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Bei Zerkleinerungsmaschinen, die nach dem Wolfprinzip arbeiten, sind Lagerbuchsen bekannt, die in den Vorschneiderwerkzeugen und in Stützkreuzen eingebracht sind, um den mittigen Lauf der Arbeitsschnecke und der Schneidwerkzeuge gleichzeitig sicherzustellen. Prinzipiell ist es die Aufgabe der Maschinenhersteller, eine definierte und funktionssichere Lagerung für die rotierende Arbeitsschnecke vorzusehen.
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Das man um diese Verantwortung wusste, ist noch heute an älteren Maschinen zu erkennen. So sind noch Arbeitsschnecken mit sogenannter fliegender Lagerung bekannt, die lange, durchgehende Messerantriebszapfen besitzen.
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Da diese Bauart sehr material- und gewichtsintensiv ist, werden heute die Schnecken ohne richtige Lagerunterstützung meistens nur kraftseitig im Antrieb eingekoppelt.
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Damit ist maschinenbautechnisch auf der Schneidsatzseite keine funktionssichere Lagerstelle vorhanden, was eigentlich auch dort eine exakte Lagerung erforderlich machen sollte, um die nach DIN vorgegebenen Belastungen mit den Messerbunden übernehmen zu können.
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Das steht im Widerspruch der vorhandenen Durchmesser der Arbeitsschneckenwelle zur Wellenfestigkeit des Messerzapfens.
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Die technische Funktion ist im Neuzustand der Werkzeuge ohne Bearbeitungsgut gewährleistet, da jede Form der äußeren Belastung fehlt.
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Es scheint so, als seien die Wellenmitten der Arbeitsschnecke und des Messerantriebszapfens vom Antrieb bis zum Stützkreuz ohne Beeinträchtigung gesichert.
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Das ändert sich aber sofort, wenn die Funktionen der Arbeitsschnecke und der Werkzeuge des Schneidsatzes unter Last in Anspruch genommen werden.
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Jede Baugruppe benötigt eigentlich eine eigene Welle mit den dazugehörigen Lager, die sich aus den Arbeitsaufgaben und den dort entstehenden Belastungen ableiten.
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Eine gemeinsame aus den Arbeitsaufgaben und der auftretenden Kräfte abgeleitete Lagerung von Schneckenwelle und Antriebswelle der Werkzeuge ist funktionell nicht möglich.
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Die Arbeitsschnecke zieht den Rohstoff bei der Annahme seitlich außerhalb der Mitte ein. Die dadurch entstehenden Kräfte drängen sie aus der Achsmitte.
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Der Schneidsatz befindet sich in einem eigenen Gehäuse, welches achsmittig zum Schneckenwellenantrieb angeordnet ist.
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Hier sind die Schneidwerkzeuge mittig fest verspannt und werden von einem Messerzapfen angetrieben, der fest mit der Arbeitsschnecke verbunden ist.
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Prinzipiell muss man sich die Funktion des Messerzapfens so vorstellen, dass er eigentlich für eine völlig andere Funktion, nämlich die Zerkleinerung des Rohstoffes mittels angetriebener Werkzeuge dazu in die Schnecke eingekoppelt ist und mit der Lagerungsaufgabe nichts zu tun hat.
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Daraus leitet sich ab, dass es zwei Wellensyteme in einer gleichen Wirkachse gibt, die belastungstechnisch keine Gemeinsamkeiten haben.
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Die Rohstoffübergabe von der Schnecke an den Schneidsatz erzeugt durch den umlaufenden punktuellen Schub eine rotierende Verkantung mit dem Umlauf des Förderpunktes der Arbeitsschnecke gegen den Schneidsatz.
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Die auftretenden Kräfte gehen zwar vom letzten Schneckengang mit dem höchsten Druckpunkt aus, haben aber zeitlich innerhalb der 360 Grad pro Umdrehung eine ganz andere Belastungswirkung als der seitliche Versatz der Arbeitsschnecke beim Rohstoffeinzug.
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Beide Formen der Verkantung stehen im Zusammenhang mit der Schneckenrotation.
