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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Zerkleinern von Aufgabegut gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs
1 sowie ein plattenförmiges Zerkleinerungselement
gemäß dem Oberbegriff
des Schutzanspruchs 10.
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Gattungsgemäße Vorrichtungen sind beispielsweise
als Scheibenmühlen,
Refiner, Schlagplattenmühlen
oder Konusmühlen
bekannt. Diesen wird das schüttfähige Aufgabegut
axial in den Zentralbereich des vom Gehäuse umschlossenen Zerkleinerungsraums
zugeführt
und anschließend
in radiale Richtung umgelenkt, wo es von den um eine zentrale Drehachse
rotierenden Zerkleinerungswerkzeugen erfasst und zerkleinert wird.
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Die Zerkleinerungswerkzeuge liegen
sich innerhalb des Gehäuses
in axialem oder radialem Abstand gegenüber und bilden so einen rotationssymmetrischen
Mahlspalt, in dem die Zerkleinerungsarbeit stattfindet. Dabei wird
das Aufgabegut gegen die profilierte Oberfläche der Zerkleinerungswerkzeuge geschleudert
und daran gebrochen und aufgeschlossen. Die Zerkleinerungswerkzeuge
besitzen zu diesem Zweck eine eigens dafür gestaltete Oberfläche, die
zumeist von radial verlaufenden Riffelleisten gebildet wird.
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Während
des Betriebs einer gattungsgemäßen Vorrichtung
sind die Riffelleisten einer starken mechanischen Beanspruchung
ausgesetzt, die unter anderem von der Art und der Reinheit des Aufgabeguts
abhängt.
Das führt
zu einem natürlichen
Verschleiß der
Zerkleinerungswerkzeuge, so dass in regelmäßigen Zeitintervallen die verbrauchten
Zerkleinerungswerkzeuge ersetzt werden müssen. Dafür in Frage kommen entweder
neue Zerkleinerungswerkzeuge oder es werden die verbrauchten Zerkleinerungswerkzeuge
durch Schleifen und Schärfen
der Riffelleisten wieder einsatzfähig gemacht. Mit dem Instandsetzen
der verbrauchten Zerkleinerungswerkzeuge ist jedoch jedes Mal eine
Verringerung der Dicke der Zerkleinerungswerkzeuge verbunden. Dieser Vorgang
kann daher nicht beliebig oft wiederholt werden, sondern findet
aus statischen Gründen
seine Grenze dort, wo die allmähliche
Schwächung
des Werkzeugquerschnitts so weit fortgeschritten ist, dass die Zerkleinerungswerkzeuge
der mechanischen Beanspruchung während
des Zerkleinerungsbetriebs nicht mehr gewachsen sind.
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Diese Grenze unterteilt ein Zerkleinerungswerkzeug über seine
Dicke in einen Kernbereich und einen Nutzbereich. Der Nutzbereich,
an dessen Oberfläche
die Zerkleinerungsarbeit geleistet wird zeichnet sich dadurch aus,
dass er durch fortschreitenden Verschleiß vollständig aufgebraucht werden kann,
ohne die Funktions- und Bruchsicherheit eines Zerkleinerungswerkzeuges
zu gefährden.
Es ist daher möglich,
den Nutzbereich beim Nachschleifen der Zerkleinerungswerkzeuge vollständig aufzubrauchen.
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Dagegen stellt der Kernbereich den
Teil eines Zerkleinerungswerkzeugs dar, der aus statischer Sicht
notwendig ist, damit die Zerkleinerungswerkzeuge während des
Betriebs einer Zerkleinerungsvorrichtung nicht brechen. Eine über den
Nutzbereich hinausgehende Beanspruchung des Zerkleinerungswerkzeugs
birgt daher die Gefahr, dass das Zerkleinerungswerkzeug den hohen
mechanischen Beanspruchungen nicht mehr gewachsen ist und zerstört wird.
Die dabei entstehenden Bruchstücke
können
zu einer erheblichen Beschädigung
der gesamten Zerkleinerungsvorrichtung führen.
