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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten von schüttfähigem Aufgabegut gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Derartige Vorrichtungen sind dem Gebiet der mechanischen Verfahrenstechnik zuzuordnen. Das Grundprinzip der Gutbearbeitung ergibt sich aus dem Zusammenwirken gegenläufig rotierender Walzen, die einen engen Walzenspalt bilden. Zu seiner Bearbeitung wird das schüttfähige Aufgabegut beim Durchgang durch den Spalt hohen Druck- und Scherkräften ausgesetzt. Der stromaufwärts des Walzenspalts liegende Bereich dient somit der Zuführung des Aufgabeguts zur Bearbeitungszone, der stromabwärtsliegende Bereich dem Gutaustrag aus der Vorrichtung nach erfolgter Materialbearbeitung. Das Aufgabegut kann vielfältiger Natur sein und reicht von relativ harten Materialien, wie zum Beispiel Mineralien bis hin zu weichem Aufgabegut in Form von Chemikalien, Nahrungsmitteln, Gummi, Kunststoff und dergleichen.
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Allgemein bekannt sind Walzenmühlen mit einem aus Längs- und Querwänden bestehenden Gehäuse, in dem sich die Walzen von einer Querwand zur gegenüberliegenden Querwand erstrecken, wo sie an deren Außenseiten in Lagern drehbar gelagert sind. Durch geeignete konstruktive Maßnahmen ist dabei sicherzustellen, dass möglichst das gesamte Aufgabegut ohne Umgehung der Bearbeitungszone dem Walzenspalt zugeführt wird.
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Zu diesem Zweck reichen die Walzen bei der in der
DE 197 15 210 A1 offenbarten Mühle mit ihren bei der Materialbearbeitung wirksamen Mantelflächen unter Einhaltung eines Dichtspalts bis hin zu den Querwänden des Gehäuses. Die sich im Zuge der Zerkleinerung relativ zu den Querwänden bewegenden Walzen nehmen das Aufgabegut auf ihrer Kreisbahn mit, was eine Reibung an den feststehenden Querwänden bedingt. Die Folgen sind einerseits ein erheblicher Verschleiß der Innenseite der Querwände und andererseits ein Wärmeeintrag in die Querwände selbst, da ein Teil der zugeführten Antriebsenergie in Reibungswärme umgewandelt wird. Diese überschüssige Wärmeenergie ist vor allem im Bereich der Lager der Walzen unerwünscht, so dass gegebenenfalls zusätzliche Maßnahmen zu deren Kühlung getroffen werden müssen, was jedoch die Maschinenkonstruktion verteuert.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bekannte Vorrichtungen im Hinblick auf deren Verschleiß und thermische Beanspruchung zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, den Anschlussbereich der rotierenden Walzen an feststehende Maschinenteile axial nach innen in Richtung zur Gehäusemitte zu verlagern. Dies gelingt erfindungsgemäß durch einen Zuführschachtschacht, dessen Begrenzung in axialer Richtung nicht durch die Querwände des Maschinengehäuses erfolgt, sondern durch Vorsehen von Schachtstirnwänden, die unter Schaffung eines Freiraums axial nach innen versetzt sind. Die Schachtstirnwände sind also im lichten axialen Abstand zu den Querwänden angeordnet.
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Durch den Freiraum zwischen der Gehäusequerwand und der Schachtstirnwand werden zunächst die oben beschriebenen thermischen Probleme behoben. Der Freiraum stellt eine thermische Isolierung für die Querwand dar, deren thermische Belastung infolgedessen geringer ausfällt. Temperaturbedingte Probleme treten daher bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in weit weniger starkem Maße auf. In vorteilhafter Weiterbildung dieses Gedankens kann der Freiraum von Kühlluft durchströmt sein, die beispielsweise durch Öffnungen im Gehäuse, insbesondere in der Querwand, zugeführt wird. Bei einer Durchströmung des Freiraums von oben nach unten unterstützt die Kühlluft zusätzlich den Materialstrom. Durch die verminderte thermische Beanspruchung ist es möglich, die Lager für die Walzen ohne Gefahr einer thermischen Überbeanspruchung an den Querwänden der Vorrichtung anzuordnen, was die Konstruktion nicht nur erheblich vereinfacht, sondern zudem kompakter macht.
