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Zerkleinerungsvorrichtung
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und Verfahren zu deren Herstellung Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum axialen Verspannen scheibenartiger Schneidmesserelemente an einer Zerkleinerungsvorrichtung,
bei der mehrere Schneidmesserelemente auf einem Wellenschaft aufgereiht sind, welcher
ein Drehmoment auf die Schneidmesserelemente überträgt.
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Die Erfindung bezieht sich ausserdem auf eine Zerkleinerungsvorrichtung
mit wenigstens einem parallelen Wellenpaar, welches mehrere sich gegenseitig kämmende,
scheibenartige Schneidmesserelemente mit dazwischen liegenden Distanzscheiben aufweist,
welche durch am Wellenende angeordnete Spannelemente in axialer Richtung zusammenpressbar
sind.
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Derartige Vorrichtungen sind auch unter dem Namen Schneidscheibenmühle
oder Walzenzerkleinerungsmaschine bekannt. Die beiden achsparallelen Walzen drehen
sich in der Regel gegenläufig und mit unterschiedlichen Drehzahlen. Die sich gegenseitig
kämmenden Schneidmesserelemente konnen mit Reisszähnen versehen sein, so dass das
zu zerkleinernde Gut angerissen und zwischen die beiden Walzen eingezogen wird.
Mit derartigen Vorrichtungen können auch zähe Materialien wie z.B. Autopneus und
sogar Metallteile zerkleinert werden.
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Eine derartige Vorrichtung ist z.B. durch die DE-OS 24 50 936 bekannt
geworden. Die beim Zerkleinern auftretenden sehr hohen Kräfte und die damit verbundenen
hohen Drehmomente führen zu Lagerproblemen bei den beiden Wellen. Einerseits müssen
durch den Wellenschaft hohe Drehmomente übertragen werden, und andererseits müssen
die scheibenartigen Schneidmesserelemente und die dazwischen liegenden Distanzscheiben
in axialer Richtung zusammengehalten werden. Zur Lösung dieses Problems wurde durch
die DE-OS 24 50 936 vorgeschlagen, den Wellenschaft im Querschnitt sechseckig auszubilden
und die Schneidmesserelemente und Distanzscheiben mit korrespondierenden sechseckigen
Offnungen zu versehen. Als Spannelement am Wellenende dienen Tellerfedern, welche
mit Hilfe von Gewinderingen vorgespannt werden. Bei der Vorrichtung gemäss DE-OS
25 26 650 sind die Wellenschafte ebenfalls im Querschnitt sechseckig ausgebildet,
als Spannnelemente dienen jedoch ineinander greifende Gewindehülsen, mit denen die
Schneidrnesserelemente axial verspannt werden können.
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Ein Nachteil dieser Anordnung ist einerseits die kostspielige Herstellung
der sechskantigen Wellenschafte und der entsprechenden Bohrungen. Dies insbesondere
deshalb, weil enge Toleranzen eingehalten werden müssen und die Oberflächen fein
zu bearbeiten sind. Ein weiterer Nachteil besteht jedoch darin, dass die mehreckige
Welle eine schlechte Drehmomentübertragung bewirkt, da die Schneidmesserelemente
zum Aufschieben ein bestimmtes Spiel zur Welle haben müssen. Dieses Spiel zwischen
Welle und Schneidscheiben führt bei punktueller Uberbelastung einzelner Schneidmesserelemente
zu starken Schlägen, welche möglicherweise zur Beschädigung der Schneidmesserelemente
und der Welle und zu einer Beeinträchtigung der Kraftubertragung führen können.
Die mehreckige Konfiguration der Nabenöffnungen bewirkt ausserdem unerwünschte Kerbwirkungen
bei der Drehmomentübertragung.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten
Art zu schaffen, mit dem eine rasche Montage der Vorrichtung möglich ist und mit
dem die Schneidmesserelemente mit geringem konstruktivem Aufwand verspannt werden
können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Wellenschaft
zuerst um eine vorbestimmte Distanz axial gedehnt wird, dass zwischen dem gedehntn
Ende des Wellenschaftes und den aufgereihten Schneidmesserel ementen ein Spannelement
eingesetzt wird, und dass der Wellenschaft zum Zusammenpressen der Schneidmesserelemente
mit dem Spannelement sodann wieder entspannt wird.
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Ersichtlicherweise kann so die axiale Federkraft des Wellenschaftes
ausgenützt werden, um das ganze Scheibenpaketzusammenzuhalten.
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Die für die Dehnung des Wellenschaftes erforderlichen Zugkräfte konnen
besonders einfach mit einem Hydraulikzylinder aufgebracht werden. Dieser erlaubt
eine genaueste Justierung der Dehnung und eine Kontrolle der jeweils auftretenden
Zugkraft im Wellenschaft.