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Um den Verschleißzustand der Zerkleinerungswerkzeuge
feststellen zu können,
d. h. um zu ermitteln, ob die Dicke eines Zerkleinerungswerkzeuges
aus statischer Sicht ausreichend groß ist, ist es bekannt, mit
Hilfe von Lehren die Restdicke eines Zerkleinerungswerkzeuges zu
ermitteln. Dies geschieht manuell mit Hilfe eines entsprechenden Werkzeuges,
wobei eine Messung lediglich am Rand eines Zerkleinerungswerkzeuges
durchgeführt
werden kann. Diese Art der Ermittlung des Verschleißzustandes
ist verhältnismäßig aufwändig, so
dass diese Maßnahme
in der Praxis oft unterbleibt oder nur unzureichend oft durchgeführt wird.
Darüber
hinaus besteht der Nachteil dieser Vorgehensweise darin, dass der
Verschleißzustand
nicht selbsttätig
angezeigt wird, d. h. der Betreiber solcher Zerkleinerungsvorrichtungen
muss zur Ermittlung des Verschleißzustands selbst aktiv werden.
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Eine andere bekannte Art, um den
Verschleißzustand
von Zerkleinerungswerkzeugen anzuzeigen ist es, Markierungen an
den die Dicke bildenden Seiten eines Zerkleinerungswerkzeuges anzubringen.
Diese Markierungen liegen in der Trennebene zwischen dem Nutzbereich
und dem Kernbereich. Bei einer Reduzierung des Nutzbereiches bis zur
Markierung muss das Zerkleinerungswerkzeug durch ein neues ersetzt
werden. Der Nachteil von Markierungen ist es, dass sie sofern sie
auf die Oberfläche
des Zerkleinerungswerkzeuges aufgebracht sind, infolge mechanischer
Beanspruchung abgerieben werden und dann nicht mehr sichtbar sind.
Im Falle von Prägungen
besteht die Gefahr, dass diese sich im Laufe der Zeit mit Schmutz
zusetzen und daher nur noch schwer erkennbar sind.
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Beiden Vorgehensweisen ist der Nachteil
zu eigen, dass eine Überprüfung des
Zustands der Zerkleinerungswerkzeuge nur an deren Randbereichen stattfindet.
Bei ungleichmäßigem Verschleiß bleibt ein
Unterschreiten der statischen Mindestdicke in der Flächenmitte
unbemerkt.
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Vor diesem Hintergrund stellt sich
der Erfindung die Aufgabe, bekannte Zerkleinerungsvorrichtungen
derart weiterzuentwickeln, dass ihr Verschleißzustand selbsttätig, sicher
und zuverlässig angezeigt
wird.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit
den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 sowie ein Zerkleinerungswerkzeug
mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 10 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben
sich aus den Unteransprüchen.
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Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin,
in den Kernbereich der Zerkleinerungswerkzeuge einer erfindungsgemäßen Zerkleinerungsvorrichtung
Vertiefungen einzubringen, die in der Trennebene zum Nutzbereich
enden. Dies hat zur Folge, dass mit fortschreitendem Verschleiß der Zerkleinerungswerkzeuge
das Erreichen des Nutzbereichs durch plötzliches Erscheinen von Öffnungen
in der Oberfläche
der Zerkleinerungswerkzeuge angezeigt wird.
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Ein erster großer Vorteil der Erfindung liegt
in dem selbsttätigen
Anzeigen der Verschleißgrenze. Der
Betreiber einer erfindungsgemäßen Vorrichtung muss
selbst nicht mehr aktiv werden, um den Verschleißzustand der Zerkleinerungswerkzeuge
feststellen zu können.
