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Die Erfindung betrifft einen Rotor einer Zerkleinerungsmaschine mit über seinen Umfang zwischen Rotorscheiben verteilt fest oder auf zur Drehachse des Rotors parallelen Schlägerstangen schwingen könnend angeordneten Zerkleinerungswerkzeugen mit mit Schlagmessern versehenden Schlägerköpfen.
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Ein solcher Rotor einer Zerkleinerungsmaschine ist bekannt,
DE 10 2009 034 457 B4 , der feste oder freischwingende Zerkleinerungswerkzeuge aufweist, wobei es nachteilig ist, dass die feststehenden Zerkleinerungswerkzeuge bei einer Überlastung der Zerkleinerungsmaschine durch zu großes oder zu widerstandsfähiges Material zu schweren Maschinenschäden führen können. Ein weiterer Nachteil des bekannten Rotors einer Zerkleinerungsmaschine besteht darin, dass er durchgehende Schlägerstangen für einzelne Werkzeugreihen im Rotor aufweist, sodass zum Austausch einzelner Werkzeuge jeweils die gesamte Schlägerstange gezogen werden muss, was einen großen Montageaufwand mit sich bringt, ebenso wie dies einen erheblichen Zeitbedarf erfordert, wodurch die Wirtschaftlichkeit der Zerkleinerungsmaschine deutlich eingeschränkt wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Rotor einer Zerkleinerungsmaschine zur Verfügung zu stellen, bei dem zu großes oder zu widerstandsfähiges Material, welches sich einer Zerkleinerung mittels der Zerkleinerungswerkzeuge des Rotors widersetzt, nicht zu einer Zerstörung des Rotors oder sogar der gesamten Zerkleinerungsmaschine führt, ebenso wie die einzelnen Zerkleinerungswerkzeuge ohne besonderen Arbeitsaufwand schnell und einfach an einen Rotor montiert und von diesem demontiert werden können sollen.
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Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des ersten Hauptanspruches in Verbindung mit den technischen Merkmalen dessen kennzeichnenden Teils dadurch, dass ein Zerkleinerungswerkzeug aus einem ortsfest im Rotor angeordneten Grundkörper und einer feststehenden Zerkleinerungseinheit oder einer freischwingen könnenden Zerkleinerungseinheit besteht, die jeweils Schlagköpfe aufweisen, die im Betrieb über eine Kreiskontur des Rotors hervorstehen und dadurch, dass der Grundkörper und die Zerkleinerungseinheit und deren Lagerung auf einer Schlägerstange zerlegbar ausgebildet sind, wobei eine feststehende Zerkleinerungseinheit mit einer Scherverbindung ausgestattet ist und ihr Schlägerkopf bei einer Überlastung entgegen der Drehrichtung des Rotors um die Schlägerstange hinter die Kreiskontur von als Abweisern ausgebildeten Schutzabdeckungen des Rotors einschwenkbar ausgebildet ist.
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Hierdurch ergibt sich zum einen, dass einzelne Zerkleinerungswerkzeuge ohne eine Demontage der Schlägerstange oder von Verriegelungsbolzen einfach austauschbar sind, sodass einzelne defekte Zerkleinerungswerkzeuge schnell gegen intakte ausgetauscht werden können, ohne jeweils die gesamte Schlägerstange ziehen zu müssen, was zu einer erheblichen Arbeitserleichterung und verminderten Stillstandzeiten der Maschine führt. Zum anderen ermöglicht die Konstruktion mit einer Scherverbindung an Zerkleinerungswerkzeugen mit einer feststehenden Zerkleinerungseinheit das Ausweichen eines Schlägerkopfes entgegen der Drehrichtung des Rotors um die Schlägerstange hinter die Kreiskontur des Rotors oder von Schutzabdeckungen des Rotors, sodass eine Zerstörung des Zerkleinerungswerkzeuges oder sogar der gesamten Zerkleinerungsmaschine bei deren Überlastung vollständig ausgeschlossen werden kann.