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Weil der die Werkzeuge antreibende Messerzapfen starr mit der Arbeitsschnecke verbunden ist, wird er mit für die Schneckenlagerung genutzt, d. h. der Messerantriebszapfen übernimmt so außerhalb der Schnecke die Aufgabe der zweiten Lagerstelle, obwohl seine Querschnittsgeometrie für diese Belastung gar nicht ausgelegt ist.
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Dieser Mangel zeigt sich bei der Lagerungsaufgabe im Querschnitt des Messerantriebszapfens. Er ist bedeutend kleiner als der Wellenquerschnitt der Schnecke.
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Die Querschnitte weichen mit dem Faktor 1:10 voneinander ab.
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Hier entsteht der Hauptwiderspruch im Lagerungssystem.
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Für die Rotation der Schneidwerkzeuge im Schneidsatz ist grundsätzlich nur die Kraftübertragung vom Messerzapfen vorgesehen.
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Deshalb hat er ein formschlüssiges Profil, welches auch bei den Messern vorhanden ist. Die Messer sind damit an die Bewegung der Arbeitsschnecke gekoppelt und die Lochscheiben mit den Messern wirken über den Messerbund mit dem Mittelloch der Scheiben.
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Die Einbaubedingungen für die Lochscheiben sind mit dem Schneidteilgehäuse definiert. Eine Laufmittenabweichung ist dort nicht möglich.
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Unter Belastungsbedingungen weichen die Laufmitten von Schnecke und Schneidwerkzeugen voneinander ab und es entstehen so zwei virtuelle Wellensysteme, die im Wirkverhalten gegeneinander arbeiten.
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Deshalb wirken hier die Schneckenkräfte mit höchsten Verschleiß.
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Die stabilere Schneckenwelle drängt den Messerantriebszapfen aus seiner Laufmitte, dieser verkantet durch den Formschluss die Messer und kippt diese in die fixierten Scheiben.
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Der achsversetzte bzw. verkantete Lauf der Arbeitsschnecke bewirkt durch den kurzen stützenden Auflageabstand zu den bisherigen Lagerstellen im Schneidsatzsystem und dem großen Querschnittunterschied des Messerantriebszapfens eine Knickbelastung an der Einbaustelle der Schnecke bzw. eine Aufweitung in der Schnecke durch Pressung und wegfließendem Material bis die Schnecke nicht mehr den Anforderungen entsprechend gelagert ist und sich mit dem Gehäuse zerstört.
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Die Auslenkung erzeugt an den Lagerstellen in den Werkzeugen am Messerbund und Scheibenmittelloch, Vorschneiderlager und Lager im Stützkreuz Kantenpressung mit einer hohen Reibbelastung.
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Das führt zu einer Vergrößerung der Lagerstellen und verschlechtert die Lagerwirkung oder erzeugt im Neuzustand Belastungen die bis hin zum partiellen Verschweißen an den Kanten der beteiligten Bauteile gehen können.
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In Folge der Gegenkräfte aus dem Schneidsatz zerstören sich Schnecke und Gehäuse durch immer schneller zunehmenden Verschleiß mit der funktionellen Einschränkung der Arbeitsqualität der Wolfmaschine.
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Die Schneidwerkzeuge und Lochscheiben werden in der Regel infolge von Nutzungsabtrag und Nachschliff nach relativ kurzer Nutzungszeit gegen neue Teile getauscht und der Hauptverschleiß verbleibt einseitig an Arbeitsschnecke und zugehörigem Gehäuse.
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Die Lauf- und Passgenauigkeit der Schnecken bestimmen die Arbeitsqualität bis zum Endprodukt.
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Deshalb sind deren Erhalt und der Schutz gegen Leistungsverlust vorrangig.
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Aus dieser Notwendigkeit heraus ergibt sich die Zielstellung, eine exakte Schneckenlagerung im Schneidsatz zu gewährleisten.
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Es soll eine verschleißarme Lagerung für die Schneckenwelle geschaffen werden, welche die Welle unter Belastung zentriert und bei Werkzeugnachschliff die Achsausgleichfunktion bis zum Ende der Werkzeugnutzungszeit gewährleistet.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, die Lagerung der Schneckenwelle mit einem belastungsformausgleichenden Lagersystem im Vorschneider vorzunehmen, welche die Laufmitte der Arbeitsschnecke unter den Belastungsbedingungen im Schneckenlager des Vorschneiders trotz der Seitenbegrenzung durch beidseitig angeordnete voll anliegende Werkzeuge aufrecht erhält.
