in einer Ausführungsform zum Ausdruck, bei
der Teile der Antriebseinheit, nämlich das Lagergehäuse
und die darin gelagerte Antriebswelle, lediglich durch Einstecken
von außen in eine Aufnahmeöffnung in einer Gehäusewand
in Sollposition gebracht werden. Der Rotor braucht dann nur noch
von der anderen Seite auf die Antriebswelle aufgesteckt und fixiert
werden. Neben der schnellen Montage und Demontage der Antriebskomponenten
bietet diese Ausführungsform der Erfindung den zusätzlichen
Vorteil einer räumlichen Trennung der Antriebstechnik von
der Bearbeitungstechnik. Auf diese Weise kommen nicht gekapselte
Teile der Antriebstechnik zu keinem Zeitpunkt des Zerlegens der
erfindungsgemäßen Vorrichtung in den Bereich des
Bearbeitungsraumes, wo sie unter Umständen zur Verunreinigung
des Guts führen könnten. In diesem Zusammenhang
ist es zudem von Vorteil, die die Antriebseinheit aufnehmende Gehäusewand
dickwandig auszubilden, um mit dem Einsetzen der Antriebseinheit
einen biegesteifen Anschluss an das Gehäuse zu erreichen
mit dem Vorteil einer hohen Rundlaufgenauigkeit des Rotors.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Die Ausführungsbeispiele betreffen eine Vorrichtung zum
Zerkleinern von Aufgabegut in Form einer Mühle ohne die
Erfindung auf Zerkleinerungsvorrichtungen einzuschränken.
Vielmehr liegen im Rahmen der Erfindung sämtliche Vorrichtungen
der mechanischen Verfahrenstechnik, wie sie eingangs erwähnt
worden sind und die an den Sinn und Zeck der Patentansprüche
anknüpfen.
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Es
zeigt
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1 einen
Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit in das
Gehäuse integrierten Spannmitteln,
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2 einen
Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit außenliegenden
Spannmitteln,
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3 einen
Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Spannmitteln
in Form von Spannringen und
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4 einen
Querschnitt durch die in 1 dargestellte Vorrichtung entlang
der Linie IV-IV.
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Die
nachfolgenden Ausführungen erläutern die Erfindung
am Beispiel einer Mühle, die stellvertretend für
die unterschiedlichen Vorrichtungen der mechanischen Verfahrenstechnik
steht. Eine solche in den 1 und 4 dargestellte
Mühle 1 besitzt ein Gehäuse 2,
das gebildet wird von einem entlang einer Achse 3 angeordneten
hohlzylindrischen Mantelelement 4, das im vorliegenden
Beispiel von ringförmig umlaufenden Kühlkanälen 5 durchzogen
ist. Eine erste Stirnwand 6 und zweite Stirnwand 7 verschließen
unter Bildung eines Mahlraums 8 die stirnseitigen Öffnungen
des Mantelelements 4. Um ein passgenaues Zusammenfügen
zu ermöglichen, sind an der dem Mahlraum 8 zugewandten
Innenseite 9 der ersten Stirnwand 6 und Innenseite 10 der
zweiten Stirnwand 7 zur Achse 3 koaxiale Ausdrehungen
vorgenommen, in die das Mantelelement 4 mit seinem umlaufenden
Rand formschlüssig eingreift.
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Radial
nach innen in Richtung des Mahlraums 8 schließt
sich an das Mantelelement 4 eine Mahlbahn 11 an,
deren den Stator bildende Prallfläche eine axiale Riffelung
aufweist. Die Mahlbahn 11 setzt sich im vorliegenden Beispiel
aus acht Segmenten 13 zusammen, von denen jedes an seinem schmalen
Rand einen bogenförmigen Leistenabschnitt 12 aufweist,
mit dem es lagegenau in einer weiteren Ausdrehung an den Innenseiten 9 bzw. 10 der
Stirnwände 6 bzw. 7 lagegenau fixiert
ist.
