DE102019117596A1

DE102019117596A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Zerkleinern von Flächenkörpern aus Faserverbundwerkstoffen

Info

Publication number: DE102019117596A1
Application number: DE102019117596.8A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Weissenborn Maschb GmbH; Weissenborn Maschinenbau GmbH
Current assignee: WEISSENBORN MASCHINENBAU GMBH, DE
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2019-06-28
Publication date: 2020-12-31

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung (1) zum Zerkleinern von Flächenkörpern (10) aus Faserverbundwerkstoff, mit einer Zufuhrseite (ZS), über die die Flächenkörper (10) zuführbar sind und mit einer Ausgabeseite (AS) zur Ausgabe eines Ausgabeproduktes (AP) aus den Flächenkörpern (10). Erfindungsgemäß sind ein erster Trägerkörper (11) und ein zweiter Trägerkörper (12) eingerichtet, auf denen Druckelemente (13) aufgebracht sind, und wobei zwischen den Trägerkörpern (11, 12) ein Brechspalt (14) eingerichtet ist, in den die Flächenkörper (10) eingebbar sind, und wobei mittels einer Bewegung der Trägerkörper (11, 12) zueinander die Druckelemente (13) auf gegenüberliegenden Seiten gegen die Flächenkörper (10) drückbar sind und damit Biegespannungen in den Flächenkörpern (10) erzeugen, sodass bei Überschreiten einer maximalen Biegespannung die Flächenkörper (10) zerbrechen. Weiterhin richtet sich die Erfindung auf eine Zerkleinerungsanlage (100) mit mehreren hintereinander eingerichteten Vorrichtungen (1), sowie auf ein Verfahren zum Zerkleinern von Flächenkörpern (10) mit einer solchen Vorrichtung bzw. mit einer solchen Zerkleinerungsanlage (100).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zerkleinern von Flächenkörpern aus Faserverbundwerkstoff, mit einer Zufuhrseite, über die die Flächenkörper zuführbar sind und mit einer Ausgabeseite zur Ausgabe von Ausgabeprodukten aus den zerkleinerten Flächenkörpern. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Zerkleinerungsanlage mit mehreren Vorrichtungen zum Zerkleinern von Flächenkörpern, und die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zum Zerkleinern von Flächenkörpern mit einer oder mehreren der Vorrichtungen.
STAND DER TECHNIK
Im Rahmen des Recyclings von Faserverbundwerkstoffen stellt sich die Aufgabe, Bauteile aus Faserverbundwerkstoff zu zerkleinern, um das so gebildete Ausgabeprodukt entweder weiter aufzutrennen oder um dieses einer neuen Verwendung zuzuführen. Faserverbundwerkstoffe bilden häufig Flächenkörper, beispielsweise für die oder zur Bildung von Rotoren von Windenergieanlagen, Bootsrümpfe, Sportgeräte, Maschinengehäuse, Gartenteicheinsätze und dergleichen. Um solche Bauteile nach Gebrauchsende zu zerkleinern, werden diese zunächst in ihre Bestandteile zersägt oder zerschnitten, um Flächenkörper mit einer Größe zu schaffen, die einer entsprechenden Vorrichtung zum Zerkleinern der Flächenkörper zugeführt werden können, beispielsweise mit Quermaßen von 0,5 m bis 1 m oder mit Hauptabmessungen von beispielsweise 0,5 m bis 1 m.
Die Schwierigkeit beim Zerkleinern von Flächenkörpern aus Faserverbundwerkstoff entsteht in der Regel dadurch, dass der Faseranteil, also beispielsweise Glasfaser oder Kohlefaser, eine abrasive Wirkung auf die Werkzeuge einer solchen Vorrichtung zum Zerkleinern von Flächenkörpern aufweist. So sind die Standzeiten von Schneidmessern, der aktiven Werkzeugteile eines Schredders, einer Stanzeinrichtung für den Scherschnitt und dergleichen sehr gering. Zudem ist der Energiebedarf zum Betrieb solcher Vorrichtungen sehr hoch, da Flächenkörper aus Faserverbundwerkstoff in der Regel eine hohe Festigkeit aufweisen, sodass die Zerkleinerung von Flächenkörpern aus Faserverbundwerkstoff in der Regel hohe Kräfte erfordert.
Beispielsweise beschreibt die EP 0 443 051 A1 das mechanische Aufbrechen einer Glasfaser-Polyester-Verbundstruktur mittels eines Schlagwerkes.
Die WO 93/05883 A1 beschreibt die Zerkleinerung von Faserverbundwerkstoffen mittels einer Hammermühle, und anschließend erfolgt eine weitere Trennung der Fasern vom Matrixmaterial beispielsweise mittels eines Siebes und mittels eines Luftstroms.
In der JP 2003 071 839 A wird beschrieben, dass Faserverbundwerkstoffe zunächst geschreddert und anschließend mit einer Siebmühle gemahlen werden, und die enthaltenen Fasern und das Matrixmaterial wird mittels eines Luftstromes aufgetrennt. In einer Siebmühle wird das Material üblicherweise fein gerieben und durch ein Sieb gedrückt.
Weitere Vorrichtungen zum Zerkleinern von Flächenkörpern aus Faserverbundwerkstoffen bedienen sich der Anordnung von Walzen mit einer Verzahnung auf der Umfangsfläche, wie aus der EP 1 454 673 B1 bekannt. Dabei ergibt sich ein großer Verschleiß der Zähne auf dem Umfang der Walzen, und es kann das Problem auftreten, dass Flächenkörper aus Faserverbundwerkstoff zwischen die scheibenförmigen Walzen gezogen werden, und die Walzen können darauffolgend gegeneinander verklemmen. Dadurch ergeben sich häufige Stillstände der Vorrichtung und die Standzeiten der Walzen sind nachteilhaft stark begrenzt.