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Es sollen Schwenklagerkörper mit der Möglichkeit des mehrfachen Achsausgleichs zum Abfangen zeitversetzter Belastungswirkungen als fester Bestandteil im Vorschneider eingebaut werden, die baugrößenübergreifend und in verschiedenen Kombinationen für die Schneckenlagerung ohne Kantenverschleiß angewendet werden können.
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Die Lagerpaarung soll eine Demontage und die hygienische Reinigung nach dem Standard zulassen.
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Die Aufgabe der erfindungsgemäßen Lagerung wird dadurch gelöst, dass in den Werkzeugkörper des Vorschneiders (3) Formlaufflächen für Schwenklagerkörper (4) als fester Bestandteil des Werkzeuges eingebracht werden.
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Sie sind mit einer Unterbrechung (8) der Laufkontur so gestaltet, dass die Entnahme der Schwenklagerkörper zum Austausch oder zur allseitigen Reinigung außerhalb der Wirkzone möglich ist.
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Das Besondere an der Nutzungsbedingung ist die Situation, dass der konstruktiv vorgesehene Schwenkbereich durch Nachschleifservice und Flächenabrieb im Arbeitsvorgang soweit reduziert wird, dass der oder die Schwenklagerkörper (4) bei fehlenden Achsausgleichsraum funktionsunfähig werden.
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Diese Einschränkung wird dadurch verhindert, dass der Außenbereich (5) der Schwenklagerkörper konisch gestaltet ist und damit die Ausgleichsbewegung bis zur Endnutzungsdauer gewährleistet wird.
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Die Konizität der Geometrie eines Schwenldagerkörpers beträgt 2 bis 5 Grad.
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Als zweite Form wird die formschlüssige Mitnahmeöffnung der Schwenklagerkörper in ihrer Kontur (5) für den Achsausgleich gestaltet.
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Damit kann selbst bei völligem Ausfall des äußeren Achsausgleichs innerhalb der Nutzungszeit der Werkzeuge die verschleißfreie Schneckenlagerung gesichert werden.
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Diese Doppelform des Achsausgleichs kann mit minimalen Funktionsgeometrien den Ausgleichswinkel um das Mehrfache vergrößern.
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So wird auch bei einer Blockade des äußeren Achsausgleichs bei Erreichen der Nutzungsgrenze des Werkzeugs die Lagerfunktion weiter erfüllt.
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Da neben der Rohstoffannahmebelastung durch die Arbeitsschnecke (1) auch noch im Schneidsatzsystem bei der Rohstoffübergabe eine punktuelle außermittig mitlaufende Werkzeugverkantung entsteht und diese gegenüber dem Rohstoffeinzugspunkt zeitlich im Umlaufwinkel versetzt ist, ergibt sich in der erzwungenen Laufmitte der Messerzapfenwelle ein entgegengesetzter Druckpunkt, der einen weiteren Achsausgleich erforderlich macht. Aus dem Zusammenwirken der Kräfte verformt sich der Messerantriebszapfen (2) gewissermaßen räumlich zweimal zu unterschiedlichen Zeitpunkten.
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Dieser Verformungsausgleich wird durch die doppelt angelegten Ausgleichsgeometrien gleitend übernommen, ohne eine schädliche Belastung im Schwenklagerkörper (4) zu erzeugen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Neuerung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Beschreibungen zur Wirkungsweise, sowie dem in den Zeichnungen nach 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel.
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Die Zeichnung nach 1 zeigt: eine Funktionsdarstellung der kompletten Lagerung im Schnitt
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Die Zeichnung nach 2 zeigt: die Ansicht X aus 1
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Die Zeichnung nach 3 zeigt: eine Darstellung der Lagerung mit Ausgleichsgeometrien
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Die Zeichnung nach 4 zeigt: eine Darstellung der Lagerung mit zwei Lagerkörpern
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Arbeitsschnecke
- 2
- Messerantriebszapfen
- 3
- Vorschneider
- 4
- Schwenklagerkörper
- 5
- gewölbte Innen- und Außenkonturen
- 6
- Seitenflächen
- 7
- Formschlussöffnung
- 8
- Unterbrechungen im Vorschneider
- 9
- Ausgleichsprofile
