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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Zerkleinerungseinrichtung für
eine Erntemaschine mit zwei gegensinnig angetriebenen Zerkleinerungswalzen,
zwischen denen das Erntegut durchgesetzt wird, und insbesondere
eine Nachzerkleinerungseinrichtung für Feldhäcksler.
Genauer gesagt, betrifft die vorliegende Erfindung eine besondere
Ausgestaltung einer Zerkleinerungsscheibe für eine derartige
Zerkleinerungseinrichtungen sowie eine Zerkleinerungswalze und Zerkleinerungseinrichtung,
die mit derartigen Zerkleinerungsscheiben bestückt sind.
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Bei
Feldhäckslern werden körnerhaltige Feldfrüchte,
wie Mais oder Getreide, oder dgl. mit einem als Gebiss bezeichneten
Mähvorsatz gemäht, durch Einzugswalzen vorverdichtet
und mit einem sich daran anschließenden Häcksleraggregat
zugeschnitten, bevor das zerschnittene Erntegut über einen
Auswurfkanal bspw. auf einen neben dem Häcksler fahrenden
Transportwagen ausgeworfen wird. Im Allgemeinen ist in dem Auswurfkanal
stromabwärts des Häcksleraggregats eine auch als
Cracker oder Körnerprozessor bezeichnete Nachzerkleinerungseinrichtung
vorgesehen, die das Erntegut weiter zerkleinert und darin enthaltenes
Körnergut aufbricht.
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Zwischen
den beiden Zerkleinerungswalzen derartiger Nachzerkleinerungseinrichtungen
ist ein Reibspalt festlegt, durch den das vorgeschnittene Erntegut
konzentriert befördert wird. Da der Reibspalt meist nur
wenige Millimeter breit ist und die Länge der Zerkleinerungswalzen
beschränkt ist, werden die Walzen zur Vermeidung einer
Verzögerung des Gutstroms mit relativ hohen Drehzahlen
gedreht. Beim Passieren des Reibspaltes werden die Körner des
Ernteguts zertrümmert und zerquetscht und so für
die Silierung und Tierfütterung oder zur Biogasgewinnung
geeignet aufbereitet. Für diese Anwendungen ist es wichtig,
dass die Körner gut aufgeschlossen und zerkleinert werden.
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Aus
der Praxis sind Zerkleinerungswalzen in unterschiedlichen Ausgestaltungen,
als Glatt- oder Riffelwalzen, mit Profilen oder Evolventenzähnen (
DE 33 02 980 C2 )
oder mit radial vorstehenden Borsten (
DE 35 37 603 C2 ) bekannt. Derartigen Walzen
gestatten keine hochgradige Nachzerkleinerung.
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Aus
der
DE 10 2005
053 049 A1 ist eine Zerkleinerungswalze mit einem zylindrischen
Grundkörper bekannt, auf dessen Außenumfangsfläche
Granulatkörner aus Hartmetall oder Keramik aufgelötet oder
aufgeklebt sind. Die Granulatkörner weisen unterschiedlichen
Größen auf, sind auf der Außenfläche
unregelmäßig und desorientiert angeordnet und tragen
Schneiden, die das Erntegut beim Durchgang durch den Reibspalt wirksam
aufschließen und beschleunigt in den Auswurfschacht befördern.
Allerdings muss bei Beschädigung die komplette Walze erneuert
werden. Ferner lassen sich auch hier nur begrenzte Durchsätze
erreichen.
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Während
früher das Gebiss eines Häckslers lediglich eine
einzelne Reihe Mais aufnahm, sind moderne Maschinen dazu eingerichtet,
zehn oder mehr Reihen gleichzeitig zu ernten. Insofern muss auch
die Nachzerkleinerungseinrichtung für einen höheren Durchsatz
eingerichtet sein. Weil der Raum für die Nachzerkleinerungseinrichtung
beschränkt ist, kann die Länge der Zerkleinerungswalzen
nicht vergrö ßert werden. Deshalb ist die Länge
des Reibspaltes beschränkt, so dass es zu einer Verzögerung
des Erntegutstromes kommen kann, infolgedessen die Erntegeschwindigkeit
reduziert werden muss.
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Diesbezüglich
wird in der
DE 41 22
338 C2 eine Zerkleinerungswalze vorgeschlagen, die mehrere
ineinander greifende und auswechselbare Keilscheiben aufweist. Jede
Keilscheibe weist einen ringförmigen inneren Nabenabschnitt
zur Befestigung auf einer Welle und einen äußeren
keilförmigen Zinken auf, der im Wesentlichen dachartig
ausgebildet ist. Der Zinken ist von kegelstumpfförmigen
Keilflächen begrenzt, die von axialen Stirnseiten aus schräg radial
nach außen und axial aufeinander zu bis zu der Mittelebene
der Keilscheibe verlaufen, wo sie zusammentreffen und miteinander
einen Winkel zwischen 0 und 180 Grad einschließen. Die
Keilflächen weisen in Axialrichtung einen geraden Verlauf
auf und können eine Profilierung, z. B. eine Zahnstruktur,
tragen.
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Die
ineinander greifenden Keilscheiben der Zerkleinerungswalzen ergeben
einen zickzack- oder wellenförmigen Reibspalt mit wesentlich
größerer Länge als bei im Wesentlichen
kreiszylindrischen Walzen. Die Durchsatzfläche wird deutlich
vergrößert, und der Erntegutstrom kann nahezu
unverzögert den Reibspalt passieren. Die Profilierung an
den Keilflächen fördert einen guten Aufschluss
der Körner.
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DE 101 51 246 B4 und
DE 10 2005 053 092 A1 beschreiben
Weiterbildungen von Zerkleinerungswalzen mit Keilscheiben, bei denen
die Keilflächen wenigstens abschnittsweise nach innen bzw. nach
außen gewölbt ausgebildet sind. Dadurch kann der
Reibspalt weiter verlängert, der Durchsatz weiter erhöht
und eine gleichmäßigere und bessere Zerkleinerung
des durchgesetzten Erntegutes erreicht werden.