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Besonders einfach kann der Wellenschaft auch durch Erwärmung gedehnt
werden, indem beispielsweise heisses Oel durch eine axiale Bohrung im Wellenschaft
gepumpt wird. Diese Art der Dehnung erfordert keine Einspannungen und Abstützungen
wie sie beim Hydraulikzylinder notwendig sind.
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Die erfindungsgemässe Vorrichtung hat einen besonders einfachen und
kräftemässig vorteilhaften Aufbau, wenn die Schneidmesserelemente und Distanzscheiben
über die Spannelemente mittels der axialen Wellenelastizität zusammenpressbar sind
und wenn die Drehmomentubertragung vom Wellenschaft auf die Schneidmesserelemente
uber die Seitenwände der Schneidmesserelemente und Distanzscheiben erfolgt.
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Entgegen der bisher herrschenden Meinung ist es nicht erforderlich,
die Schneidmesserelemente durch spezielle Querschnittsform der Welle oder durch
Nut und Federn oder Keilverbindungen absolut verwindungssteif auf dem Wellenschaft
zu lagern. Bei genügender
axialer Presskraft können Schneidmesserelemente
und Distanzscheiben auch ohne formschlüssige Verbindung gehalten sein.
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Dies erlaubt es, den Wellenschaft als rundes Drehteil und die Nabenöffnungen
in den Schneidmesserelementen und Distanzscheiben als runde Bohrungen mit grosser
Toleranz auszubilden. Ersichtlicherweise erlaubt dies einfache Fertigungsmethoden.
Die runde Querschnittsform des Wellenschaftes ist ausserdem festigkeitsmässig wesentlich
günstiger als andere Querschnittsformen oder solche, die beispielsweise durch Nuten
oder Verzahnungen unterbrochen sind. An die Toleranzen der Parallelität der Seitenflächen
der Scheiben müssen keine zu hohen Anforderungen gestellt werden, da der Wellenschaft
Ungenauigkeiten durch Biegung wieder ausgleicht, so dass das Scheibenpaket ohne
Beeinträchtigung der Funktion unrund laufen kann.
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Durch die seitliche Ubertragung des Drehmomentes an den Scheiben,
bzw. durch deren axiales Zusammenpressen erhält man ein verwindungssteifes Paket
mit einem günstigen Widerstandsmoment.
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Kräftemässig ist das Scheibenpaket wie aus einem einzigen Stück gefertigt.
Der Wellenschaft selbst weist eine axiale Elastizität auf, die ausreicht, um die
Schneidmesserelemente und Distanzscheiben zusammenzupressen.
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Eine besonders zuverlässige Ubertragung des Drehmoments erfolgt, wenn
die Seitenflächen der Schneidmesserelemente und Distanzscheiben zur Erzeugung einer
hohen Haftreibung aufgerauht sind.
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Eine besonders einfache Vorrichtung zur Aufrechterhaltung der Vorspannung
ergibt sich dadurch, dass die Spannelemente zwei auf dem Wellenschaft angeordnete
Scheiben sind, bei denen die einander zugewandten Flächen mit radial verlaufenden,
fächerartigen Anschrägungen versehen sind, die ineinander greifen und deren Oberflächen
derart schräg zur Scheibenebene verlaufen, dass durch Verdrehen der beiden Scheiben
gegeneinander ein axialer Weg erzielbar ist. Durch die fächerartigen Anschrägungen
entstehen ersichtlicherweise mehrere nebeneinander liegende Keilflächen,
die
zur Aufnahme der hohen axialen Belastung besonders geeignet sind.
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Die Feststellung der beiden Scheiben kann auf besonders einfache Weise
erfolgen, wenn die beiden Scheiben im gespannten Zustand mit einem zwischen die
Stirnseiten der fächerförmigen Anschrägungen schiebbaren Sicherungselement gesichert
sind. Die beiden Scheiben können dabei so lange gegeneinander verdreht werden, bis
der einer bestimmten Vorspannung der Welle proportionale axiale Weg vor dem Entspannen
der Welle zurückgelegt ist. Dann wird das Sicherungselement zwischen die beiden
Scheiben eingeschoben, so dass ein Zurückdrehen der Scheiben beim Entspannen der
Welle nicht mehr möglich ist.
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Besonders einfach ist das Verspannen, wenn das Sicherungselement eine
feststellbare Keilsicherung ist. Der Keil kann praktisch stufenlos an jeder beliebigen
Stelle festgestellt und gesichert werden.
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Als Widerlager für das Spannelement auf dem Wellenschaft dienen vorteilhaft
zwei in eine umlaufende Vertiefung im Wellenschaft eingreifende Halbschalen, die
ihrerseits durch einen übergestülpten Haltering gegeneinander pressbar sind. Dadurch
ergibt sich eine zuverlässige Abstützung der Spannelemente, die auch extrem hohe
Kräfte aufnehmen kann. Die Demontage ist relativ einfach, da nach dem Zurückziehen
des Halteringes lediglich die beiden Halbschalen entfernt werden müssen.