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Ein gemeinsamer Vorteil erwächst daraus, dass bei nur einer einzigen abgescherten Scherverbindung auch nur diese Scherverbindung als leicht auszutauschender Überlastschutz ersetzt werden muss, wodurch sich die Wirtschaftlichkeit einer damit ausgestatteten Zerkleinerungsmaschine weiter wesentlich verbessert.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich mit und in Kombination aus den nachfolgenden Unteransprüchen.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Zerkleinerungswerkzeug mit der feststehenden Zerkleinerungseinheit eine U-formartige Aufnahmeklaue im Grundkörper auf, mit der es auf einem Distanzbolzen benachbarter Rotorscheiben aufsteckbar ist, ebenso wie es der Aufnahmeklaue entgegengesetzt ausgerichtete geteilte teilkreisförmige Halteklauen eines ringförmigen Kragens der feststehenden Zerkleinerungseinheit aufweist, der ein Lager einer Schlägerstange mindestens teilweise koaxial umgibt, wobei die feststehende Zerkleinerungseinheit dem Schlägerkopf entgegengesetzt eine sich in die Ebene zwischen zwei Rotorscheiben erstreckende Momentenstütze mit einem endseitigen Stützlager aufweist, welches mittels eines Abscherelementes an dem Grundkörper festgelegt ist und im Regelbetrieb eine Drehung der Zerkleinerungseinheit um die Schlägerstange formschlüssig verriegelt. Hierdurch wird auf technisch einfache aber wirkungsvolle Art und Weise eine Überlastsicherung zur Verfügung gestellt, sodass die Zerkleinerungseinheit nach Abscherung des Abscherelementes bei Überlast durch eine Drehung um die Achse der Schlägerstange einem zur Überlast führenden Körper mit dem Schlägerkopf hinter die Kontur der Rotorscheiben ausweichen kann.
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Bevorzugterweise erstrecken sich der Schlägerkopf und die Momentenstütze der feststehenden Zerkleinerungseinheit von der Lagerung der Schlägerstange in entgegengesetzte Richtungen, wobei der Schlägerkopf ein größeres Massenträgheitsmoment um die Schlägerstange aufweist als die Momentenstütze, sodass bei einer Drehung des Rotors um die Rotorachse der Schlägerkopf, und nicht die Momentenstütze, mit einer radial nach außen gerichteten Fliehkraft belastet wird, dessen Bewegung jedoch erfindungsgemäß verhindert wird, um die Zerkleinerungsmaschine vor einer Zerstörung zu schützen.
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Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine untere Halteklauenhälfte der geteilten Halteklaue mit dem Grundkörper einteilig ausgebildet, wobei eine separate Halteklauenhälfte mit einer dazu winkligen Durchgangsöffnung für ein Befestigungselement ausgestattet ist und damit gegen die grundkörperseitige Halteklauenhälfte um den Kragen der feststehenden Zerkleinerungseinheit verspannbar ausgebildet ist, wobei es weiterhin von Vorteil ist, dass die inneren Oberflächen der teilkreisförmigen Halteklauen und die Oberfläche des Kragens aufeinander abgestimmte Reibwerte aufweisen und so gemeinsam einen Reibungsdämpfer bilden, mittels dessen Hilfe eine freie Schwingung eines abgescherten Schlägerkopfes einer feststehenden Zerkleinerungseinheit nach einer Überlastung gezielt abgedämpft werden kann, sodass die Schwingung quasi sofort abklingt, ohne dass der frei gewordene Schlägerkopf, der gegebenenfalls bereits mechanisch beschädigt sein kann, frei hin und her schwingen kann und ohne dabei gegebenenfalls benachbarte Bauteile mechanisch zu zerstören.
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Eine weitere vorteilhafte Gestaltung der Erfindung ergibt sich mit der Aufnahme einer Falle, insbesondere einer Fliehkraftfalle und/ oder auch einer federvorgespannten Falle am Grundkörper sowie einer gegenseitigen Anschlagkontur am Grundkörper und feststehender Zerkleinerungseinheit.