Weiterhin ist der Einsatz von Querstromzerspanern zum Zerkleinern von Faserverbundwerkstoffen bekannt, wie beispielsweise in der DE 20 2015 104 540 U1 beschrieben. Derartige Querstromzerspaner, die in der Regel auf dem Prinzip einer rotierenden Kette beruhen und die Flächenkörper in einem geschlossenen Raum zerschlagen, sind in ihrem Betrieb sehr energieintensiv und die Beschaffenheit und die Größe der Ausgabeprodukte aus den zerkleinerten Flächenkörpern aus Faserverbundwerkstoff ist nicht wahlweise einstellbar bzw. diese können nicht etwa in einer gebildeten Zwischengröße wahlweise entnommen werden.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung einer Vorrichtung zum Zerkleinern von Flächenkörpern aus Faserverbundwerkstoff, sowie die Schaffung einer Zerkleinerungsanlage hierzu und die Ausführung eines entsprechenden Verfahrens zum Betrieb einer oder mehrerer solcher Vorrichtungen, wobei die Vorrichtung eine möglichst große Standzeit der aktiven Werkzeuge aufweisen soll. Zudem ist es wünschenswert, dass die Vorrichtung mit einem niedrigen Energieaufwand betrieben werden kann. Darüber hinaus soll die Vorrichtung so beschaffen sein, dass die Form, Größe und Eigenschaft des Ausgangsproduktes aus den zerkleinerten Flächenkörpern aus Faserverbundwerkstoff auswählbar ist, insbesondere um die Ausgabeprodukte einer weiteren Verwendung zuzuführen.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, ausgehend von einer Zerkleinerungsanlage gemäß Anspruch 11 und ausgehend von einem Verfahren gemäß Anspruch 14 mit den jeweils kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß sind ein erster Trägerkörper und ein zweiter Trägerkörper der Vorrichtung eingerichtet, auf denen Druckelemente aufgebracht sind, und wobei zwischen den Trägerkörpern ein Brechspalt eingerichtet ist, in den die Flächenkörper einbringbar sind, und wobei mittels einer Bewegung der Trägerkörper zueinander die Druckelemente auf gegenüberliegenden Seiten gegen die Flächenkörper drückbar sind und damit Biegespannungen in den Flächenkörpern erzeugen, sodass bei Überschreiten einer max. Biegespannung die Flächenkörper zerbrechen.
Der Kerngedanke der Erfindung liegt in der Vermeidung von Messern zur Zerkleinerung von Flächenkörpern aus Faserverbundwerkstoff, und es werden auch keine Werkzeugelemente zum Einsatz gebracht, die eine Oberflächenabrasion oder ein gezieltes Trennen von Teilen des Flächenkörpers mit einer Trennbewegung erzeugen, um die Flächenkörper aus Faserverbundwerkstoff zu zerkleinern. Der Kerngedanke richtet sich nämlich darauf, im Flächenkörper gezielt an einer Vielzahl von Druckstellen gleichzeitig im Verbundmaterial die max. Biegespannung lokal zu überschreiten, sodass der Flächenkörper wenigstens einfach und vorzugsweise vielfach zerbricht.
Dabei ist es nicht zwingend notwendig, dass beim Zerbrechvorgang der Flächenkörper in mehrere Einzelteile zerfällt, da die Möglichkeit besteht, die Vorrichtung auch mit mehr als zwei Trägerkörper-Paaren auszustatten, sodass in nachfolgenden Prozessschritten und damit erst zu einem späteren Zeitpunkt eine vollständige Trennung von Teilelementen der Flächenkörper voneinander erzeugt wird.
Durch das aufeinander zu und voneinander weg - Bewegen der Trägerkörper mit den darauf angebrachten Druckelementen werden diese auf gegenüberliegenden Seiten der Flächenkörper auf diesen aufgedrückt und es entstehen im Brechspalt zwischen den Trägerkörpern Biegespannungen im Flächenkörper, die die max. Biegespannung der Verbundkörpers überschreiten und in diesem zu einem Bruch führen.
Der Bruch kann dabei nur lokal in den Druckstellen der Druckelemente erfolgen oder der Bruch pflanzt sich im Flächenkörper wenigstens abschnittsweise fort und wandert beispielsweise von Druckelement zu Druckelement durch den Flächenkörper, sodass Risse im Flächenkörper erzeugt werden, die in späteren Prozessschritten weiter aufgeweitet werden, bis schließlich der Flächenkörper in mehrere Einzelteile gebrochen ist, sodass dieser zerkleinert ist und nur noch eine Anzahl von Ausgabeprodukten, beispielsweise in Form einzelner Bruchstücke vorliegt.
Die Flächenkörper können beispielsweise Kantenlängen von bis zu 1 m aufweisen und die Flächenkörper können Faserverbundwerkstoffe mit einer Dicke von beispielsweise mehreren Millimetern aufweisen. Werden Flächenkörper beispielsweise mit einer Kantenlänge von 0,5 m bis 1,0 m und einer Dicke von beispielsweise 1 mm bis 6 mm über die Zuführseite in den Brechspalt zwischen den Trägerkörpern eingegeben, so kann eine große Anzahl von Druckelementen auf jeweils gegenüberliegenden Seiten des Flächenkörpers aufgedrückt werden, wobei die Bewegung des Trägerkörpers diskontinuierlich oder kontinuierlich erfolgen kann, abhängig von der Ausführungsform des Trägerkörpers mit den Druckelementen.