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Allerdings
weisen die vorbekannten Keilscheiben einige Unzulänglichkeiten
auf. So lassen sich diese bspw. gießtechnisch nicht oder
nicht ohne weiteres herstellen, weil die geringe Stärke
des Nabenbereichs zur Speisung des Gießmaterials nicht ausreicht.
Eine Vergrößerung des Nabenbereichs wäre
mit höherem Materialaufwand, Gewicht und Energiebedarf
zum Antreiben der rotierenden Masse verbunden. Insofern werden derartige
Keilscheiben meist mit kostspieligen Materialien und spanbearbeitenden
Techniken hergestellt. Auch eine Abdichtung zwischen den einzelnen
Keilscheiben gestaltet sich schwierig. Aufgrund der geringen Höhe
der Stirnflächen der Keilscheiben lässt sich dort
ohne Vergrößerung der Gesamtabmessungen der Zerkleinerungsscheibe
kaum ein O-Ring oder dgl. unterbringen.
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Außerdem
sehen vorbekannte Zerkleinerungseinrichtungen nur eine statische
Auswuchtung vor. Hierzu werden an geeigneten Stellen der Walzen Bohrungen
oder Nuten angebracht, die vorliegende Unwuchten kompensieren. Im
Betrieb z. B. durch Fremdkörpereinwirkung erzeugte Unwuchten
werden nicht ausgeglichen. Zwar sind automatische Auswuchtsysteme
z. B. mit Kugeln, die in einem Ringraum in Umfangsrichtung frei
beweglich aufgenommen sind, bekannt. Derartige dynamische Auswuchtsysteme
lassen sich aber konstruktionsbedingt schlecht oder nur mit erheblichem
Aufwand in den bisher bekannten Zerkleinerungswalzen, insbesondere
Zerkleinerungswalzen mit Keilscheiben, integrieren.
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Ausgehend
hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend
erwähnten Unzulänglichkeiten zu beseitigen. Insbesondere
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zerkleinerungsscheibe
für eine Zerkleinerungseinrichtung einer Erntemaschine
zu schaffen, die bei einfachem Aufbau weitgehend Flexibilität
hinsichtlich einer möglichen Integration einer Dichtungseinrichtung und/oder
einer automatischen Auswuchteinrichtung bietet. Ferner sollte die
Zerkleinerungsscheibe möglichst einfach herstellbar und
auch gießtechnisch zu fertigen sein.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte
Zerkleinerungswalze und Zerkleinerungseinrichtung zur Nachzerkleinerung
eines durchgesetzten körnerhaltigen Ernteguts in einer
Erntemaschine, insbesondere einem Häcksler, zu schaffen.
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Diese
und weitere Aufgaben werden gemäß der vorliegenden
Erfindung durch die Zerkleinerungsscheibe mit den Merkmalen des
Anspruchs 1, die Zerkleinerungswalze nach Anspruch 20 und die Zerkleinerungseinrichtung
nach Anspruch 23 gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Zerkleinerungsscheibe für
eine Zerkleinerungseinrichtung zur Nachzerkleinerung eines durchgesetzten
körnerhaltigen Ernteguts in einer Erntemaschine, insbesondere
einem Häcksler, weist einen in Bezug auf eine Dreh- oder Mittelachse
kreisringförmigen Grundkörper mit einer Innenumfangsfläche,
zwei kreisringförmigen axialen Stirnflächen und
einer Außenumfangsfläche auf. Die Innenumfangsfläche
ist durch eine im Wesentlichen kreiszylindrische Innenbohrung definiert,
die zur lösbaren Befestigung auf einer Antriebswelle der
Zerkleinerungseinrichtung eingerichtet ist. Bspw. kann die Innenumfangsfläche
hierfür eine Befestigungsnut zur Nut/Feder-Verbindung aufweisen.
Die kreisringförmigen axialen Stirnflächen sind,
um als Anlageflächen zu dienen, im Wesentlichen eben ausgebildet und
senkrecht zu der Innenumfangsfläche ausgerichtet. Erfindungsgemäß ist
die Außenumfangsfläche der Zerkleinerungsscheibe
mit einer längs des Umfangs umlaufenden Aussparung ausgebildet,
die eine sich radial nach innen ver jüngende Gestalt aufweist. Die
Aussparung ist von Flanken begrenzt, die radial nach innen und axial
aufeinander zu, gegen die Mittelachse schräg verlaufen
und die die bei der Nachzerkleinerung des Ernteguts wirksamen Wirkflächen bilden.
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Anders
als die vorbekannten Keilscheiben, die eine dachartig radial nach
außen erweiterte Außenumfangsfläche aufweisen,
weist die Außenumfangsfläche der erfindungsgemäßen
Zerkleinerungsscheibe eine im die Mittelachse enthaltenden Längsschnitt
in etwa V-förmige Aussparung oder Nut auf, die sich radial
nach außen zunehmend erweitert und zu den Stirnflächen
hin zunehmend größeren Durchmesser aufweist. Der
maximale Durchmesser der Zerkleinerungsscheibe, die im Folgenden
auch als V-Scheibe bezeichnet werden soll, ist an den Stirnflächen
definiert. Die Abmessungen an den axialen Stirnflächen
können gegenüber den Keilscheiben bei im Wesentlichen
gleichen Gesamtabmessungen deutlich vergrößert
werden. Die vergrößerte Stirnfläche bietet
zusätzlichen Raum zur Unterbringung weiterer Einrichtungen,
wie bspw. einer Dichtungseinrichtung und/oder einer Auswuchteinrichtung.
Außerdem schafft sie die Grundlage dafür, dass
die V-Scheibe bedarfsweise auch kostengünstig im Gießverfahren
hergestellt werden kann.