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Die
erste Stirnwand 6, das Mantelelement 4 und die
zweite Stirnwand 7 besitzen sechs gleichmäßig über
den Gehäuseumfang verteilte, zur Achse 3 parallel
verlaufende, fluchtende Bohrungen 15, die in der ersten
Stirnwand 6 als Passbohrungen mit einem Innengewinde ausgeführt
sind. Jede Bohrung 15 nimmt einen Zuganker 16 auf,
dessen Gewindefuß in der ersten Stirnwand 6 verankert
ist, der im weiteren das Mantelelement 4 und die zweite
Stirnwand 7 durchdringt und mit seinem Überstand
auf der Außenseite der zweiten Stirnwand 7 mittels
einer Kappenmutter 17 gespannt ist.
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Das
Gehäuse 2 ist also lediglich von den Zugankern 16 zusammengehalten,
die die erste Stirnwand 6 und zweite Stirnwand 7 unter
Klemmung des Mantelelements 4 gegeneinander spannen. Formschlussmittel
in der Kontaktfuge zwischen erster Stirnwand 6 und Mantelelement 4 sowie
zweiter Stirnwand 7 und Mantelelement 4 gewährleisten
eine koaxiale Anordnung der einzelnen Teile.
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Die
erste Stirnwand 6 weist im Bereich der Achse 3 eine
kreisförmige Öffnung 18 auf, in welche von
außen ein zylindrisches Lagergehäuse 19 passgenau
axial eingesteckt ist. Das Lagergehäuse 19 weist
einen umlaufenden Ringflansch 20 auf, der als Anschlag
gegenüber der Außenseite der ersten Stirnwand 6 wirkt
und so die Einstecktiefe des Lagergehäuses 19 in
den Mahlraum 8 begrenzt. Durch Zwischenfügen einer
oder mehrerer nicht dargestellter Distanzscheiben ist die Einstecktiefe
einstellbar, was bei hohlkegelstumpfförmigem Gehäuse und
Rotor (nicht dargestellt) zugleich eine Weitenverstellung des Mahlspalts
erlaubt. Im Bereich des Ringflansches 20 ist das Lagergehäuse 19 mit
der ersten Stirnwand 6 verschraubt. Aufgrund der dickwandigen Ausbildung
der ersten Stirnwand 6 entsteht somit eine biegesteife
Aufnahme des Lagergehäuses 19.
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Im
Lagergehäuse 19 ist eine Antriebswelle 21 innerhalb
der Lagergruppen 22 drehbar gelagert, wobei die Rotationsachse
der Antriebswelle 21 mit der Achse 3 zusammenfällt.
Im Bereich des Austritts der Antriebswelle 21 aus dem Lagergehäuse 19 sieht man
zur Kapselung des Lagergehäuses 19 Abdichtungen 23.
Das außerhalb des Gehäuses 2 liegende Ende
der Antriebswelle 21 trägt eine Mehrrillenscheibe 24 zum
Anschluss an einen nicht weiter dargestellten Antrieb, beispielsweise
an einen Elektromotor.
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Auf
dem gegenüberliegenden Wellenzapfen 25 der Antriebswelle 21 sitzt
ein Rotor 26 mit einem zylindrischen Grundkörper 27,
von dem sich in drei axial gestaffelten Lotebenen zur Achse 3 Radialarme 28 in
einheitlichem Umfangsabstand erstrecken. In axialer Richtung sind
die drei Ebenen durch Ringkanäle 29 getrennt,
die im Bereich der Radialarme 28 verlaufen und zur Bildung
von Wirbelzonen radial nach außen offen sind.
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In
Umfangsrichtung zwischen den Radialarmen 28 erstrecken
sich über alle drei Ebenen axial fluchtende Schlitze 30,
in die Mahlplatten 31 eingesteckt sind. Die Mahlplatten 31 erstrecken
sich über die gesamte Länge des Rotors 26,
d. h. jede Mahlplatte 31 ist über ihre Länge
in den drei Ebenen zwischen jeweils zwei Radialarmen 28 gehalten.
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Die
Lagesicherung der Mahlplatten 31 in axialer Richtung erfolgt
durch Herstellung eines Formschlusses mittels einem zur Achse 3 konzentrischen ersten
Verriegelungsring 32 und einem zweiten Verriegelungsring 33,
die zu diesem Zweck im Querschnitt zwei leistenförmige
Ansätze aufweisen, von denen einer in eine Nut am schmalen
Rand der Mahlplatten 31 eingreift und der andere in eine
Nut im Bereich der Radialarme des Rotors 26. Mit nicht
weiter dargestellten Schrauben sind die Verriegelungsringe 32 und 33 am
Rotor 26 befestigt. Der erste Verriegelungsring 32 dient
gleichzeitig als Träger für gleichmäßig über
den Umfang verteilte Flügel 34, mit denen ein
Trägerluftstrom für den Materialtransport durch
die Mühle 1 erzeugt wird.