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Die Fliehkraftfalle verhindert, dass nach Auslösen der Scherverbindung die nun frei schwingende Zerkleinerungseinheit in einen Zustand zurückschwingen kann, in dem der Flugkreisdurchmesser der Zerkleinerungswerkzeuge größer oder gleich dem Flugkreisdurchmesser im montierten Zustand des Zerkleinerungswerkzeuges ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist am Grundkörper eine um eine Schwenkachse verschwenkbare Falle benachbart der Momentenstütze angeordnet, die eine damit korrespondierende Funktionsfläche mit einer Rastnase und einem Rastsitz aufweist, wobei die Falle bei einer Ausweichbewegung der Zerkleinerungseinheit nach einem Abscheren des Abscherelementes von der Momentenstütze gegen eine Rückstellkraft auslenkbar und nach einer Passage der Rastnase und einem Zurückschwenken der Falle die Momentenstütze oder dessen Stützlager im Rastsitz einrastet, wonach der Schlägerkopf der Zerkleinerungseinheit in einer Ausweichposition im Rotor gehalten ist, ohne von der Fliehkraft wieder radial nach außen getrieben werden zu können. Hierdurch wird zusammen mit dem Reibungsdämpfer sicher erreicht, dass eine eigentlich feststehende abgescherte Zerkleinerungseinheit sicher aus dem Betrieb genommen ist, ohne weiteren Schaden nehmen zu können. Das schädigende Zerkleinerungsmaterial kann dann aus der Zerkleinerungsmaschine entnommen werden, ohne mehr Zerstörung angerichtet zu haben, als gezielt die Abscherelemente abzuscheren, die allerdings aufgrund der erfindungsgemäßen Bauweise mit seinem leicht auszutauschenden Überlastschutz schnell und einfach wieder durch neue Abscherelemente ersetzt werden können, um die Zerkleinerungsmaschine schnellstmöglich wieder in Betrieb nehmen zu können.
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Die Falle der Momentenstütze weist dabei vorteilhaft ein exzentrisch zu einer Schwenkachse angeordnetes Fliehgewicht und/ oder eine Rückstellfeder auf, sodass die Falle nach einer Auslenkung mit einer Flieh- und/ oder Federkraft in Richtung einer Ausgangslage zurück beaufschlagt ist und dort gegen ein Bewegungsanschlag anschlägt. Auf diese Art und Weise ist die abgescherte Zerkleinerungseinheit mechanisch fest verriegelt, wobei die Verriegelung bei einer Ausführungsform mit Fliehgewichten mit steigender Drehzahl des Rotors ebenfalls ansteigt, wodurch sich auch die Verriegelungskraft erhöht. Die vom Zerkleinerungswerkzeug dabei eingenommene Ausweichposition stellt eine Position dar, in der ein Flugkreisdurchmesser des eingerasteten Schlägerkopfes des Zerkleinerungswerkzeuges stets kleiner ist als ein Flugkreisdurchmesser im montierten Betriebszustand.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist am Schlägerkopf eine Funktionsfläche ausgebildet, die bei einer Ausweichbewegung der Zerkleinerungseinheit um die Schlägerstange mit einer relativ dazu ansteigenden grundkörperfesten Funktionsfläche des Grundkörpers eine Funktionseinheit in Form einer Abbrems- und Klemmvorrichtung bildet, sodass eine abgescherte Zerkleinerungseinheit zusätzlich zur Reibungsdämpfung nicht gegen einen festen Anschlag schlägt, sondern quasi auf eine schiefe Ebene aufläuft, was dazu beiträgt, die Bewegungsenergie schnell und wirksam abzubauen, ohne dass der Rotor der Zerkleinerungsmaschine mit einem heftigen Impuls beaufschlagt wird. Die gegenseitige Anschlagkontur am Grundkörper und an der feststehenden Zerkleinerungseinheit verhindert, dass nach Auslösen der Scherverbindung die Zerkleinerungseinheit soweit ausweichen kann, dass eine Kontur der Zerkleinerungseinheit größer oder gleich dem Flugkreisdurchmesser im montierten Zustand des Zerkleinerungswerkzeuges ist.