Die Zufuhr der Flächenkörper kann diskontinuierlich oder kontinuierlich erfolgen, und beispielsweise ist es möglich, die Trägerkörper als Platten auszuführen, sodass sich der Brechspalt verkleinert und wieder vergrößert. Erfindungsgemäß besteht auch die Möglichkeit, die Trägerkörper als Zylinderwalzen auszuführen, die parallel zueinander rotieren und damit zudem die über die Zuführseite eingegebenen Flächenkörper einziehen können und es erfolgt ein Transport von der Zuführseite an die Ausgabeseite der Vorrichtung.
Beispielsweise sind die Druckelemente auf den Trägerkörpern angeordnet, diese können jedoch auch, zumindest teilweise, in den Trägerkörpern integriert sein, sodass ein Abschnitt der Druckelemente über der Oberfläche des Trägerkörpers hinausragt und ein Abschnitt der Druckelemente erstreckt sich bis unter die Oberfläche des Trägerkörpers, wobei die Oberfläche des Trägerkörpers in Richtung des Brechspaltes weist. Jedenfalls ist es vorteilhaft, wenn die Druckelemente so auf den Trägerkörpern angeordnet sind, dass diese in Richtung zum gegenüberliegenden Trägerkörper über der Oberfläche der Trägerkörper hervorstehen. Wenn die Trägerkörper aufeinander zu bewegt werden oder gegenläufig und parallel zueinander rotieren, ist es auch denkbar, dass die Druckelemente in Öffnungen oder Vertiefungen in der gegenüberliegenden Trägerplatte wenigstens teilweise eintauchen.
Mit weiterem Vorteil sind die Druckelemente auf den sich gegenüberliegenden Trägerkörpern versetzt zueinander angeordnet, sodass diese bei einer Bewegung der Trägerkörper zueinander versetzt ineinandergreifen. Insbesondere weisen die auf den Trägerkörpern aufgebrachten Druckelemente eine Matrixanordnung auf, sodass die Druckelemente vom ersten Trägerkörper sich mittig zwischen die Druckelemente auf dem zweiten Trägerkörper hineinbewegen, wenn die Trägerkörper zueinander bewegt werden.
Eine vorteilhafte Variante bilden Druckelemente, die aus Kugelkörpern oder mittels eines Abschnittes einer Kugel bzw. eines Kugelkörpers oder eines kugelähnlich geformten Körpers hergestellt sind. Sind Druckelemente mittels Kugelkörpern gebildet, können diese beispielsweise über den halben Kugeldurchmesser oder über einen Teil- Kugeldurchmesser in den Trägerkörper eingebracht sein, sodass die Druckelemente in Form von Halbkugeln oder Teilkugelkörpern über der zum Brechspalt hin weisenden Oberfläche des Trägerkörpers hervorstehen. Denkbar ist dabei selbstverständlich auch eine Anordnung der Kugeln auf der aktiven Oberfläche des Trägerkörpers, die so gestaltet ist, dass die Kugeln mit einem größeren Abschnitt über der Oberfläche des Trägerkörpers hervorstehen.
Beispielsweise sind die Druckelemente in die Trägerkörper eingeschraubt und/oder diese weisen einen Grundabschnitt und einen einseitig ausgebildeten Druckabschnitt auf, und wenigstens der Druckabschnitt der Druckelemente steht über der aktiven Oberfläche des Trägerkörpers hervor.
Dabei besteht vorteilhaft die Möglichkeit, dass der endseitig ausgebildete Druckabschnitt der Druckelemente eine Kugelkalotte, einen Kegelspitz mit balliger Mantelfläche oder eine Kugelspitze mit gerader Mantelfläche bildet. Selbstverständlich können auch weitere geometrische Ausgestaltungen des endseitig ausgebildeten Druckabschnittes der Druckelemente vorgesehen werden, beispielsweise Kegelstümpfe, Pyramiden oder Pyramidenstümpfe, oder die Druckabschnitte der Druckelemente sind mit von geometrischen Grundformen abweichender Form ausgestaltet.
Gemäß eines ersten vorteilhaften Ausführungsbeispiels zur Bildung der Trägerkörper können diese mittels transversal bewegbarer Trägerplatten gebildet sein, sodass der Brechspalt in einer planaren Ebene zwischen den Trägerplatten ausgebildet ist. Beispielsweise kann dann wenigstens eine Trägerplatte mit einem Kurbeltrieb in Verbindung stehen, der die Trägerplatte hubbeweglich antreibt und somit den Brechspalt gegen die zweite Trägerplatte kontinuierlich öffnet und schließt.
Nach einer zweiten Form sind die Trägerkörper mittels in ihren Rotationsachsen gegenläufig drehbaren Trägerwalzen gebildet, sodass der Brechspalt in einem Bereich zwischen den Trägerwalzen ausgebildet ist. Die Druckelemente befinden sich dabei auf der zylindrischen Außenfläche der Trägerwalze und diese können in ihren Positionen so ausgebildet sein, dass die Druckelemente auf der ersten Trägerwalze in die Zwischenräume zwischen den Druckelementen auf der zweiten gegenläufig bewegten Trägerwalze versetzt ineinander greifen.