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Im Übrigen
bietet die erfindungsgemäße Zerkleinerungsscheibe
im Einsatz, wenn mehrere V-Scheiben nebeneinander auf einer Antriebswelle montiert
sind, die bekannten Vorteile eines durch seine zacken- bzw. wellenförmige
Gestaltung wesentlich verlängerten Reibspaltes, einer gleichmäßigeren und
besseren Zerkleinerung des durchgesetzten Erntegutes, höherer
Durchsätze und einer Austauschbarkeit einzelner Scheiben.
Es ist jedoch zu beachten, dass bei der Erfindung die radial nach
außen vorragenden, sich verjüngenden Zinken, die
in Aussparungen einer gegenläufig ange triebenen Gegenwalze
eingreifen, ähnlich den Keilen der Keilscheiben, jeweils
durch zwei benachbarte, miteinander verbundene Scheibenelemente
gebildet sind.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform ist die erfindungsgemäße
Zerkleinerungsscheibe zur Integration eines automatischen Auswuchtsystems
vorgesehen. Hierzu weist wenigstens eine der Stirnflächen
eine in Umfangsrichtung verlaufende, vorzugsweise umlaufende Ausnehmung
auf, die einen Aufnahmeraum für ein Ausgleichsmittel zur
dynamischen Auswuchtung definiert. Aufgrund der vergrößerten
Abmessungen der axialen Stirnflächen lässt sich
eine derartige Ausnehmung leicht darin integrieren. Insbesondere
kann sie in der Stirnfläche im Abstand zu der Außenumfangsfläche
und der Innenumfangsfläche eingerichtet sein. Wenn in beiden
Stirnflächen an der gleichen radialen Position eine im Querschnitt
bspw. halbkreisförmige Ausnehmung eingerichtet wird, können
zwei zusammengefügte Zerkleinerungsscheiben einen kreisringförmigen
Aufnahmeraum mit Laufflächen für Kugeln oder andere geeignete
Ausgleichskörper bilden. Die Ausnehmung kann aber auch
in nur einer der Stirnflächen vorgesehen oder auf die beiden
Stirnflächen unterschiedlich verteilt sein. Sie kann auch
eine von der Kreisform abweichende Querschnittsform aufweisen oder
auch längs des Umfangs nur abschnittsweise eingerichtet sein.
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Als
Ausgleichsmittel werden vorzugsweise mehrere Kugeln verwendet, die
in dem Aufnahmeraum in Umfangsrichtung frei bewegbar angeordnet sind.
Sie können auch in Radialrichtung einen Bewegungsspielraum
haben. Dies kann erreicht werden, indem die Querschnittsfläche
des Aufnahmeraums größer gewählt wird
als die des Ausgleichsmittels. In einer vorteilhaften Ausführungsform
wird dies aber dadurch erreicht, dass die Ausnehmung durch einen sowohl
axial zur Stirnfläche als auch radial zur Innenumfangsfläche
hin of fenen Einschnitt gebildet ist. Es wird Material eingespart,
und es können Zerkleinerungsscheiben mit geringem Gewicht
besonders einfach hergestellt werden.
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Unabhängig
von ihrer Form lässt sich die Ausnehmung in der Stirnfläche
stets einfach sowohl beim Gießen als auch durch Spanabhebung
einrichten. Die erfindungsgemäße Konstruktion
erleichtert die Integration einer dynamischen Auswuchtung in erheblichem
Maße.
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Außerdem
können die V-Scheiben einfach gegeneinander abgedichtet
werden. Die vergrößerten Dimensionen der Stirnflächen
ermöglichen es, in wenigstens einer der Stirnflächen
eine in Umfangsrichtung verlaufende Dichtungsnut zur Aufnahme eines
Dichtungsmittels, insbesondere eine umlaufende Ringnut, die einen
O-Ring aufnimmt, vorzusehen. Die Dichtungsnut kann in der oder den
Stirnflächen auf einfache Weise geschaffen werden, unabhängig davon,
ob die Zerkleinerungsscheibe gegossen oder maschinell gefertigt
wird.
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Es
genügt, die Dichtungsnut auf lediglich einer Stirnseite
vorzusehen. Die andere Stirnseite kann im Wesentlichen eben belassen
werden. Ein in der Dichtungsnut angeordnetes Dichtungsmittel dichtet
dann gegen die im Wesentlichen ebene Stirnfläche einer
benachbarten Zerkleinerungsscheibe ab. Der Aufbau der Anordnung
ist einfach, und auch der Aufwand zur Herstellung und Montage der
Zerkleinerungsscheiben ist reduziert.
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Wenn
in einer der oder in beiden Stirnflächen zwei zueinander
konzentrische Ringnuten angeordnet werden, kann auf diese Weise
die Auswuchteinrichtung radial innen und außen abgedichtet
werden. Es ist jedoch auch möglich, die innere Abdichtung wegzulassen
und stattdessen die gesamte Scheibenanordnung am vorderen und hinteren
axialen Ende insgesamt abzudichten.
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Zur
Unterstützung der Förder- und Zerkleinerungswirkung
können die im Betrieb wirksamen Flankenflächen
der Aussparung in der Außenumfangsfläche der V-Scheibe
eine geeignete Profilierung, bspw. eine Zahnstruktur mit in Umfangsrichtung
und radial ausgerichteten Schneiden, aufweisen. Bei der erfindungsgemäßen
Grundkonstruktion der Zerkleinerungsscheibe lässt sich
eine derartige Zahnstruktur ohne weiteres auch gießtechnisch
realisieren.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Zähne
bzw. Kanten an der Außenumfangsfläche zwischen
den Flanken der Aussparung und jeder Stirnfläche der Zerkleinerungsscheibe
abgeflacht ausgebildet. In einer anderen Ausführungsform
sind sie abgerundet ausgebildet. Dadurch kann jeweils deren Stabilität
erhöht werden. Die Gefahr, dass sie im Betrieb abbrechen
und weitere Maschinenkomponenten beschädigen, ist reduziert.