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Zur optimalen Demontage weist die Zerkleinerungseinheit eine geteilte Aufnahme für die Schlägerstange auf, mit einem halbzylinderförmigen bauteilfesten Lageranteil und einer halbzylinderförmigen Lagerschale mit seitlichen Ausnehmungen für die Befestigungsmittel, ähnlich wie auch Pleuellagerschalen von Pleueln von Hubkolbenmotoren an Kurbelwellen wirksam und dauerhaft festgelegt werden können.
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Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
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Bezugszeichenliste
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- 1.
- Zerkleinerungswerkzeug
- 2.
- Grundkörper
- 3.
- Zerkleinerungseinheit
- 4.
- Falle
- 5.
- Halteklauenhälfte (obere)
- 6.
- Abscherelement
- 7.
- Schraube
- 8.
- Schutzabdeckung
- 9.
- U-formartige Aufnahmeklaue
- 10.
- Durchgangsbohrung
- 11.
- Durchgangsbohrung
- 12.
- Bewegungsanschlag
- 13.
- Innere Oberfläche der unteren Halteklauenhälfte
- 14.
- Innengewindebuchsen
- 15.
- Funktionsfläche
- 16.
- Ausnehmung
- 17.
- Stützlager
- 18.
- Lagerschale
- 19.
- Lagerbuchse
- 20.
- Schlägerstange
- 21.
- Rotor
- 22.
- Kragen
- 23.
- Zerkleinerungseinheit (freischwingend)
- 24.
- Funktionsfläche
- 25.
- Schlagmesser
- 26.
- oberes Klemmstück
- 27.
- vorderes Klemmstück
- 28.
- Schwenkachse
- 29.
- Anschlagfläche
- 30.
- Funktionsfläche
- 31.
- Rastsitz
- 32.
- Fliehgewicht
- 33.
- Fremdkörper/Zerkleinerungsmaterial
- 34.
- Schlägerkopf (feststehend)
- 35.
- Schlägerkopf (schwingend)
- 36.
- Lageranteil
- 37.
- Halteklauenhälfte (untere)
- 38.
- Momentenstütze
- 39.
- Distanzbolzen
- 40.
- Rotorscheibe
- 41.
- Aufnahmebuchse am Rotor
- 42.
- Durchgangsöffnung
- 43.
- Montageschraube
- 44.
- Innere Oberfläche der oberen Halteklauenhälfte
- 45.
- Rastnase
- 46.
- Befestigungsmittel
- 47.
- Vorschubvorrichtung
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- 1 eine Explosionszeichnung des Zerkleinerungswerkzeuges mit Grundkörper, feststehender Zerkleinerungseinheit, Scherverbindung, Fliehkraftfalle und Montagematerial,
- 2 eine räumliche Darstellung des zusammengebauten Zerkleinerungswerkzeuges gemäß 1,
- 3 eine Explosionszeichnung der feststehenden Zerkleinerungseinheit,
- 4 eine räumliche Darstellung der feststehenden Zerkleinerungseinheit,
- 5 eine räumliche Darstellung der freischwingenden Zerkleinerungseinheit,
- 6 eine räumliche Darstellung des Grundkörpers,
- 7 eine vergrößerte räumliche Darstellung der Fliehkraftfalle,
- 8. eine geschnittene Seitenansicht eines zusammengebauten Zerkleinerungswerkzeuges gemäß 1,
- 9 eine geschnittene Seitenansicht des Zerkleinerungswerkzeuges gemäß 1 im Zustand der Auslenkung der Fliehkraftfalle,
- 10 eine geschnittene Seitenansicht des Zerkleinerungswerkzeuges gemäß 1 im Zustand der Rückhaltung der Zerkleinerungseinheit durch die Fliehkraftfalle,
- 11 eine räumliche Ansicht des Rotors mit montierten Zerkleinerungswerkzeugen gemäß 1,
- 12 eine geschnittene Teilansicht der Zerkleinerungsmaschine mit in Arbeitsstellung befindlichen Zerkleinerungswerkzeugen, und
- 13 eine geschnittene Teilansicht der Zerkleinerungsmaschine mit in Ausweichposition befindlichen Zerkleinerungswerkzeugen.