Vielmehr wird ihm durch das Auftauchen von Öffnungen in der Oberfläche der
Zerkleinerungswerkzeuge die Notwendigkeit eines Werkzeugwechsels
signalisiert. Die mit Erreichen der Verschleißgrenze auftauchenden Öffnungen
in der sonst gleichmäßig strukturierten
Oberfläche
der Zerkleinerungswerkzeuge sind gut sichtbar und fallen entsprechend
gut auf, so dass eine sehr gute Erkennbarkeit gewährleistet
und damit die Betriebssicherheit für den Betreiber gesteigert
wird.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung
ergibt sich aus der Möglichkeit,
die Vertiefungen in beliebiger Anzahl und an beliebiger Stelle anbringen
zu können. Dadurch
ist es möglich,
den Verschleißzustand
nicht nur am Rand der Zerkleinerungswerkzeuge sondern beispielsweise
auch in der Flächenmitte
anzuzeigen. Das ermöglicht
auch die Anzeige des Verschleißzustand
bei ungleichmäßiger Abnutzung über die
Fläche
des Zerkleinerungswerkzeugs.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung laufen die Vertiefungen in ihrem tiefsten Punkt spitz
zu, d. h. die Vertiefungen enden punktförmig in der Trennebene zwischen
Kernbereich und Nutzbereich. Findet ein Verschleiß über den
Nutzbereich hinaus statt, so kommt es zwangsläufig zu einer Vergrößerung der Öffnungen.
Auf diese Weise lässt die
Größe der Öffnungen
einen Rückschluss
auf die Dringlichkeit des Werkzeugwechsels zu.
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Bevorzugt sind Vertiefungen mit konstantem Querschnitt,
bei denen lediglich der Grund veränderlich tief ausgebildet ist.
In einfacher Weise lässt
sich eine solche Vertiefung durch eine Bohrung herstellen mit einem
kegelförmigen
Bohrlochgrund.
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Bei einer besonders vorteilhaft ausgebildeten
Zerkleinerungsvorrichtung werden die Vertiefungen von Bohrungen
gebildet, die ein Innengewinde aufweisen. Das ermöglicht die
Befestigung der Zerkleinerungswerkzeuge mit Schrauben, die ausgehend
von den Trägerelementen
in die als Bohrung mit Innengewinde ausgebildeten Vertiefungen eingreifen.
Auf diese Weise kommt den Vertiefungen eine Doppelfunktion zu, nämlich die
Befestigung der Zerkleinerungswerkzeuge und die Anzeige des Verschleißzustandes
der Zerkleinerungswerkzeuge.
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In bevorzugter Ausgestaltung der
Erfindung ist die Anordnung der Vertiefungen in einem Abstand vom äußeren Rand
der Zerkleinerungswerkzeuge in einer Größe von 5 % des Gesamtdurchmessers
der Zerkleinerungswerkzeuge vorgesehen. Dadurch werden zumindest
die Zonen der Zerkleinerungswerkzeuge auf ihren Verschleißzustand
hin überwacht,
die einer stärkeren
Beanspruchung ausgesetzt sind. Um auch eine Mindestkontrolle der
Zerkleinerungswerkzeuge auf ihren Verschleißzustand über den Umfang hinweg zu erhalten,
wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
mindestens drei Vertiefungen vorzusehen, die zueinander den gleichen
Abstand aufweisen, also im Falle von drei Vertiefungen einen Winkelabstand
bezüglich
der Drehachse von 120° aufweisen.
Durch Vergrößerung der
Anzahl an Vertiefungen verkleinert sich entsprechend der Winkelabstand.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand
eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es zeigen
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1 eine
Vorderansicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit geöffneter
Gehäusetür,
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2 eine
Vorderansicht auf die in 1 dargestellte
Vorrichtung mit geschlossener Gehäusetür,
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3 einen
vertikalen Querschnitt durch die in 2 dargestellte
Vorrichtung entlang der Linie III-III,
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4 einen
Teilbereich aus 3 in
größerem Maßstab,
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5 einen
Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Zerkleinerungswerkzeug
und die
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6a und b jeweils eine Draufsicht auf einen Abschnitt
eines erfindungsgemäßes Zerkleinerungswerkzeuges.
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Anhand der 1, 2 und 3 werden die wesentlichen
Elemente einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
beschrieben. In den 1 und 2, die einmal eine Vorderansicht
mit geöffneter
und einmal mit geschlossener Gehäusetür 7 zeigen,
sieht man zunächst
einen Maschinenunterbau 1, der mit seinen Füßen 2 auf
einem festen Untergrund ruht. Die Oberseite des Maschinenunterbaus 1 bildet
eine Plattform, auf der die erfindungsgemäße Zerkleinerungsvorrichtung
aufgebaut ist.