Die Abflachungen bzw. Abrundungen sind auch als Spannflächen
für eine mechanische Bearbeitung nutzbar, wodurch eine
bessere Nachbearbeitung der Zerkleinerungsscheiben ermöglicht
ist. Außerdem sind sie zur Aufnahme und Halterung von Granulatkörnern,
wie nachstehend detaillierter beschrieben, im Vergleich zu spitzen
Formen besser geeignet.
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Die
erfindungsgemäße V-Scheibe kann aus Chromhartguss
gefertigt sein, so dass ein einfaches und kostengünstiges
Gießverfahren vorteilhafterweise mit dem Einsatz eines
harten Werkstoffs kombiniert wird. Die Zahnstruktur kann gleich
mit vorgegossen sein. Lediglich die radial äußeren
Bereiche müssen etwas nachbearbeitet werden. Es ist auch
möglich, die Zerkleinerungsscheiben aus vergütetem Stahl
durch spanabhebende maschinelle Bearbeitung herzustellen. Es können
sehr harte und verschleißfeste Scheiben erzeugt werden,
die lange Lebensdauern ermöglichen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die
erfindungsgemäße Zerkleinerungsscheibe mit einem
metallischen Grundkörper ausgebildet, auf dessen Wirkflächen,
insbesondere den Flanken der Aussparung, Granulatkörner
angebracht sind, die Schneiden zur Beförderung und Zerkleinerung
des Ernteguts bilden. Der Grundkörper kann aus Stahl oder
vorzugsweise aus Aluminium, insbesondere als Kokillengussteil, gefertigt
sein, um das Gewicht weiter zu reduzieren und Kosten für
Material und Bearbeitung einzusparen. Vorteilhafterweise kann die
geringfügige Nachgiebigkeit von Aluminium bei Fremdkörpereinwirkung
im Betrieb eine größere Beschädigung
der V-Scheibe zu vermeiden helfen.
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Die
Granulatkörner sind vorzugsweise aus Hartmetall, Keramik,
auf Siliziumcarbidbasis oder aus einem sonstigen geeigneten harten
und verschleißfesten, metallischen oder nichtmetallischen Werkstoff
ausgebildet. Es kann auch Diamant oder Borcarbid verwendet werden.
Die Hartmetallteilchen können auf dem Grundkörper
aufgelötet sein, während Keramikteilchen auf dem
Grundkörper vorzugsweise mittels eines Epoxidklebers aufgeklebt
sind.
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Unabhängig
vom Material weisen die Granulatkörner vorzugsweise eine
unregelmäßige und desorientierte Struktur auf
der Außenumfangsfläche des Grundkörpers
auf, wobei sie bspw. 30 bis 80%, vorzugsweise etwa 50% der Außenumfangsfläche
einnehmen und eine Korngröße von etwa 0,5 bis
4,0 mm, vorzugsweise etwa 2,0 bis 3,0 mm, aufweisen. Zwischen den
Granulatkörnern können feine Granulatteilchen
mit mittlerer Korngröße kleiner als 0,5 mm vorgesehen
sein. Außerdem kann zur Erhöhung der Beständigkeit
insbesondere der Zwischenraum zwischen den Granulatkörnern
mit einem Schutzlack überzogen sein. Durch die Granulatkörner
kann die gute Beförderungs- und Zerkleinerungswirkung der erfindungsgemäßen
V-Scheibe weiter verbessert werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Zerkleinerungswalze,
insbesondere für einen Feldhäcksler, geschaffen,
die eine Welle aufweist, auf der mehrere Zerkleinerungsscheiben,
wie sie vorstehend beschrieben sind, angebracht sind. Dabei sind
die Zerkleinerungsscheiben auf der Welle derart angeordnet, dass
ihre Stirnflächen paarweise aneinander anliegen, so dass
eine in Axialrichtung gezackte oder gewellte Mantelfläche gebildet
wird. Zwischen wenigstens einigen benachbarten Zerkleinerungsscheiben
kann eine automatische Auswuchteinrichtung mit in den paarweise
zugehörigen Stirnflächen eingerichteten Laufbahnen für
Ausgleichsmittel geschaffen sein. Alternativ oder zusätzlich
kann auch eine Dichtungseinrichtung vorgesehen sein, die an den
einander berührenden Stirnflächen abdichtet.
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Gemäß einem
noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Zerkleinerungseinrichtung,
insbesondere für einen Feldhäcksler, mit zwei gegensinnig
drehend antreibbaren Zerkleinerungswalzen, wie vorstehend beschrieben,
geschaffen, wobei die Zerkleinerungswalzen mit ihren Mantelflächen
im Abstand zueinander und ineinandergreifend angeordnet sind, so
dass sie zwischen einander einen vorzugsweise einstellbaren gewellten
Reibspalt definieren. Die beiden Wellen können mit wenigstens einer
Antriebseinrichtung derart gekoppelt sein, dass sie mit unterschiedlichen
Drehzahlen angetrieben werden. Die oben erwähnten Vorteile
der erfindungsgemäßen Zerkleinerungsscheibe kommen
auch der Zerkleinerungswalze und der Zerkleinerungseinrichtung zugute.
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Weitere
Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung
ergeben sich aus der Zeichnung, Beschreibung oder Unteransprüchen.
In der Zeichnung sind lediglich zu Veranschaulichungszwecken Ausführungsbeispiele
der Erfindung veranschaulicht, die diese in keiner Weise beschränken. Es
zeigen:
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1 eine
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Nachzerkleinerungseinrichtung für einen Feldhäcksler,
in einer stark schematisierten Längsschnittdarstellung;
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2a und 2b schematisierte
isolierte Darstellungen einer Zerkleinerungsscheibe der Zerkleinerungseinrichtung
nach 1, im axialen Längsschnitt bzw. in Draufsicht
auf eine ihrer Stirnflächen;
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3 eine
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Zerkleinerungsscheibe für die Zerkleinerungseinrichtung
nach 1 und 2, in schematisierter
Perspektivdarstellung zur Veranschaulichung der Ausbildung der Außenumfangsfläche
der Zerkleinerungsscheibe;
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4 eine
weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Zerkleinerungsscheibe für die Zerkleinerungseinrichtung
nach 1 und 2 mit einer
modifizierten Ausgestaltung insbesondere an ihrer Außenumfangsfläche,
in schematisierter Perspektivdarstellung; und
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5 eine
weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Zerkleinerungseinrichtung in einer stark schematisierten Längsschnittdarstellung, ähnlich 1.