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Der Rotor 21 einer Zerkleinerungsmaschine besteht aus gleichmäßig beabstandet voneinander angeordneten Rotorscheiben 40, die über Distanzbolzen 39 miteinander verschweißt sind, sowie aus durch alle Rotorscheiben 40 gesteckten Schlägerstangen 20, auf denen die Zerkleinerungswerkzeuge 1 montiert sind, wie dies in 11 dargestellt ist.
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Ein Zerkleinerungswerkzeug 1 mit feststehender Zerkleinerungseinheit 3, wie es insbesondere in den 1, 2, 8, 9 und 10 gezeigt ist, besteht dabei aus einem Grundkörper 2, der Zerkleinerungseinheit 3, einer als Fliehkraftfalle ausgebildeten Falle 4, zwei oberen Halteklauenhälften 5 mit Montageschrauben, einem Abscherelement 6 sowie einer Schraube 7 zur drehbaren Lagerung der Falle 4. Ein Zerkleinerungswerkzeug 1 mit einer frei schwingen könnenden Zerkleinerungseinheit 23 besteht dagegen nur aus der Zerkleinerungseinheit 23.
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Der Grundkörper 2 weist eine verschleißfeste Schutzabdeckung 8 zur Abweisung des Zerkleinerungsmaterials 33, eine klauenförmige U-formartige Aufnahmeklaue 9 zur Aufnahme in den Rotor 21, eine Verbindungseinrichtung in Form einer Durchgangsbohrung 10 zur Aufnahme des Abscherelementes 6, eine Verbindungseinrichtung in Form einer Durchgangsbohrung 11 zur Aufnahme der Falle 4, einen eingeschweißten Bewegungsanschlag 12 als Anschlag für die Falle 4 sowie eine klauenförmige Verbindungseinrichtung aus einer grundkörperfesten unteren Halteklauenhälfte 37 und einer separaten oberen Halteklauenhälfte 5 und winklig dazu eingeschweißte Innengewindebuchsen 14 zur Aufnahme der Zerkleinerungseinheit 3 in Verbindung mit den oberen Halteklauenhälften 5 auf.
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Die Rückseite der gehäusefesten unteren Halteklauenhälfte 37 ist zur Aufnahme der Zerkleinerungseinheit 3 derart gestaltet, dass sie als Anschlag mit Klemmkontur, nämlich als Funktionsfläche 15 für die Zerkleinerungseinheit 3 im Falle einer Auslösung des Abscherelementes 6 dient, dessen Schlägerkopf 34 eine damit korrespondierende Funktionsfläche 24 aufweist. Die Halteklauenhälften 5 weisen Ausnehmungen 16 als Aufnahmen auf, die in Montageposition nach unten geöffnet sind, sodass das Zerkleinerungswerkzeug 1 auf von den Rotorscheiben 40 axial vorstehenden Aufnahmebuchsen 41 aufgesetzt bzw. eingehängt werden kann, ohne gleichzeitig die Schlägerstange 20 oder Verriegelungsbolzen montieren zu müssen.
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Die Zerkleinerungseinheit 3 weist eine Verbindungseinrichtung in Form von Durchgangsbohrungen 10 zur Aufnahme des Abscherelementes 6, eine Verbindungseinrichtung in Form einer geteilten Lagerung mit zerkleinerungseinheitsfestem Lageranteil 36 und separater Lagerschale 18 zur Aufnahme einer Lagerbuchse 19 auf, über welche das Zerkleinerungswerkzeug 1 in Verbindung mit einer Schlägerstange 20 an dem Rotor 21 montiert wird und welche zusätzlich einen beidseitigen Kragen 22 zur Aufnahme der Zerkleinerungseinheit 3 in dem Grundkörper 2 bildet, die in Verbindung mit den oberen Halteklauenhälften 5 mittels Montageschrauben 43 auf den Krägen 22 verriegelt werden. Durch die geteilte Ausführung der Lagerung mit den unteren Lagerschalen 18 lässt sich das Zerkleinerungswerkzeug 1 auch ohne Demontage der Schlägerstange 20 austauschen. Die geteilte Ausführung der Lagerung mit separaten Lagerschalen 18 lässt sich auch auf eine freischwingende Zerkleinerungseinheit 23 anwenden, sodass auch diese ohne eine Demontage der Schlägerstange 20 an dem Rotor 21 montiert werden kann.