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Die Zerkleinerungsvorrichtung besitzt
ein im wesentlichen trommelförmiges
Gehäuse 3,
das einen Zerkleinerungsraum 4 umschließt. Das Gehäuse 3 weist an seiner
Vorderseite 5 eine zentrale kreisförmige Öffnung 6 auf, die
mit Hilfe einer um eine vertikale Achse 8 verschwenkbare
Gehäusetür 7 verschließbar und
mit Verriegelungen 9 verriegelbar ist.
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Die Gehäusetür 7 besitzt ebenfalls
eine zentrale Beschickungsöffnung 10,
an die von der Außenseite
kommend ein vertikaler und im Fußbereich schräg in die
Beschickungsöffnung 10 mündender Fallschacht 11 anschließt. Über die
Dicke der Gehäusetür 7 erweitert
sich die Beschickungsöffnung 10 konisch
zum Zerkleinerungsraum 4 hin. Der Materialaustrag erfolgt über einen
Materialabzug 13, der in der Darstellungsebene tangential
aus dem Gehäuse 3 führt und
der beispielsweise an eine Absauganlage angeschlossen sein kann.
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Die Rückseite 14 des Gehäuses 3 ist
verstärkt,
um so einen horizontalen Lagerbereich 15 mit den Lagergruppen 16 ausbilden
zu können.
Durch die Rückseite 14 des
Gehäuses 3 erstreckt
sich eine in den Lagergruppen 16 drehbar gelagerte Antriebswelle 24,
deren äußeres Ende
eine Mehrrillenscheibe 18 trägt. Die Mehrrillenscheibe 18 ist über Riemen mit
dem lediglich in den 1 und 2 dargestellten Antriebsmotor 19 verbunden.
Die Riemen laufen dabei innerhalb einer Schutzverkleidung 20.
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Auf dem gegenüberliegenden, im Zerkleinerungsraum 4 befindlichen
Ende der Antriebswelle 24 sitzt mit ihrer Nabe 29 eine
Trägerscheibe 21,
die mit der Antriebswelle 24 in Rotation um die Drehachse 31 versetzt
werden kann. Die Scheibe 21 weist an ihrer der Öffnung 10 zugewandten
Fläche
radial verlaufende Verteilerrippen 12 auf. Ebenso sind
auf dieser Seite der Scheibe 21 die ersten Zerkleinerungswerkzeuge 23 ringförmig entlang
des Umfangs angeordnet. Den ersten Zerkleinerungswerkzeugen 23 sieht man
zweite Zerkleinerungswerkzeuge 36 in axialem Abstand gegenüberliegen,
wobei erste und zweite Zerkleinerungswerkzeuge 23, 36 einen
radialen Mahlspalt 49 bilden. Die zweiten Zerkleinerungswerkzeuge 36 sind
dabei auf der Innenseite der Gehäusetür 7 befestigt.
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Die Befestigung der Zerkleinerungswerkzeuge 23 und 36 ist
insbesondere aus 4 ersichtlich. Im
Bereich der ringscheibenförmig
um die Drehachse 31 verlaufenden Mahlbahn weisen die Trägerelemente
in Form der Trägerscheibe 21 und
Gehäusetür 7 ringscheibenförmige Vertiefungen
auf, in die die Zerkleinerungswerkzeuge passgenau eingesetzt sind.
Damit wird die Lage der Zerkleinerungswerkzeuge 23 und 36 in
der Ebene senkrecht zu ihrer Drehachse 31 gesichert. Zusätzlich werden
die Zerkleinerungswerkzeuge 23 und 36 in den Achsen 25 und 26 von
den Befestigungsschrauben 27 und 28 gehalten.
Die Befestigungsschraube 27 erstreckt sich dabei durch
die Trägerscheibe 21 hindurch reicht
mit ihrem aus der Vorderseite der Trägerscheibe 21 ragenden Überstand
in eine Bohrung 40 mit Innengewinde 41 im Zerkleinerungswerkzeug 23.