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1 zeigt
eine in der erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Zerkleinerungseinrichtung 1 in einer stark schematisierten
Schnittansicht, in der einige Details, Schraffuren, etc. weggelassen
sind, um die Darstellung zu vereinfachen. Die Zerkleinerungseinrichtung 1 ist
insbesondere dazu bestimmt, als Nachzerkleinerungseinrichtung für kornhaltiges
Erntegut, wie bspw. Mais, bspw. in einem Feldhäcksler zu
dienen. Hierzu weist die Zerkleinerungseinrichtung 1 zwei
Förder- und Zerkleinerungswalzen 2, 3 auf,
die von geeigneten (nicht veranschaulichten) Antriebsmitteln gegensinnig
zueinander und vorzugsweise mit unterschiedlichen Drehzahlen rotierend
antreibbar sind. Die Drehachsen sind in 1 jeweils
mit 4 bzw. 6 bezeichnet. Sie verlaufen parallel
zueinander und im Wesentlichen quer zu der Durchgangsrichtung des
Häckselgutes. Die Walzen 2, 3 sind in
geringem Abstand zueinander angeordnet, um dazwischen, in etwa auf
Höhe des ankommenden Gutstroms einen Reibspalt 7 zu
definieren.
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Wie
aus 1 hervorgeht, weist der Reibspalt 7 einen
periodisch dreieckigen oder sägenzahnförmigen
Verlauf mit an jeder Stelle im Wesentlichen gleich bleibender Breite
auf. Erreicht wird dies durch ein in Axialrichtung gezacktes oder
wellenförmiges Profil der Zerkleinerungswalzen 2, 3.
Die beiden Walzen 2, 3 sind derart komplementär
zueinander ausgebildet und angeordnet, dass radial nach außen
vorstehende, sich verjüngende Zinken 8, die an der
Zerkleinerungswalze 2 vorgesehen sind, in passende Aussparungen 9 der
Zerkleinerungswalze 3 eingreifen, während entsprechende
Zinken 11 der Walze 3 in zugehörige Aussparungen 12 der
Walze 2 eingreifen. Die Breite des Reibspalts 7 lässt
sich vorzugsweise je nach Bedarf mittels in der Zeichnung nicht
näher dargestellten Einstellmitteln variabel einstellen.
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Wie
ferner aus 1 erkennbar, sind die Zerkleine rungswalzen 2, 3 hier
mehrteilig ausgebildet und insbesondere aus mehreren Scheibenelementen 13 zusammengesetzt,
die auch als Zerkleinerungsscheiben bezeichnet werden. Die Zerkleinerungsscheiben 13 sind
auf einer jeweiligen Antriebswelle 14 bzw. 16 entlang
der Achse 4 bzw. 6 hintereinander gestapelt. Während 1 lediglich
ein paar wenige, auf jeder der Wellen 14, 16 befestigte
Scheibenelemente 13 veranschaulicht, versteht es sich, dass
in Abhängigkeit von der gewünschten Länge der
Walzen 2, 3 im Allgemeinen mehrere, gegebenenfalls
sogar mehr als zehn derartige Scheibenelemente 13 vorgesehen
sein können.
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Der
Aufbau der erfindungsgemäßen Zerkleinerungsscheiben 13 geht
näher aus den 2a und 2b hervor,
wobei die Scheiben 13 für die Walzen 2 und 3 identisch
ausgebildet sind. 2a zeigt eine isolierte Scheibe 13 in
einer Querschnittsdarstellung, während 2b eine
ebene Draufsicht auf eine Stirnfläche, insbesondere die
in den 1 und 2a rechte Stirnfläche
der Scheibe 13 veranschaulicht.
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Die
Zerkleinerungsscheibe 13 weist einen kreisringförmigen,
um eine Mittelachse 17 der Scheibe 13 nahezu rotationssymmetrischen
Grundkörper 15 mit einer ersten und einer zweiten
axialen Stirnfläche 18, 19, einer Innenumfangsfläche 21 und
einer Außenumfangsfläche 22 auf. Die
Innenumfangsfläche 21 ist im Wesentlichen kreiszylindrisch
ausgebildet und weist eine in dem Querschnitt nach 2b im
Wesentlichen rechteckige Befestigungsnut 23 auf, die sich
in Axialrichtung zwischen den beiden Stirnflächen 18, 19 durchgehend
erstreckt. Die Befestigungsnut 23 dient zur Herstellung
einer Nut- und Federverbindung, um die Zerkleinerungsscheibe 13 mittels
einer hier nicht näher dargestellten Passfeder auf der
Welle 14 bzw. 16 zu sichern. Derartige Nut- und
Federverbindungen sind als Welle-Nabe-Verbindungen allgemein bekannt.
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Die
erste Stirnfläche 18 ist kreisringförmig, im
Wesentlichen eben ausgebildet und verläuft in einer zu
der Mittelachse 17 senkrechten Ebene. In der Stirnfläche 18 ist
eine Ausnehmung 24 eingearbeitet, die in Form einer um
die Mittelachse 17 umlaufenden Ringnut ausgebildet ist,
die in dem Querschnitt nach 1 und 2a eine
im Wesentlichen halbkreisförmige Gestalt aufweist. Die
Ausnehmung 24 ist in etwa in der Mitte der radialen Erstreckung
der Stirnfläche 18 angeordnet.