Zur Regulierung des Brechspaltes ist vorteilhafterweise wenigstens ein Trägerkörper mittels einer vorzugsweise hydraulischen Federeinrichtung aufgenommen, wobei selbstverständlich auch beide Trägerkörper mit jeweiligen hydraulischen Federeinrichtungen aufgenommen werden können. Steigt die Kraft zwischen den Trägerkörpern über ein vorher bestimmtes Kraftmaximum an, so kann der Brechspalt über die hydraulische Federeinrichtung vergrößert werden, wodurch ein sofortiges Absenken der Prozesskraft erreicht wird. Dadurch wird der frühzeitige Verschleiß der aktiven Elemente der Vorrichtung vermieden, insbesondere der Druckelemente, und der Trägerkörper sowie der für die Bewegung der Trägerkörper vorgesehenen Einrichtung werden nicht überbelastet.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, Flächenkörper aus Faserverbundwerkstoff zu zerkleinern, ohne dass ein nennenswerter Verschleiß an den aktiven Werkzeugen die Folge ist. Zudem konnte in Versuchen festgestellt werden, dass für den Betrieb der erfindungsgemäß ausgeführten Vorrichtung ein geringerer Energiebedarf notwendig ist als für den Betrieb von Schneidanlagen oder von Querstromzerspanern.
Der Ansatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darin zu sehen, die spröden Werkstoffeigenschaften der Faserverbundwerkstoffe durch einen Brechvorgang zur Erzielung der Zerkleinerung auszunutzen. Faserverbundwerkstoffe weisen in der Regel eine Matrix auf, in der Faserwerkstoffe eingebunden sind, beispielsweise Glasfasern, Aramidfasern, Kohlenstofffasern oder Naturfasern.
Die Matrix kann gebildet sein aus beispielsweise Duroplasten, Thermoplasten, und es können Polyester, ungesättigte Polyester, Polymere oder sonstige Matrixwerkstoffe an der Bildung der Flächenkörper aus Faserverbundwerkstoffen einzeln oder kombiniert beteiligt sein. Insbesondere können Flächenkörper aus Faserverbundwerkstoff mit ausgehärteten Glasfaserverbundwerkstoffen oder Kohlefaserverbundwerkstoffen eingegeben werden oder es werden nicht ausgehärtete Verbundwerkstoffe eingegeben, bei denen das Prinzip des Brechens durch Überschreitung von max. Spannung ebenfalls funktioniert, um Flächenkörper zu zerkleinern.
Flächenkörper im Sinne der Erfindung sind Körper mit einer flächigen Erstreckung, die jedoch auch dreidimensionale Anformungen aufweisen können. Insbesondere dann, wenn die Vorrichtung so ausgebildet ist, dass der Brechspalt sehr groß gewählt werden kann, können auch Flächenkörper mit dreidimensionaler Struktur in die Vorrichtung über die Zuführseite eingegeben werden, und durch das Bewegen der Trägerkörper kann die dreidimensionale Struktur aufgehoben werden und werden die Trägerkörper aufeinander zu bewegt. Um den Brechspalt herzustellen bzw. entsprechend zu verkleinern, so kann die dreidimensionale Struktur des Brechkörpers infolge des kleiner werden den Brechspaltes auch auf eine im Wesentlichen zweidimensionale Struktur reduziert werden.
Alternativ oder im Sinne einer Weiterbildung der Erfindung können die Druckelemente einteilig mit den Trägerkörpern ausgebildet sein und/oder es ist vorgesehen, dass die Druckelemente als Einzelteile ausgebildet und an den Trägerkörpern mit Befestigungsmittelen oder stoffschlüssig angeordnet sind. Eine weiterführende Ausführungsform einer Anordnung von Druckelementen an den Trägerkörpern wäre im Rahmen der Erfindung dann gegeben, wenn die Druckelemente als Leisten mit einer Längserstreckung und einem beliebigen Querschnitt quer zur Längserstreckung ausgebildet sind, z.B. mit einem Rechteckquerschnitt, einem Rundquerschnitt oder mit einer balligen Teiloberfläche. Komplementär zu den Leisten können auf einem gegenüberliegenden Trägerkörper Vertiefungen vorgesehen sein, in die die Leisten beim Zusammenfahren der Trägerkörper eintauchen. Zwischen den Vertiefungen bilden sich dann hervorstehende Materialbereiche des Trägerkörpers, die sodann eine entartete Form von Druckelementen bilden, die aber im Sinne der Erfindung ebenfalls unter den Wortlaut des Begriffes der Druckelemente fallen.
Die Erfindung richtet sich weiterhin auf eine Zerkleinerungsanlage zum Zerkleinern von Flächenkörpern aus Faserverbundwerkstoff, aufweisend wenigstens zwei aufeinander folgend eingerichteten Vorrichtungen, die wie vorstehend beschrieben ausgebildet sind, wobei die erste Vorrichtung zur Zerkleinerung von Flächenkörpern in gröbere Ausgangsprodukte dient und wobei die wenigstens eine nachfolgende Vorrichtung zur Zerkleinerung von Flächenkörpern in feinere Ausgabeprodukte dient, und wobei die Ausgabeprodukte der ersten Vorrichtung in die Zufuhrseite der nachfolgenden zweiten Vorrichtung aufgebbar sind.
Beispielsweise können zwei, drei oder auch deutlich mehr Vorrichtungen in einer aufeinander folgenden Aufstellung betrieben werden, und eine nachfolgende Vorrichtung nimmt die Aufgabeprodukte der vorhergehenden Vorrichtung über die Zuführseite auf und setzt die Zerkleinerung der Flächenkörper weiter fort.
Das Prinzip der Zerkleinerungsanlage mit mehreren Vorrichtungen bietet den Vorteil, dass Ausgabeprodukte verschiedener Bruchgröße auch zwischen den Vorrichtungen entnommen werden können, und das Ausgabeprodukt der letzten Vorrichtung kann selbstverständlich weiterverarbeitet werden, beispielsweise mittels Mühlen oder Trennsystemen zum Trennen von Matrix und Faser.