In entsprechender Weise ist das Zerkleinerungswerkzeug 36 durch
die Schraube 28 gehalten, die sich durch die Gehäusetür 7 erstreckt.
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Die Zerkleinerungswerkzeuge 23 und 36 können jeweils
aus einem einstückigen
Werkzeugring bestehen, der mit mehreren Befestigungsschrauben an
der Trägerscheibe 21 bzw.
an der Gehäusetür 7 festgeschraubt
ist. Alternativ hierzu können
eine Vielzahl von Zerkleinerungswerkzeugen 23 und 36,
die sich jeweils nur über
einen Abschnitt der Mahlbahn erstrecken, ringförmig aneinandergereiht werden.
In beiden Fällen
erfolgt die Befestigung mit Hilfe der Befestigungsschrauben 27 und 28,
wie in 4 beschrieben.
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Der genauere Aufbau der Zerkleinerungswerkzeuge 23 und 36 wird
exemplarisch am Beispiel des in 5 gezeigten
Zerkleinerungswerkzeuges 36 beschrieben. Das Zerkleinerungswerkzeug 36 ist massiv
und plattenförmig
ausgebildet. Im Querschnitt besitzt das Zerkleinerungswerkzeug 36 eine
leicht konische Gestalt, wobei der in radialer Richtung außen liegende
Rand gegenüber
dem inneren Rand eine größere Breite
aufweist. Daraus ergibt sich bei zwei sich gegenüberliegenden Zerkleinerungswerkzeugen
ein sich in radialer Richtung verjüngender Mahlspalt.
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Die aktive Vorderseite 32 ist
mit scharfen Riffelleisten 33 zur Zerkleinerung des Aufgabeguts
versehen. Die Hinterseite 34 des Zerkleinerungswerkzeugs
36 weist
Ausnehmungen 35 und 38 auf, die eine Material-
und Gewichtsersparnis bewirken. Die nicht vertieften Bereiche der
Hinterseite 34 sind plan geschliffen und bilden die Aufstandsfläche des
Zerkleinerungswerkzeugs 36 auf dem Trägerelement, hier in Form der
Gehäusetür 7.
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Über
seine gesamte Dicke D ist das Zerkleinerungswerkzeug 36 in
einen Nutzbereich A und einen Kernbereich B unterteilt. Die in 5 mit 30 bezeichnete
und planparallel zur Vorderseite 32 verlaufende Trennebene 30 stellt
somit die Grenze zwischen den beiden Bereichen A und B dar.
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Etwa im oberen Drittel und senkrecht
zur Rückseite 34 des
Zerkleinerungswerkzeugs 36 sieht man eine Vertiefung 40,
gebildet von einer Bohrung, deren innere Mantelfläche mit
einem Gewinde 41 versehen ist. Der Bohrlochgrund 42 ist
flach kegelförmig
ausgebildet. Die Bohrlochtiefe ist so gewählt, dass die Spitze des flach
kegelförmigen
Bohrlochgrunds 42 mit der Trennebene 30 endet.
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Beim Betrieb einer erfindungsgemäßen Zerkleinerungsvorrichtung
wird das Aufgabegut in den Fallschacht 11 geschüttet, wo
es zentral durch die Beschickungsöffnung 10 in den vom
Gehäuse 3 umschlossenen
Zerkleinerungsraum 4 gelangt. Dort stößt es zunächst auf den zentralen Bereich
der rotierenden Trägerscheibe 21 und
wird von den Verteilerrippen 12 mitgenommen und einer Kreisbewegung
unterworfen. Die dabei einsetzenden Zentrifugalkräfte lenken
das Aufgabegut in radialer Richtung zu den Zerkleinerungswerkzeugen 23 und 36.
Beim Passieren des von der Zerkleinerungswerkzeugen 23 und 36 gebildeten
Mahlspaltes 49 wird das Aufgabegut mehrmals mit hoher Geschwindigkeit
gegen die Riffelleisten 33 der Vorderseite 32 geschleudert und
dabei gebrochen und aufgeschlossen. Mit Verlassen des Mahlspaltes 49 in
radialer Richtung ist die Zerkleinerungsarbeit beendet und das Aufgabegut wird über den
tangentialen Materialabzug 13 weiteren Bearbeitungsstationen
zugeführt.