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Die
zweite axiale Stirnfläche 19 ist ebenfalls kreisringförmig,
im Wesentlichen eben ausgebildet und senkrecht zu der Mittelachse 17 ausgerichtet. Die
Stirnfläche 19 enthält eine Ausnehmung 26,
die hinsichtlich der Form und Größe mit der Ausnehmung 24 übereinstimmt.
Die Ausnehmung 24 ist als in Umfangsrichtung umlaufende
Ringnut ausgebildet, die einen halbkreisförmigen Querschnitt
aufweist und an einer spiegelsymmetrischen Stelle in Bezug auf eine
zu der Mittelachse 17 senkrechte Mittelebene angeordnet
ist. Die Ausnehmungen 24, 26 dienen dazu, ein
dynamisches Auswuchtsystem 27 zu schaffen, wie es bspw.
in 1 veranschaulicht und weiter unten detaillierter
beschrieben ist.
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Die
Stirnfläche 19 weist ferner eine erste und eine
zweite Dichtungsnut 28, 29 auf. Beide sind als
in Umfangsrichtung umlaufende, konzentrische Ringnuten mit im Wesentlichen
rechteckigem Querschnitt ausgebildet. Die Dichtungsnut 28 ist
in Radialrichtung zwischen der Außenumfangsfläche 22 und
der Ausnehmung 26 angeordnet, während die Dichtungsnut 29 in
dem Nabenbereich zwischen der Innenumfangsfläche 21 und
der Ausnehmung 26 vorgesehen ist. Die Dichtungsnuten 28, 29 nehmen
jeweils, wie aus 1 ersichtlich, ein geeignetes
Dichtungsmittel in Form eines O-Rings 31 bzw. 22 auf,
um die Wellen 16, 17 sowie das Auswuchtsys tem 27 nach
außen, insbesondere gegen aus dem Reibspalt 7 eindringende
Fremdkörper abzudichten.
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Die
Außenumfangsfläche 22 der Zerkleinerungsscheibe 13 weist
die bereits erwähnte Aussparung 9 bzw. 12 auf,
die in dem Querschnitt nach 1 bzw. 2a in
Gestalt einer V-förmigen Nut 33 ausgebildet ist.
Die V-Nut 33 ist von Flankenflächen 34, 36 begrenzt,
die radial nach innen schräg gegen die Mittelachse 17 axial
aufeinander zu verlaufen und über einen sich im Wesentlichen
axial erstreckenden Nutgrund 37 miteinander verbunden sind.
Der Winkel, den die beiden Nutflanken zwischeneinander einschließen,
beträgt zwischen 0° und 180° und insbesondere
etwa 45° bis etwa 75°, um zur Verlängerung
des Reibspaltes 7 möglichst ausgedehnte Nutflanken 34, 36 zu
schaffen. In der hier veranschaulichten bevorzugten Ausführungsform
beträgt der eingeschlossene Winkel in etwa 60°.
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Die
Kanten 38, 39 zwischen der ersten axialen Stirnfläche 18 und
der benachbarten Nutflanke 34 bzw. zwischen der Nutflanke 36 und
der zweiten Stirnfläche 19 sind jeweils abgeflacht
ausgebildet. Die Abflachungen 41, 42 werden vorzugsweise
gezielt durch Materialabtrag geschaffen, um scharfe Spitzen an den
Kanten 38, 39, die im Einsatz ausbrechen könnten,
zu vermeiden, um dadurch die gesamte Bruchfestigkeit der Zerkleinerungsscheibe 13 zu erhöhen.
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Die
V-Nut mit den Nutflanken 34, 36 und die Abflachungen 41, 42 an
den Kanten 38, 39 sind auch aus 3 ersichtlich,
die eine vereinfachte perspektivische Darstellung einer Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Zerkleinerungsscheibe 13 mit
einer ersten Ausgestaltung der Außenumfangsfläche 22 zeigt.
Die Scheibe 13 nach 3 kann im
Gießverfahren aus einem harten und verschleißfesten Werkstoff,
insbesondere auf Chrombasis, hergestellt sein. Al ternativ kann die
Scheibe 13 aus Stahl, insbesondere Edelstahl, durch spanabhebende
Bearbeitung, wie Fräsen und Schleifen, hergestellt und
gehärtet sein.
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Die
Nutflanken 34, 36 sind in dem veranschaulichten
Beispiel zur Erhöhung der Schneid- bzw. Aufspaltwirkung
mit einer Vielzahl von Zähnen 43 ausgebildet,
die um den Umfang der Scheibe 13 herum gleichmäßig
verteilt geschaffen sind. Jeder Zahn 43 weist eine Seitenfläche 44 auf,
die ein Segment der jeweiligen Nutflanke 34 bzw. 36 bildet
und von dem Nutgrund 37 aus radial nach außen
bis zu der jeweiligen Kante 38 bzw. 39 verläuft,
an der sie über eine Abfasung 46 in die Abflachung 41 übergeht.
Wie aus 3 ersichtlich, nimmt die Dicke
jedes Zahns 43 in Umfangsrichtung zu, so dass die Seitenfläche 44 eines
Zahns 43 über eine im Wesentlichen in Umfangsrichtung
weisende Radialschulter 47 in die Seitenfläche 44 des
nächsten Zahns übergeht. Vorteilhafterweise kann
die Scheibe 13 nahezu fertig gegossen werden, wobei an
den Kanten 38, 39 ein geringes Übermaß geschaffen
wird, um durch Nachbearbeitung die Abfasungen 46 und Abflachungen 41 zu
erzeugen. Dies lässt sich mit sehr geringem Aufwand realisieren.
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Die
soweit beschriebene erfindungsgemäße Zerkleinerungsscheibe 13 wird
wie folgt eingesetzt:
Die Scheibe 13 wird verwendet,
um eine Zerkleinerungswalze 2 bzw. 3 für
eine Zerkleinerungseinrichtung 1 gemäß der
Erfindung zu schaffen. Hierzu werden mehrere Scheiben in der aus 1 ersichtlichen Weise
mit ihren zugehörigen Stirnseiten 18, 19 aneinander
liegend in Reihe hintereinander auf der jeweiligen Welle 14, 16 montiert.