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Die
Beschickung der Mühle 1 mit Aufgabegut erfolgt über
einen Zuführkanal 38, der exzentrisch in der ersten
Stirnwand 6 angeordnet ist und an den von außen
eine Zulaufleitung 39 anschließt. Im Mahlraum 8 mündet
der Zuführkanal 38 in einen an der Innenseite 9 der
ersten Stirnwand 6 angeordneten, zum Mahlraum 8 hin
offenen Ringkanal 40. Der Ringkanal 40 läuft
konzentrisch um die Achse 3 und besitzt in Umlaufrichtung
des Rotors 26 im Bereich des Zuführkanals 38 seine
größte axiale Höhe, die im weiteren Verlauf
linear abnimmt und so dem Aufgabegut eine axiale Bewegungskomponente überträgt.
Der Ringkanal 40 ist als Ganzes aus der dickwandigen ersten Stirnseite 6 herausgearbeitet,
die also ein monolithisches Bauteil darstellt.
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Der
Materialaustrag erfolgt über einen in die zweite Stirnwand 7 integrierten
Auslauftrichter 41, der analog der Ringwand 40 als
Ganzes aus der dickwandigen zweiten Stirnwand 7 herausgearbeitet
ist. Dabei weist die Trichteröffnung zum Mahlraum 8 hin, während
die Austragsöffnung 42 konzentrisch zur Achse 3 bündig
mit der Außenseite der zweiten Stirnwand 7 endet
und an die eine Ablaufleitung 43 angeschlossen ist. Die
Durchströmrichtung des Aufgabeguts durch die Mühle 1 geben
die Pfeile 44 an.
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2 zeigt
eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die sich von
der zuvor beschriebenen lediglich in der Art der Spannmittel zwischen
erster Stirnwand 6, Mantelelement 4 und zweiter
Stirnwand 7 unterscheidet. Zu diesem Zweck sieht man in 2 mehrere
Spannbügel 45, die achsparallel zur Achse 3 entlang
des Außenumfangs des Gehäuses 2 verlaufen.
Die Bügel 45 besitzen ein erstes gekröpftes Ende 46,
das die erste Stirnwand 6 untergreift, und ein zweites
gekröpftes Ende 47, das mit einer axialen Gewindebohrung
versehen ist. In die Gewindebohrung ist eine Spannschraube 48 eingedreht,
die sich auf der Außenseite der zweiten Stirnwand 7 abstützt und
dabei das Gehäuse 2 in axialer Richtung zusammenspannt.
Durch die Anordnung mehrerer Bügel 45 ist somit
ein gleichmäßiges Zusammenspannen des Gehäuses 2 möglich.
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Eine
dritte Ausführungsform der Erfindung, die ebenfalls ein
einfaches und schnelles Zerlegen einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung erlaubt, ist in 3 gezeigt.
Die dort dargestellte Mühle 1 entspricht wiederum
der unter den 1 und 4 beschriebenen,
die sich ebenfalls lediglich in der Art der Spannmittel unterscheidet.
Bei der in 3 gezeigten Mühle 1 besitzen
die erste Stirnwand 6 und das Mantelelement 4 in
ihrer Kontaktfuge jeweils einen am Außenumfang umlaufenden
Wulst 50, die somit paarweise zu jeder Seite der Kontaktfuge
angeordnet sind. Eine entsprechende Ausbildung weisen die zweite
Stirnwand 7 und das Mantelelement 4 im Bereich
der dortigen Kontaktfuge auf. Durch die Anordnung eines im Querschnitt
U-förmigen Spannrings 51, der mit seinen beiden
Schenkeln die Wulste 50 aufnimmt, werden die erste Stirnwand 6 und
die zweite Stirnwand 7 mit dem Mantelelement 4 axial
verspannt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0226900 [0004]
- - DE 2353907 C3 [0005]