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An der Rückseite der Zerkleinerungseinheit 1 ist eine Funktionsfläche 24 ausgestaltet, welche als Anschlag mit Klemmkontur am Grundkörper 2 im Falle einer Auslösung des Abscherelementes 6 dient. Des Weiteren weist die Zerkleinerungseinheit 3 Verbindungseinrichtungen in Form von Durchgangsbohrungen zur Aufnahme des Schlagmessers 25 auf, welches durch ein oberes Klemmstück 26 und ein vorderes Klemmstück 27 gehalten wird.
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Die hier als Fliehkraftfalle ausgebildete Falle 4 weist eine Verbindungseinrichtung in Form einer Durchgangsbohrung als Schwenkachse 28 zur Aufnahme an dem Grundköper 2, eine Kontur als Anschlagfläche 29 in dem Grundkörper 2, eine Kontur als Funktionsfläche 30 zur Auslenkung der Falle 4 bei Versagen des Abscherelementes 6 und dem damit verbundenen Ausweichen der Zerkleinerungseinheit 3, eine Kontur als Rastsitz 31 zur Verhinderung des Zurückschwingens der Zerkleinerungseinheit 3 im ausgelenkten Zustand sowie angeschweißte Rundstähle als Fliehgewichte 32 zur Optimierung des Massenmittelpunktes auf, sodass die Falle 4 bei Drehung des Rotors 21 um seine Achse durch die Fliehkraft in die Position zur Verhinderung des Zurückschwingens der Zerkleinerungseinheit 3 gelenkt wird. Versagt das Abscherelement 6 durch eine Überlast an dem Schlagmesser 25, schwingt die Zerkleinerungseinheit 3 entgegen der Schnittrichtung um die Lagerbuchse 19, über welche das Zerkleinerungswerkzeug 1 in Verbindung mit einer Schlägerstange 20 an dem Rotor 21 montiert ist. Entlang der Kontur der Funktionsfläche 30 der Fliehkraftfalle 4 der Zerkleinerungseinheit 3 wird die Fliehkraftfalle 4 von dem am vorderen Ende der Momentenstütze 38 angeordneten Stützlager 17 um die als Drehachse des Abscherelementes 6 dienende Schraube 7 ausgelenkt. Aufgrund der Fliehkraft wird die Fliehkraftfalle 4 im Anschluss wieder in die Ausgangsposition zurück geschwenkt, in der die Anschlagfläche 29 am eingeschweißten Bewegungsanschlag 12 im Grundkörper 2 anliegt. Schwingt die Zerkleinerungseinheit 3 nun zurück in Richtung des montierten Zustandes, was eine Erhöhung des Flugkreisdurchmessers und damit verbundenen hohe Maschinenschäden als Folge haben könnte, so verhindert der Rastsitz 31 in Verbindung mit dem Anliegen an der Anschlagfläche 29 am eingeschweißten Bewegungsanschlag 12 im Grundkörper 2 ein Zurückschwingen in Bereiche, wo der Flugkreisdurchmesser größer oder gleich dem montierten Zustand des Zerkleinerungswerkzeuges 3 wird.
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In der 12 ist eine Zerkleinerungsmaschine in geschnittener Teilansicht mit im Rotor 21 in Arbeitsstellung befindlichen feststehenden Zerkleinerungseinheiten 3 dargestellt, die von einer Vorschubvorrichtung mit Zerkleinerungsmaterial 33 beaufschlagt wird, wobei, wie in 13 in einer geschnittenen Teilansicht gezeigt ist, bei zu widerstandkräftigem Zerkleinerungsmaterial 33 die Zerkleinerungswerkzeuge 1 der Zerkleinerungsmaschine nach einem Abscheren der jeweiligen Abscherelemente 6 in Ausweichpositionen verschwenken und dort gehalten werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009034457 B4 [0002]