In den Dichtungsnuten 28, 29 werden O-Ringe 31, 32 untergebracht,
die dann gegen einen ebenen Bereich der Stirnfläche 18 einer
benachbarten Scheibe 13 abdichten. Die O-Ringe 31, 32 dich ten
die Wellen 14, 16 wie auch das dynamische Auswuchtsystem 27 nach
außen ab. Die Abdichtung wird mit verhältnismäßig
einfachen Mitteln und unter geringem Aufwand erzielt.
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Zur
Schaffung des Auswuchtsystems 27 bildet jede Ausnehmung 24 einer
Scheibe 13 mit der zugehörigen Ausnehmung 26 einer
benachbarten Scheibe einen um die Mittelachse 17 rotationssymmetrischen
Aufnahmeraum 48, der einen Ringraum darstellt und ein Ausgleichsmittel 49 aufnimmt,
das dazu dient, im Betrieb die jeweilige Zerkleinerungswalze 2, 3 mit
ihren Scheibenelementen 13 automatisch auszuwuchten. Als
Ausgleichsmittel werden hier vorteilhafter Weise Kugeln verwendet,
die in den Aufnahmeräumen 48 in Umfangsrichtung
frei umlaufend angeordnet sind. Der Durchmesser der Kugeln ist geringfügig
kleiner als derjenige des Aufnahmeraums 48, so dass die
Kugeln ungehindert an den allein durch die Ausnehmungen 24, 26 in
den Stirnflächen 18, 19 geschaffenen
Laufflächen abrollen können. Obwohl in 1 lediglich
eine Kugel 49 in jedem Aufnahmeraum 48 veranschaulicht
ist, versteht es sich, dass in jedem Aufnahmeraum 48 mehrere Kugeln
vorgesehen sind, um auch kompliziertere Unwuchtverteilungen ausgleichen
zu können.
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Im
montierten Zustand bilden die Zerkleinerungsscheiben 13 eine
im Wesentlichen gewellte oder gezackte Mantelfläche der
Zerkleinerungswalze 2 bzw. 3 mit den keilförmigen,
radial nach außen vorragenden und sich verjüngenden
Zinken 8 bzw. 11. Die Zinken 8, 11 sind
jeweils durch zwei benachbarte, miteinander verbundene Scheiben 13 gebildet.
Jeder Zinken 8, 11 ist durch eine Nutflanke 34 einer
der Scheiben 13 und eine Nutflanke 36 der nächsten Scheibe
begrenzt. Die Zerkleinerungswalzen 2, 3 werden
im Abstand und parallel zueinander und in Axialrichtung um eine
halbe Länge einer Scheibe 13 versetzt zueinander
angeordnet, so dass die Zinken 8 bzw. 11 in die
Aussparungen 9 bzw. 12 eingrei fen. Wie aus 1 ersichtlich,
können an einer der Zerkleinerungswalzen 2, 3,
hier an der Walze 3, Endscheiben 51 vorgesehen
sein, um deren Länge an die der Walze 2 anzupassen.
Die Endscheiben 51 können vorteilhafter Weise
dadurch geschaffen werden, dass eine erfindungsgemäße
Zerkleinerungsscheibe 13 in der axialen Mittelebene in
zwei Teilscheiben 51 aufgeteilt wird.
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Die
erfindungsgemäße Zerkleinerungseinrichtung 1 lässt
sich vorteilhafter Weise als Nachzerkleinerungseinrichtung zur Zerkleinerung
von Maiskörnern in einem Maishäcksler einsetzen.
Durch die profilierte Mantelfläche der Walzen 2, 3 wird
ein entsprechend zacken- bzw. wellenförmiger Reibspalt 7 gebildet,
der im Vergleich zu im Wesentlichen zylindrischen Zerkleinerungswalzen
deutlich verlängert ist. Dadurch können höhere
Durchsätze erzielt und die Gesamtleistung des Maishäckslers
gesteigert werden. Die erfindungsgemäßen Zerkleinerungsscheiben 13 und
Zerkleinerungswalzen 2, 3 weisen eine einfache
Gestalt auf und lassen sich aufwandsarm und kostengünstig
herstellen. Insbesondere ist durch Vergrößerung
der Stirnflächen 18, 19 der Innenring- bzw.
Nabenbereich der Zerkleinerungsscheibe 13 zur Speisung
eines Gießmaterials ausreichend groß, so dass
die Scheibe 13 besonders kostengünstig im Gießverfahren
gefertigt werden kann. Ferner ermöglichen die vergrößerten
Stirnflächen 18, 19 die Integration eines
dynamischen Auswuchtsystems und einer Dichtungseinrichtung mit ebenfalls
sehr einfachen Mitteln bzw. Maßnahmen.
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Im
Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Modifikationen möglich.
So kann die erfindungsgemäße Zerkleinerungseinrichtung 1 auch
für andere Erntemaschinen außer Feldhäcksler
und anderes, auch nicht kornhaltiges Erntegut eingesetzt werden. Das
dynamische Auswuchtsystem 27 und/oder die Dichtungseinrichtungen
sind nicht unbedingt erforderlich und können weggelassen
oder durch ähnlich wirkende Mittel ersetzt werden. Bspw.
kann auch nur eine statische Auswuchtung vorgesehen sein. Anstelle
durch die Dichtungsmittel 29, 32 könnten
die Wellen 14, 16 auch an ihren axialen Enden
abgedichtet sein. Das Zahnprofil an der Außenumfangsfläche 32 ist
nicht unbedingt erforderlich, wenngleich es die Wirkung beim Aufspalten
und Zerkleinern des Erntegutes verbessert. Es könnten aber
auch andere Profile verwendet werden, wie sie bspw. auch bei den herkömmlichen
Keilscheiben eingesetzt werden. Es sind auch andere Mittel zur Sicherung
der Zerkleinerungsscheiben 13 an der Welle 14 bzw. 16,
z. B. eine Sicherung an den axialen Enden, möglich. Die
Abflachungen 41, 42 an den Kanten 38, 39 könnten
bei Nichtbedarf weggelassen oder durch ähnlich wirkende
Abrundungen ersetzt werden.