Häufig ist eine vollständige Trennung von Matrix und Faser aber nicht gewünscht, und es können Ausgabeprodukte Verwendung finden als Füllstoff für den Mineralguss, insbesondere den Betonguss, für den Straßenbau und dergleichen. Insbesondere dann, wenn mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und der erfindungsgemäßen Zerkleinerungsanlage Bruchstücke von Flächenkörpern aus Faserverbundwerkstoff erzeugt werden, die als Ausgabeprodukte zwischen den Vorrichtungen vorliegen, und die Größen aufweisen mit Abmessungen von beispielsweise 20 mm bis 80 mm, können diese für die Bautechnik, insbesondere für den Mineralguss oder für den Straßenbau vorteilhaft Verwendung finden.
Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, zwischen den Vorrichtungen Siebeinrichtungen vorzusehen, und liegen die Flächenkörper als Ausgabeprodukte aus einer Vorrichtung nicht wie gewünscht zerkleinert vor, kann durch die Siebeinrichtung eine Rückführung an die Zufuhrseite der vorangegangenen Vorrichtung erfolgen.
Vorteilhafterweise sind mit den aufeinander folgenden Vorrichtungen jeweils fortschreitende Zerkleinerungsschritte ausführbar, wobei die Druckelemente der Vorrichtungen der nachfolgenden Zerkleinerungsstufen kleinere Abmessungen aufweisen können. Zudem besteht die Möglichkeit, dass die Trägerkörper insbesondere dann, wenn diese mittels in ihren Rotationsachsen gegenläufig drehbaren Trägerwalzen gebildet sind, mit späteren Zerkleinerungsstufen kleinere Durchmesser aufweisen. Damit sind die Vorrichtungen nicht alle zueinander gleich ausgebildet, um die Zerkleinerungsanlage zu bilden, und in den hinteren, späteren Stufen können die Vorrichtungen kleinere Druckelemente und kleinere Trägerwalzen aufweisen.
Die Erfindung richtet sich weiterhin auf ein Verfahren zum Zerkleinern von Flächenkörpern aus Faserverbundwerkstoff mit wenigstens einer Vorrichtung, die eine Zufuhrseite aufweist, über die die Flächenkörper der Vorrichtung zugeführt werden und mit einer Ausgabeseite, auf der Ausgabeprodukte aus den Flächenkörpern ausgegeben werden, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen eines ersten Trägerkörpers und eines zweiten Trägerkörpers, auf denen Druckelemente aufgebracht sind; Anordnen der Trägerkörper zueinander, sodass ein Brechspalt zwischen den Trägerkörpern gebildet wird; Eingabe der Flächenkörper in den Brechspalt; Bewegen der Trägerkörper zueinander, sodass die Druckelemente auf gegenüberliegenden Seiten gegen die Flächenkörper drücken und Erzeugen von Biegespannungen in den Flächenkörpern mittels dem Eindrücken der Druckelemente in den Flächenkörper, sodass bei Überschreiten einer maximalen Biegespannung die Flächenkörper zerbrechen.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens werden wenigstens zwei Vorrichtungen in einer Anordnung hintereinander betrieben, wobei eine erste Vorrichtung Flächenkörper in gröbere Ausgabeprodukte zerkleinert und wobei eine zweite Vorrichtung Flächenkörper in feinere Ausgabeprodukte zerkleinert, wobei die Ausgabeprodukte der ersten Vorrichtung in die Zufuhrseite der nachfolgenden, zweiten Vorrichtung aufgegeben werden.
Figurenliste
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:

1 ein Beispiel einer Vorrichtung zum Zerkleinern von Flächenkörpern mit Trägerkörpern, die mittels transversal bewegbarer Trägerplatten gebildet sind,
2 ein Beispiel einer Vorrichtung zum Zerkleinern von Flächenkörpern aus Faserverbundwerkstoff mit Trägerkörpern, die mittels in ihren Rotationsachsen gegenläufig drehbaren Trägerwalzen gebildet sind,
3 eine weitere, perspektivische Ansicht einer Vorrichtung mit Trägerkörpern, die aus Trägerwalzen gebildet sind,
4 verschiedene Ansichten von Druckelementen zur Bildung der aktiven Werkzeugteile und zur Anbringung an den Trägerkörpern,
5 eine Ansicht zweier Trägerkörper mit einer abgewandelten Form von Druckelementen und
6 eine Ansicht einer Zerkleinerungsanlage zum Zerkleinern von Flächenkörpern aus Faserverbundwerkstoff mit mehreren hintereinander angeordneten Vorrichtungen.

1 stellt eine Vorrichtung 1 zum Zerkleinern von Flächenkörpern 10 aus Faserverbundwerkstoff dar. Die Vorrichtung 1 weist einen ersten Trägerkörper 11 und einen zweiten Trägerkörper 12 auf, die dazu eingerichtet sind, gegeneinander eine Bewegung auszuführen, wie mit den Doppelpfeilen gezeigt. Das Ausführungsbeispiel zeigt die Trägerkörper 11 und 12 aus Trägerplatten 21, und aufgrund der Plattenform der Trägerkörper 11 ist die auszuführende Bewegung eine Hubbewegung, sodass die beiden Trägerkörpern 11 und 12 aufeinander zu und voneinander weg bewegt werden, wobei alternativ auch nur einer der Trägerkörper 11 oder 12 bewegt werden muss. Damit öffnet und schließt sich insbesondere periodisch ein Brechspalt 14 zwischen den Trägerplatten 21, in den der Flächenkörper 10 zu dessen Zerkleinerung eingebracht ist.
Auf der Oberfläche der beiden Trägerkörper 11, 12 sind Druckelemente 13 aufgebracht, die beispielhaft als Kugeln 15 ausgebildet sind. Die Trägerplatten 21 sind in einer zusammengefahrenen Position gezeigt, sodass der Flächenkörper 10 mehrfach lokal gebogen wird, und durch die Biegung entstehen lokal überhöhte Biegespannungen im Flächenkörper 10, durch die Bruchstellen 25 erzeugt werden.