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Darüber hinaus wird Material, welches durch die Anschlussspalte zwischen Schachtstirnwände und Walzen gelangt, unmittelbar und ohne weitere Vorkehrungen noch innerhalb des Gehäuses dem übrigen Materialstrom wieder zugeführt. Um dies sicherzustellen, ist der Freiraum in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung zu den Seiten und nach oben hin geschlossen.
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Zwar umfasst die Erfindung auch Ausführungsformen bei denen die Schachtstirnwände radial mit den Stirnseiten der Walzen unter Bildung eines Dichtspalts überlappen und auf diese Weise an die Walzen anschließen. Vorzugsweise schließen jedoch die Schachtstirnwände in radialer Richtung unter Einhaltung eines Dichtspalts stumpf an die Mantelfläche der Walzen an. Das eröffnet die Möglichkeit, die Walzenenden in dem frei von Aufgabegut gehaltenen Bereich anzuordnen, so dass dieser Bereich nicht der Einwirkung durch das Aufgabegut während der Materialbearbeitung ausgesetzt ist. Insbesondere bei Ausführungsformen mit Walzen, deren Mantelsegmente lediglich im Endbereich der Walzen befestigt sind, kommt dieser Umstand besonders wirkungsvoll zum Tragen, da die Befestigungsmittel in dem geschützten Bereich unversehrt bleiben und sich daher beim Wechsel der Mantelsegmente leichter lösen lassen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung offenbar werden.
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Es zeigt:
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1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung entlang der in den 2 und 3 dargestellten Linie I-I,
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2 einen Querschnitt durch die in 1 dargestellte Vorrichtung entlang der dortigen Linie II-II,
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3 einen Querschnitt durch die in 1 dargestellte Vorrichtung entlang der dortigen Linie III-III,
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4 eine Ansicht der in 1 dargestellten Vorrichtung entlang der dortigen Linie IV-IV,
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5 ein Detail des in 2 dargestellten Walzenmantels, und
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6 ein Detail des in 3 dargestellten Walzenmantels.
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Die 1 bis 4 zeigen den konstruktiven Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Man erkennt einen Maschinengrundrahmen 1, der im Wesentlichen gebildet ist von sich planparallel gegenüberliegenden Querwänden 2, die über seitlich beabstandete obere Längsholme 3 und gegenüber diesen nach innen versetzte, untere Längsholme 4 miteinander verbunden sind. Zur Bildung eines Gehäuses sind die Längsseiten des Maschinengrundrahmens 1 mit seitlichen Verkleidungen 5 bedeckt, die an die oberen und unteren Längsholme 3, 4 anschließen. Die seitlichen Verkleidungen 5 sind abnehmbar, so dass die Zugänglichkeit zum Gehäuseinneren auf jeder Längsseite der Vorrichtung zwischen dem oberen Längsholm 3 und unteren Längsholm 4 gegeben ist.
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Der Maschinengrundrahmen 1 dient zur Aufnahme eines Walzwerks 6, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel von einem Walzenpaar mit achsparallel nebeneinander liegenden, gegenläufig rotierenden Walzen 7 und 8 gebildet ist, deren Rotationsachsen mit den Bezugszeichen 9 und 10 gekennzeichnet sind. Durch Einhalten eines lichten radialen Abstandes zwischen den beiden Walzen 7, 8 ergibt sich ein die Bearbeitungszone bildender Walzenspalt. Zur drehbaren Lagerung der Walzen 7, 8 sind diese mit ihren Wellenstummeln 11 durch Öffnungen in den Querwänden 2 geführt, wo sie außerhalb des Gehäuses in Lagern gehalten sind, was im Einzelnen noch näher erläutert wird.