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Die in 3 eingetragenen
Pfeile 50 versinnbildlichen den Materialfluss durch eine
erfindungsgemäße Vorrichtung.
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Die während des Zerkleinerungsbetriebs
am meisten beanspruchten Teile sind die Zerkleinerungswerkzeuge 23 und 36,
was sich in einem allmählichen
Verschleiß der
Vorderseite 32 bemerkbar macht. Dabei nutzen sich die Riffelleisten 33 ab
und werden stumpf mit dem Ergebnis einer unzureichenden Zerkleinerung
des Aufgabeguts im Hinblick auf die Verarbeitungsleistung und Verarbeitungsqualität. Aus diesem
Grund wird die Vorderseite 32 der Zerkleinerungswerkzeuge 23 und 36 in
regelmäßigen Abständen nachgeschliffen,
um die ursprüngliche Gestalt
der Riffelleisten 33 wieder herzustellen. Allerdings ist
mit jedem Schleifvorgang eine Verringerung der Dicke des Nutzbereichs
A verbunden, so dass die Dicke D der Zerkleinerungswerkzeuge 23 und 36 jeweils
abnimmt.
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Durch wiederholtes Schleifen der
Zerkleinerungswerkzeuge 23 oder 36 kann dabei
eine Verringerung der Dicke D soweit erfolgen, bis die Vorderseite 32 mit
der Trennebene 30 zusammenfällt. In diesem Zustand ist
der gesamte Nutzbereich A des Zerkleinerungswerkzeugs 23 oder 36 verbraucht
und nur noch dessen Kernbereich B übrig.
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Um eine weitere Abnutzung des Zerkleinerungswerkzeugs 23 oder 36 und
die damit einhergehenden Risiken zu verhindern, muss das Erreichen dieses
Grenzzustands dem Betreiber einer Zerkleinerungsvorrichtung angezeigt
werden. Zu diesem Zweck reicht die Vertiefung 40 an ihrem
tiefsten Punkt bis zur Trennebene 30, d. h. mit Reduzierung der
Dicke D des Zerkleinerungswerkzeugs 23 bzw. 36 bis
zur Trennebene 30 wird die Vertiefung 40 auch auf
der Vorderseite 32 des Zerkleinerungswerkzeugs 23 bzw. 36 in
Form eines Loches sichtbar. Der Grenzzustand ist in 6a dargestellt, bei dem lediglich ein kreisförmiges Loch 43 mit
geringem Durchmesser sichtbar ist.
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Infolge der flach kegelförmigen Ausbildung des
Grunds 42 der Vertiefung 40 vergrößert sich
der Durchmesser des auf der Vorderseite 32 sichtbaren Loches
bei anhaltender Abnutzung erheblich. Dieser Zustand ist in 6b mit dem Loch 44 dargestellt. Auf
diese Weise gelingt es der Erfindung, nicht nur das Erreichen des
Endes der Einsatzdauer eines Zerkleinerungswerkzeuges 23 bzw. 36 anzuzeigen, sondern
auch den Grad der Abnutzung nach Überschreiten dieses Grenzzustandes
und damit die Dringlichkeit eines Werkzeugwechsels.
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Vorstehende Ausführungen gehen davon aus, dass
sich die genaue Lage der Trennebene 30 zwischen dem Nutzbereich
A und dem Kernbereich B aus statischer Sicht von selbst ergibt.
Natürlich
liegt es im Rahmen der Erfindung, die Aufteilung von Nutzbereich
A und Kernbereich B und damit die genaue Lage der Trennebene 30 aus
anderen Erwägungen
heraus davon unterschiedlich festzulegen. Erfindungsgemäß wird aber
auch bei anderen Aufteilungen das Ende des Nutzbereichs A durch
Vertiefungen 40 im Kernbereich B bis zur Trennebene 30 angezeigt.