Durch das spröd-harte Verhalten von Flächenkörpern 10 aus Faserverbundwerkstoff werden in den Bruchstellen 25 Bruchschäden hervorgerufen, sodass insbesondere bei aufeinander folgenden Zerkleinerungsvorgängen in derselben Vorrichtung 1 oder in nachfolgenden Vorrichtungen 1 aus dem Flächenkörper 10 Bruchstücke erzeugt werden, die als Ausgabeprodukte aus der Vorrichtung 1 ausgegeben werden können.
Die als Kugeln 15 ausgeführten Druckelemente 13 sind beispielhaft auf der Oberfläche der Trägerplatten 21 aufgebracht, und im zusammengefahrenen Zustand der Trägerplatten 21 greifen die Kugeln 15 versetzt ineinander, sodass eine Wellenform im Flächenkörper 10 erzeugt wird, durch die schließlich die Bruchstellen 25 hervorgerufen werden.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit den Trägerkörpern 11 und 12, die in Abwandlung zum Ausführungsbeispiel gemäß 1 als Trägerwalzen 23 ausgeführt sind, die in ihren Rotationsachsen 22 gegeneinander rotierbar sind, wie durch Pfeile gezeigt.
Auf der zylinderförmigen Außenumfangsfläche der Trägerwalzen 23 sind Druckelemente 13 in einer Matrixanordnung befestigt, die beispielhaft ebenfalls als Kugeln 15 ausgeführt sind. Die Druckelemente 13 können auch einteilig mit dem Trägerkörper 11, 12 ausgebildet sein, etwa mittels einer dreidimensionalen Oberflächentopographie der aktiven Seite der Trägerkörper 11, 12.
Die Trägerwalzen 23 sind so zueinander angeordnet, dass zwischen den Trägerwalzen ein Brechspalt 14 gebildet wird, und über eine Zufuhrseite ZS wird der beispielhaft dargestellte Flächenkörper 10 aus Faserverbundwerkstoff zugeführt. Zwischen den Kugeln 15 der beiden Trägerwalzen 23 wird durch das Ineinandergreifen der Kugeln die max. Biegespannung des Flächenkörpers 10 überschritten, sodass in diesen Bereichen des Brechspaltes 14 die Bruchstellen 25 erzeugt werden. Über die Ausgabeseite AS kann der zerbrochene Flächenkörper 10 als Ausgabeprodukt den Brechspalt 14 wieder verlassen.
Die rechte Trägerwalze 23 ist beispielhaft ortsfest in der Rotationsachse 22 gelagert, und die linke Trägerwalze 23 ist in einer Weise in der Rotationsachse 22 aufgenommen, in der diese auf die rechte Trägerwalze 23 zu und von dieser wegbewegt werden kann. Hierzu dient eine hydraulische Federeinrichtung 24, die in nicht näher gezeigter Weise eine Verkleinerung und eine Vergrößerung des Brechspaltes 14 ermöglicht, sodass Kraftüberhöhungen zwischen den Trägerwalzen 23 mittels einer nicht näher gezeigten Zusatzeinrichtung, insbesondere einer Steuerung, vermieden werden.
3 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung mit Trägerkörpern 11, 12, die wiederum als Trägerwalzen 23 ausgeführt sind, und auf der Außenumfangsfläche der Trägerwalzen 23 sind Druckelemente 13 aufgebracht. Oberhalb der Zufuhrseite ZS befindet sich ein Aufgabetrichter 26, über den die Flächenkörper 10 in den Brechspalt 14 eingegeben werden können. Auf der Aufgabeseite AS verlassen sodann die Ausgabeprodukte AP den Brechspalt 14, und die Ausgabeprodukt AP können beispielsweise zerkleinerte Bruchstücke der Flächenkörper 10 bilden.
In Abwandlung zu den Druckelementen 13 aus den Ausführungsbeispielen gemäß der 1, 2 und 3 zeigt 4 Druckelemente 13 in verschiedenen Ausführungsformen. Die Druckelemente 13 gemäß den Ausführungsformen (a), (b) und (c) weisen einen Gewindeabschnitt 27 auf, über den die Druckelemente 13 in den Trägerkörpern 11 und 12 eingeschraubt werden können. An den Gewindeabschnitt 27 schließt sich ein Grundabschnitt 16 an, und am frei hervorstehenden oberen Ende weisen die Druckkörper 13 Druckabschnitte 17 auf, die verschiedenartig ausgeführt sind.
Gemäß 4a ist der Druckabschnitt 17 in Form einer Kugelkalotte 18 ausgebildet, die sich an den Grundabschnitt 16 anschließt. 4b zeigt einen Druckabschnitt 17 in Form einer Kegelspitze 18 mit balliger Mantelfläche und 4c zeigt einen Druckabschnitt 17 mit einer Kegelspitze 20 mit gerader Mantelfläche. Selbstverständlich sind weitere Formen von Druckelementen 13 und den Druckabschnitten 17 möglich und vorteilhaft einsetzbar.
5 zeigt eine weitere Form der Trägerkörper 11 und 12 in Form von Trägerplatten 21, und die Druckelemente 13 sind abgewandelt ausgebildet. Es ist vorgesehen, dass die Druckelemente 13 nicht als Einzelteile ausgebildet und an den Trägerkörpern 11, 12 mit Befestigungsmittelen oder stoffschlüssig angeordnet sind, sondern die Druckelemente 13 sind einteilig und beispielsweise damit auch materialeinheitlich an den Trägerkörpern 11, 12 angeformt. Eine weiterführende Ausführungsform einer Anordnung von Druckelementen 13 an den Trägerkörpern 11, 12 wäre im Rahmen der Erfindung dann gegeben, wenn die Druckelemente 13 als Leisten mit einer Längserstreckung und einem beliebigen Querschnitt quer zur Längserstreckung ausgebildet und an einem oder an beiden Trägerkörpern 11, 12 aus Einzelteile angebracht sind, z.B. mit einer balligen Teiloberfläche.