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Insbesondere aus den 2 und 3 sowie 5 und 6 geht der nähere Aufbau der Walzen 7 und 8 hervor. Demnach besitzen die Walzen 7, 8 jeweils einen massiven Walzengrundkörper 12, der im Querschnitt einem gleichseitigen Sechseck entspricht, wobei jede Seite des Sechsecks in axialer Richtung eine eben verlaufende Lagerfläche 13 bildet.
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Die für die Materialbearbeitung wirksame Mantelfläche 14 der Walzen 7 und 8 wird von einer Anzahl Segmenten 15 gebildet, die in achsparalleler Lage nebeneinander auf dem Walzengrundkörper 12 montiert sind. Dabei liegt jeweils ein Segment 15 mit seiner Unterseite 16 auf jeweils einer Lagefläche 13 des Walzengrundkörpers 12 auf. Die Oberseite 17 eines Segments 15 kann mit einer Profilierung versehen sein. In Umfangsrichtung bilden benachbarte Segmente 15 mit ihren axial verlaufenden Längsrändern Stoßfugen 19 aus, wodurch sich eine über den Umfang und Länge einer Walze 7, 8 geschlossene Mantelfläche 14 ergibt.
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In axialer Richtung sind die Walzen 7, 8 untergliedert in einen mittleren Abschnitt 20, der die wirksame Mantelfläche 14 bildet und mit einer Profilierung versehen ist, und zwei kurzen Endabschnitte 21, die der Befestigung der Segmente 15 an den Walzenenden dienen. Einen Querschnitt im Bereich der Endabschnitte 21 zeigt 3, aus dem hervorgeht, dass jedes Segment 15 lediglich im Bereich der Endabschnitte 21 mittels paarweise angeordneter Schrauben 22 auf die Lagerfläche 13 des Walzengrundkörpers 12 gespannt ist. Die Schraubenköpfe sind dabei in Stufenbohrungen im Segment 15 versenkt angeordnet.
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Eine hierzu alternative Ausführungsform, die jedoch zeichnerisch nicht dargestellt ist, besteht aus einem Spannring, der mit Untermaß gegenüber dem Umfang des Endabschnitts 21 hergestellt ist und axial auf den Endabschnitt 21 aufgepresst wird.
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Zur Herstellung eines kraftübertragenden Formschlusses in der Kontaktfuge zwischen Segmenten 15 und Walzengrundkörper 12 sind sowohl in die Lagerflächen 13 als auch Unterseiten 16 der Segmente 15 Formschlussmittel angeordnet. Die Formschlussmittel bestehen im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einer sich axial erstreckenden Passnut 23 in der Lagerfläche 13 und einer dazu deckungsgleichen Passnut 24 in der Unterseite 16 der Segmente 15. In den von den Passnuten 23 und 24 gebildeten kanalförmigen Hohlraum ist eine Passleiste 25 formschlüssig eingesetzt, die einerseits eine Zentrierung der Segmente 15 auf der Lagerfläche 13 bewirkt und andererseits eine kraftübertragende Verzahnung zwischen Segmente 15 und Walzengrundkörper 12 darstellt.
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Der stromaufwärts des Walzwerks 6 liegende Bereich der Vorrichtung dient der Zuführung des Aufgabeguts zu den Walzen 7 und 8 und wird von einem Zuführschacht 18 gebildet. Der Zuführschacht 18 ist begrenzt von zwei vertikalen, sich in Querrichtung gegenüberliegenden, planparallelen Schachtlängswänden 26, die mit ihrem oberen Rand jeweils entlang eines oberen Längsholms 3 befestigt sind und mit ihrem unteren Rand etwa im oberen Scheitelpunkt der Walzen 7 und 8 enden.