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In
den 4 und 5 sind weitere Modifikationen
der Erfindung in zum Teil stark schematisierten Ansichten veranschaulicht.
Soweit Übereinstimmungen in Bau und/oder Funktion bestehen,
wird unter Zugrundelegung gleicher Bezugszeichen auf die vorstehende
Beschreibung verwiesen.
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Die
in 4 veranschaulichte Ausführungsform unterscheidet
sich von der in 3 gezeigten insbesondere durch
die Ausbildung der Außenumfangsfläche 22 der
Scheibe 13. Diese weist ebenfalls die V-Nut 33,
jedoch keine Zahnstruktur 43 auf. Stattdessen ist an den
Nutflanken 34, 36, dem Nutgrund 37 und
den Kanten 38, 39 ein Granulat 52 befestigt. Das
Granulat 52 ist durch Granulatteilchen oder -körner
gebildet, die in einer unregelmäßig verteilten
und desorientierten Anordnung auf der Fläche 22 aufgebracht
sind. Die Granulatkörner 52 weisen zum Teil stark
unterschiedliche Formen und Größen mit einer mittlere
Korngröße von vorzugsweise 2,0 bis 3,0 mm auf.
Jedenfalls weisen die Granulatkörner 52 in den Reibspalt 7 ragende
Schneiden und Spitzen auf, mit denen die Maiskörner oder
dgl. wirksam angeschlagen, aufgespalten und zerkleinert werden.
Der Reibspalt kann eine sehr geringe Weite haben, so dass auch sehr
kleine Erntegutkörner aufbereitet werden können.
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Das
erfindungsgemäße Granulat 52 enthält in
einer ersten bevorzugten Zusammensetzung Granulatkörner 53 aus
einem Hartmetall, insbesondere auf Basis von Wolframcarbid, wobei
auch andere metallische Hartstoffe verwendet werden können.
Diese können gegossen oder gesintert, gegebenenfalls auf die
erforderliche Korngröße zerkleinert oder auf sonstige
Weise aufbereitet sein. Jedenfalls weisen die Hartmetallstückchen 53 die
für höchste Belastungen, wie sie bei der vorliegenden
Anwendung auftreten, erforderliche hohe Härte, auch Wärmehärte,
und Verschleißfestigkeit auf.
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Die
Zerkleinerungsscheibe 13 nach 4 kann erzeugt
werden, indem auf die Außenfläche 22 eines
bspw. aus Stahl gebildeten Grundkörpers 15 der
Scheibe 13 eine Lötpaste aufgetragen wird, darauf
die vorbereiteten Granulatkörner aufgestreut werden und
anschließend die Anordnung in einem Backofen bei einer
Temperatur zwischen 700°C und 1900°C für
eine vorgegebene Zeitdauer einem Auflötprozess unterworfen
wird. Dadurch werden die Granulatkörner 53 dauerhaft
fest mit der Außenumfangsfläche 22 der
Scheibe 13 verlötet. Danach kann optional auf
der Scheibe 13 ein Überzug aus einem geeigneten
Schutzlack aufgebracht werden, um die Zwischenräume, Täler
oder Hinterschneidungen zwischen bzw. an den Granulatkörnern 53 zu
füllen.
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In
einer weiteren bevorzugten Zusammensetzung enthält das
erfindungsgemäße Granulat 52 Granulatkörner 53 aus
Keramik, vorzugsweise auf Basis von Silizium. Die Keramik-Granulatkörner 53 können
bspw. mittels eines Kunststoffklebers, insbesondere eines Epoxidklebers,
auf der Außenum fangsfläche 22 des Grundkörpers 15 aufgeklebt
werden. Anschließend kann noch ein zusätzlicher
Epoxidharzlack aufgetragen werden. Der Walzengrundkörper 15 kann
aus Aluminium gefertigt sein, um die rotierende Masse der Zerkleinerungsscheibe
bzw. -walze weiter zu reduzieren. Es ist ferner von Vorteil, dass
Aluminium beim Auftreffen von Fremdkörpern geringfügig
nachgeben und so gegebenenfalls größere Beschädigungen
vermeiden kann.
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5 zeigt
eine weitere modifizierte Ausführungsform der Erfindung,
die sich von den vorstehend beschriebenen im Wesentlichen durch
die Ausbildung des dynamischen Auswuchtsystems 27 unterscheidet.
Es sind auch hier Ausgleichsmittel 49 in Form von Kugeln
in Ringräumen 48 untergebracht, die durch kreisringförmige
Ausnehmungen 24, 26 in den jeweiligen Stirnflächen 18, 19 gebildet
sind. Allerdings sind die Ausnehmungen hier als Einschnitte 54, 56 eingerichtet,
die sowohl axial zu der jeweiligen Stirnfläche 18 bzw. 19 als
auch radial zu der Innenumfangsfläche 21 hin offen
sind. Die durch die Paare zusammengehöriger Einschnitte 54, 56 definierten Aufnahmeräume 48 bieten
den Kugel 49 ein größeres radiales Spiel,
das radial nach innen durch die jeweilige Welle 14 bzw. 16 beschränkt
ist. Die Form ist weiter vereinfacht und lässt sich besonders
einfach, materialsparend herstellen. Die inneren Dichtungsnuten 29 und
O-Ringe 32, wie bei der Ausführungsform nach 1,
sind hier weggelassen. Stattdessen kann eine Abdichtung an den Stirnenden
der Zerkleinerungswalzen 2, 3 vorgesehen sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 3302980
C2 [0004]
- - DE 3537603 C2 [0004]
- - DE 102005053049 A1 [0005]
- - DE 4122338 C2 [0007]
- - DE 10151246 B4 [0009]
- - DE 102005053092 A1 [0009]