Komplementär zu den Leisten sind auf dem gegenüberliegenden Trägerkörper 12 Vertiefungen vorgesehen, in die die Leisten beim Zusammenfahren der Trägerkörper 11, 12 eintauchen. Zwischen den Vertiefungen bilden sich dann hervorstehende Materialbereiche des Trägerkörpers, die damit eine entartete Form von Druckelementen 13 bilden, die aber im Sinne der Erfindung ebenfalls unter den Wortlaut des Begriffes der Druckelemente 13 fallen.
Alternativ kann die in 5 gezeigte Ausführungsform der Druckelemente 13 auch auf Trägerwalzen Anwendung finden, sodass die Druckelemente 13 in ihren abgewandelten Ausführungen aus 5 auch auf Trägerwalzen 23 gemäß 2 Anwendung finden können. Nach einer noch weiteren Alternative kann ein Trägerkörper 11 als Druckwalze und ein Trägerkörper 12 als Trägerplatte in nur einer Vorrichtung ausgeführt sein, sodass die Trägerwalze beispielsweise auf der Oberfläche der Trägerplatte abrollt, wodurch die Bewegung zwischen den Trägerkörpern hergestellt wird. Sind dann die Druckelemente 13 gemäß 5 mit Leiten und Vertiefungen mit zwischen diesen ausgebildeten Materialabschnitten zur Bildung der Gegen-Druckelemente ausgeführt, kann auch ein effektives Zerbrechen der Flächenkörper 10 aus Faserverbundwerkstoff erreicht werden.
6 zeigt eine Zerkleinerungsanlage 100 mit mehreren Vorrichtungen 1, die in einer Weise hintereinander folgend angeordnet sind, sodass mehrere Zerkleinerungsstufen I bis VI entstehen.
Ein Flächenkörper 10 wird über eine Zufuhrseite ZS der Vorrichtung 1 gemäß der ersten Zerkleinerungsstufe I zugeführt, und der Flächenkörper 10 wird auf vorstehend beschriebene Weise sodann zwischen zwei Trägerwalzen 23 zerkleinert. Über ein Förderband 29 gelangt das zerkleinerte Faserverbundmaterial in eine Vorrichtung 1, die eine zweite Verkleinerungsstufe II bildet. Der Faserverbundwerkstoff wird sodann wieder mit weiteren Trägerwalzen 23 zerkleinert und gelangt über ein nächstes Förderband 29 zu einer weiteren Vorrichtung 1, die die Zerkleinerungsstufe III bildet.
Auf diese Weise werden beispielhaft sechs Zerkleinerungsstufen mit dazwischenliegenden Förderbändern 29 gebildet, und das Ausgabeprodukt AP aus der letzten, sechsten Zerkleinerungsstufe VI gelangt über das Förderband 29 beispielhaft in einen Ausgabebehälter 28.
In nicht näher gezeigter Weise können auch Abzweigungen über die Förderbänder 29 erfolgen, beispielsweise, wenn Bruchstücke der Flächenkörper 10 aus Faserverbundwerkstoff mit Zwischengrößen entnommen werden sollen, um diese beispielsweise einer weiteren, alternativen Verwendung zuzuführen.
Die Trägerwalzen 23 der aufeinanderfolgenden Vorrichtung 1 werden mit den späteren Zerkleinerungsstufen II bis VI mit kleineren Abmessungen ausgeführt, und auch die auf den Trägerwalzen 23 aufgebrachten Druckelemente 23 können mit den späteren Zerkleinerungsstufen I bis VI kleinere Abmessungen aufweisen.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnung, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
10: Flächenkörper
11: Trägerkörper
12: Trägerkörper
13: Druckelement
14: Brechspalt
15: Kugel
16: Grundabschnitt
17: Druckabschnitt
18: Kugelkalotte
19: Kegelspitze mit balliger Mantelfläche
20: Kegelspitze mit gerader Mantelfläche
21: Trägerplatte
22: Rotationsachse
23: Trägerwalze
24: hydraulische Federeinrichtung
25: Bruchstelle
26: Aufgabetrichter
27: Gewindeabschnitt
28: Ausgabebehälter
29: Förderband
100: Zerkleinerungsanlage
ZS: Zufuhrseite
AS: Ausgabeseite
AP: Ausgabeprodukt
I-VI: Zerkleinerungsstufe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0443051 A1 [0004]
WO 9305883 A1 [0005]
JP 2003071839 A [0006]
EP 1454673 B1 [0007]
DE 202015104540 U1 [0008]

Claims

Vorrichtung (1) zum Zerkleinern von Flächenkörpern (10) aus Faserverbundwerkstoff, mit einer Zufuhrseite (ZS), über die die Flächenkörper (10) zuführbar sind und mit einer Ausgabeseite (AS) zur Ausgabe eines Ausgabeproduktes (AP) aus den Flächenkörpern (10), dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Trägerkörper (11) und ein zweiter Trägerkörper (12) eingerichtet sind, auf denen Druckelemente (13) aufgebracht sind, und wobei zwischen den Trägerkörpern (11, 12) ein Brechspalt (14) eingerichtet ist, in den die Flächenkörper (10) eingebbar sind, und wobei mittels einer Bewegung der Trägerkörper (11, 12) zueinander die Druckelemente (13) auf gegenüberliegenden Seiten gegen die Flächenkörper (10) drückbar sind und damit Biegespannungen in den Flächenkörpern (10) erzeugen, sodass bei Überschreiten einer maximalen Biegespannung die Flächenkörper (10) zerbrechen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckelemente (13) auf den Trägerkörpern (11, 12) so angeordnet sind, dass diese in Richtung zum gegenüberliegenden Trägerkörper (11, 12) über der Oberfläche der Trägerkörper (11, 12) hervorstehen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckelemente (13) auf den sich gegenüberliegenden Trägerkörpern (11, 12) versetzt zueinander angeordnet sind, dass diese bei einer Bewegung der Trägerkörper (11, 12) zueinander versetzt ineinander greifen.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckelemente (13) mittels Kugeln (15) oder mittels eines Abschnittes einer Kugel (15) gebildet sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckelemente (13) in den Trägerkörper (11, 12) eingeschraubt sind und/oder einen Grundabschnitt (16) und einen endseitig ausgebildeten Druckabschnitt (17) aufweisen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der endseitig ausgebildete Druckabschnitt (17) eine Kugelkalotte (18), eine Kegelspitze (19) mit balliger Mantelfläche oder eine Kegelspitze (20) mit gerader Mantelfläche bildet.
Vorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerkörper (11, 12) mittels transversal bewegbarer Trägerplatten (21) gebildet sind, sodass der Brechspalt (14) in einer planaren Ebene zwischen den Trägerplatten (21) ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerkörper (11, 12) mittels in ihren Rotationsachsen (22) gegenläufig drehbaren Trägerwalzen (23) gebildet sind, sodass der Brechspalt (14) in einem Bereich zwischen den Trägerwalzen (23) ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regulierung des Brechspaltes (14) wenigstens ein Trägerkörper (11, 12) mittels einer hydraulischen Federeinrichtung (24) aufgenommen ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckelemente (13) einteilig mit den Trägerkörpern (11, 12) ausgebildet sind oder dass die Druckelemente (13) als Einzelteile ausgebildet und an den Trägerkörpern (11, 12) mit Befestigungsmittelen oder stoffschlüssig angeordnet sind.
Zerkleinerungsanlage (100) zum Zerkleinern von Flächenkörpern (10) aus Faserverbundwerkstoff, aufweisend wenigstens zwei aufeinander folgend eingerichteten Vorrichtungen (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die erste Vorrichtung (1) zur Zerkleinerung von Flächenkörpern (10) in gröbere Ausgabeprodukte (AP) ausgebildet ist und wobei die wenigstens eine nachfolgende Vorrichtung (1) zur Zerkleinerung von Flächenkörpern (10) in feinere Ausgabeprodukte (AP) ausgebildet ist, und wobei die Ausgabeprodukte (AP) der ersten Vorrichtung (1) in die Zufuhrseite (ZS) der nachfolgenden zweiten Vorrichtung (1) aufgebbar sind.
Zerkleinerungsanlage (100) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mit den aufeinander folgenden Vorrichtungen (1) jeweils fortschreitende Zerkleinerungsschritte ausführbar sind, wobei die Druckelemente (13) der Vorrichtungen (1) der nachfolgenden Zerkleinerungsstufen (I-VI) kleinere Abmessungen aufweisen.
Zerkleinerungsanlage (100) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerkörper (11, 12) mittels in ihren Rotationsachsen (22) gegenläufig drehbaren Trägerwalzen (23) gebildet sind, wobei die Durchmesser der Trägerwalzen (23) der Vorrichtungen (1) für die späteren Zerkleinerungsstufen (I-VI) kleiner werden.
Verfahren zum Zerkleinern von Flächenkörpern (10) aus Faserverbundwerkstoff mit wenigstens einer Vorrichtung (1), die eine Zufuhrseite (ZS) aufweist, über die die Flächenkörper (10) der Vorrichtung (1) zugeführt werden und mit einer Ausgabeseite (AS), auf der Ausgabeprodukte (AP) aus den Flächenkörpern (10) ausgegeben werden, wobei das Verfahren wenigstens die folgenden Schritte aufweist: - Bereitstellen eines ersten Trägerkörpers (11) und eines zweiten Trägerkörpers (12), auf denen Druckelemente (13) aufgebracht sind; - Anordnen der Trägerkörper (11, 12) zueinander, sodass ein Brechspalt (14) zwischen den Trägerkörpern (11, 12) gebildet wird; - Eingabe der Flächenkörper (10) in den Brechspalt (14); - Bewegen der Trägerkörper (11, 12) zueinander, sodass die Druckelemente (13) auf gegenüberliegenden Seiten gegen die Flächenkörper (10) drücken und - Erzeugen von Biegespannungen in den Flächenkörpern (10) mittels dem Eindrücken der Druckelemente (13) in den Flächenkörper (10), sodass bei Überschreiten einer maximalen Biegespannung die I Flächenkörper (10) zerbrechen, und sodass - das Zerkleinern der Flächenkörper (10) frei von Schnitt- oder Schervorgängen ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Vorrichtungen (1) in einer Anordnung hintereinander betrieben werden, wobei eine erste Vorrichtung (1) Flächenkörper (10) in gröbere Ausgabeprodukte (AP) zerkleinert und die wenigstens eine nachfolgende Vorrichtung (1) Flächenkörper (10) in feinere Ausgabeprodukte (AP) zerkleinert, und wobei die Ausgabeprodukte (AP) der ersten Vorrichtung (1) in die Zufuhrseite (ZS) der nachfolgenden Vorrichtung (1) aufgegeben werden.