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In Längsrichtung wird der Zuführschacht 18 auf beiden Seiten jeweils begrenzt durch eine ebenfalls vertikal verlaufende Schachtstirnwand 27, die mit ihrem oberen Rand jeweils an einem die oberen Längsholme 3 verbindenden und an der Innenseite der Querwände 2 verlaufenden Querprofil 28 befestigt sind. Daraus ergibt sich ein lichter axialer Abstand der Schachtstirnwände 27 von den Querwänden 2, der jeweils der Querschnittsabmessung des Querprofils 28 entspricht. Die Schachtstirnwände 27 sind somit gegenüber den Querwänden 2 axial nach innen versetzt und bilden auf diese Weise einen Freiraum 49, der während der Materialbearbeitung frei von Aufgabegut bleibt. Über eine in den Querwänden 2 jeweils angeordnete Öffnung 54 kann bei Bedarf Kühlluft in den Freiraum 49 eingeleitet werden.
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Ferner ist die relative Lage der Schachtstirnwände 27 zu den Walzen 7 und 8 derart, dass die Schachtstirnwände 27 jeweils in der Lotebene zwischen dem mittleren Bereich 20 und den Endabschnitten 21 der Walzen 7, 8 liegen. Die im Bereich der Endabschnitte 21 liegenden Befestigungsmittel für die Segmente 15 sind auf diese Weise vor den schädlichen Einwirkungen des Aufgabeguts während der Materialbearbeitung geschützt.
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Da die Walzen 7, 8 länger sind als der axiale Abstand der sich gegenüberliegenden Schachtstirnwände 27, schließen die unteren Ränder 29 der beiden Stirnwände 27 unter Einhaltung eines Dichtspalts stumpf an die Mantelfläche 14 der Walzen 7, 8 an und folgen dabei jeweils der Kontur der entsprechenden Walzenumfangsabschnitte vom Walzenspalt bis zu den Schachtlängswänden 26. Jeder Rand 29 besitzt auf diese Weise zwei kreisförmig konkav verlaufende Randabschnitte. Um einen geschlossenen und für das Aufgabegut dichten Zuführschacht zu erhalten, sind die Schachtstirnwände 27 und Schachtlängswände 26 entlang der einander zugeordneten Ränder verbunden.
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Nach Durchtritt durch den Walzenspalt gelangt das Aufgabegut in den von den Verkleidungen 5 und Querwänden 2 umschlossenen und nach unten offenen Bereich des Gutaustrags 30, über den das bearbeitete Produkt aus der Vorrichtung abgezogen wird.
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Zur drehbaren Lagerung der Walzen 7, 8 sind die Querwände 2 an ihrer Außenseite jeweils verstärkt ausgebildet. Die Verstärkung umfasst an jeder Querwand 2 vor allem einen horizontalen Obergurt 31 und einen dazu parallel verlaufenden und in vertikalem Abstand angeordneten Untergurt 32, zwischen denen jeweils ein Festlager 33 zur Lagerung der Walze 7 und ein in Richtung des Festlagers 33 verschiebliches Loslager 34 zur Lagerung der Walze 8 angeordnet ist. Das Festlager 33 ist also starr an der Außenseite der Stirnwände 2 befestigt, während sich das Loslager 34 über Gleitlager 35 am Obergurt 31 und Untergurt 32 abstützt und daher in Richtung auf das Festlager 33 verschoben werden kann, so dass die Walze 7 die Festwalze und die Walze 8 die Loswalze bildet.
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Sowohl Festlager 33 als auch Loslager 34 sind als Wälzlager ausgebildet, in denen die Walzen 7, 8 mit ihren Wellenstummeln 11 drehbar gelagert sind. Jeweils einer der beiden Wellenstummel 11 einer Walze 7, 8 ist verlängert und zur Rotation der Walzen 7 und 8 mit einem nicht dargestellten Drehantrieb gekoppelt.
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Zur Positionierung der Loswalze 8 gegenüber der Festwalze 7 ist im seitlichen Bereich einer jeden Querwand 2 eine Spanneinrichtung 36 vorgesehen. Die Spanneinrichtung 36 umfasst einen Abstützrahmen mit einer oberen und unteren Tragstange 37, die in Verlängerung des Obergurts 31 und Untergurts 32 angeordnet sind. Die den Gurten 31, 32 abgewandten Enden der Tragstangen 37 sind über einen Jochträger 38 fest miteinander verbunden. Mittig an der Innenseite des Jochträgers 38 und achsparallel zwischen den Tragstangen 37 ist eine Zylinderkolbeneinheit 39 angeordnet, die sich mit ihrem starren Teil mittig an der Innenseite des Jochträgers 38 abstützt. Der bewegliche Kolben 40 der Zylinderkolbeneinheit 39 schließt an einen quer verlaufenden Steg 41 an, der mit seinen Enden wiederum zwei parallel zu den Tragstangen 37 in Richtung des Loslagers 34 vorgespannte Federelemente 42 trägt, die sich auf dem Loslager 34 abstützen und dieses in Richtung auf das Festlager 33 drücken. Mit der Spanneinrichtung 36 kann eine Verstellung des Walzenspalts durch horizontale Verschiebung des Loslagers 34 vorgenommen werden.
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Die Federelemente 42 bestehen im Wesentlichen aus zwei hohlzylindrischen Teilen, die axial ineinander eingeschoben sind. Eine vorgespannte Feder im Inneren der beiden hohlzylindrischen Teile stützt sich mit ihren Enden an den beiden Teilen ab und spannt dabei das verschiebliche Teil elastisch in Richtung auf das Loslager 34. Auf diese Weise verkörpern die Federelemente 42 eine Schutzvorrichtung für den Fall von Fremdkörpern im Aufgabegut, die aufgrund ihrer Größe den Walzenspalt nicht passieren können. Indem die Federelemente 42 bei Auftreten einer durch den Fremdkörper bedingten Spreizkraft ein seitliches Ausweichen der Loswalze 8 entgegen der Vorspannkraft ermöglichen, weitet sich der Walzenspalt kurzzeitig und der Fremdkörper wird aus der Zerkleinerungszone ausgeschieden.
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Die Festlegung des Walzenspalts erfolgt durch die Spanneinrichtung 36 im Zusammenspiel mit einstellbaren Anschlagmitteln 45, deren Aufbau vor allem in 4 gezeigt ist. Die Anschlagmittel 45 umfassen ein erstes Keilelement 48 mit einer ersten Keilfläche 50 und ein zweites Keilelement 46 mit einer zweiten Keilfläche 47. Das erste Keilelement 48 und zweite Keilelement 46 liegen mit ihren gegenläufigen Keilflächen 50 und 47 unter Bildung einer geneigten Gleitfläche aneinander an. Die den Keilflächen 50 und 47 abgewandten Seiten der Keilelemente 48 und 46 stützen sich an dem Festlager 33 bzw. dem Loslager 34 ab, wobei das zweite Keilelement 46 starr mit dem Loslager 34 verbunden ist. Das erste Keilelement 48 ist hingegen verschieblich am Festlager 33 gelagert, wozu am Festlager 33 ein Gleitlager 44 mit seitlichen Führungsflächen angeordnet ist. Auf diese Weise kann das erste Keilelement 48 innerhalb der vom Gleitlager 44 gebildeten Linearführung und entlang der von den Keilflächen 50, 47 gebildeten Gleitfläche relativ zum zweiten Keilelement 46 bewegt werden. Damit einher geht eine Bewegung der Walze 8 in Richtung der durch die Loslager 34 vorgegebenen Richtung.
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Die Relativbewegung des ersten Keilelements 48 gegenüber dem zweiten Keilelement 46 wird mittels einer Vorschubeinheit 43 erzeugt, die im Wesentlichen eine Gewindespindel 52 umfasst, deren oberes Ende in einem Drehlager 53 drehbar am Obergurt 31 verankert ist und deren gegenüberliegendes unteres Ende in eine Gewindebohrung 51 im ersten Keilelement 48 eingreift. Die Gewindespindel 52 kann manuell oder motorisch angetrieben sein und erzeugt durch Ein- oder Ausschrauben des ersten Keilelements 48 eine Bewegung des ersten Keilelements 48 relativ zum zweiten Keilelement 46 und damit eine Abstandsänderung zwischen Festwalze 7 und Loswalze 8.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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