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Die ganze Anordnung kann besonders vorteilhaft vor Uberbelastung geschützt
werden, wenn im Bereich wenigstens eines Wellenschaftes ein Stutzelement derart
nahe angeordnet ist, dass die Schneidmesserelemente und/oder Distanzscheiben beim
Erreichen eines vorbestimmten Federweges des Wellenschaftes am Stutzelement auflaufen
und durch dieses gestützt bzw. gebremst werden.
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Das Stützelement erfüllt dadurch ersichtlicherweise eine doppelte
Funktion. Einerseits stützt es die Welle ab und verhindert
dadurch
extreme Durchbiegungen. Andererseits wird die Welle aber auch umso mehr abgebremst,
je mehr sie sich durchbiegt, bzw. je mehr sie am Stützelement anliegt. Damit wird
jedoch automatisch die bei diesen Vorrichtungen übliche Drehmomentsicherung aktiviert,
die den Antrieb zuerst reversiert und bei nochmaligem Uberschreiten eines vorbestimmten
Drehmomentwertes abstellt. Die Federung der einen Welle ermöglicht es, dass kleinere,
nicht zerschneidbare Teile die Messerwalzen passieren können, ohne dass die Drehmomentsicherung
sofort anspricht. Bei der federnden Walze kann eine linienförmige Abstützung am
Stützelement bewirkt werden. Ausserdem werden durch die federnde Anordnung die Schneidmesserelemente
geschont, da starke Schläge auf die Messerkanten vermieden werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt
und wird nachstehend genauer beschrieben. Es zeigen: Figur 1 einen teilweise aufgeschnittenen,
schematisch dargestellten Wellenschaft, Figur 2 eine Seitenansicht des Wellenschaftes
gemäss Figur 1, Figur 3 eine Draufsicht auf eine Scheibe eines Spannelementes, Figur
4 die Scheibe gemäss Figur 3 in Seitenansicht, Figur 5 die Sicherung der beiden
Scheiben des Spannelementes, Figur 6 ein Wellenpaar in unbelastetem Zustand, und
Figur 7 ein Wellenpaar mit einem durchgebogenen Wellenschaft.
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Figuren 8a - 8c den Verfahrensablauf beim Spannen der Messerscheiben
in schematischer Darstellung.
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Wie in Fig. 1 dargestellt sind auf einem Wellenschaft 1 Schneidmesserelemente
2 mit dazwischen liegenden Distanzscheiben 3 angeordnet. Die Breite der Distanzscheiben
entspricht etwa der Breite der Schneidmesserelemente des benachbarten Wellenschaftes,
so dass sich die Schneidmesserelemente eines Wellenpaares gegenseitig kämmen. Die
Anordnung liegt auf einer Seite der Welle an einer Stützschulter 15 auf und wird
am Wellenende 4 mit einem Spannelement 5 zusammengehalten. Wie dargestellt hat der
Wellenschaft 1 einen runden Querschnitt, so dass sich die Schneidmesserelemente
und Distanzscheiben bei nicht gespanntem Spannelement 5 frei auf dem Wellenschaft
drehen können.
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Die Bohrungen in den Schneidmesserelementen und Distanzscheiben haben
gegenüber der Welle derart Ubermass, dass zwischen Welle und Bohrungen ein Luftspalt
entsteht.
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Der Wellenschaft 1 kann eine oder mehrere axiale Bohrungen 24 aufweisen,
durch die eine Heizflüssigkeit gepumpt werden kann, um den Wellenschaft zu dehnen.
Vorzugsweise ist der Wellenschaft gegenüber den Schneidmesserelementen und Distanzscheiben
mit einer Wärmeisolierung 25 thermisch isoliert. Dadurch wird beim Erwärmen des
Wellenschaftes eine Erwärmung der Scheiben vermieden. Eine Wärmeisolierung kann
ohne Probleme angebracht werden, da auf die Oberfläche des Wellenschaftes keine
Drehmomente einwirken.
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Die Seitenflächen 6 der Schneidmesserelemente 2 und der Distanzscheiben
3 sind etwas aufgerauht, um eine bessere Haftreibung zu erzielen und dadurch eine
zuverlässige Ubertragung des Drehmomentes von Scheibe zu Scheibe zu gewährleisten.
Durch das kraftschlüssige Zusammenpressen der Schneidmesserelemente und Distanzscheiben
entsteht in Drehrichtung ein starres Paket.
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Als Widerlager für das Spannelement 5 dienen zwei Halbschalen 13,
die sich in einer umlaufenden Vertiefung 12 im Wellenschaft 1 abstützen. Die umlaufende
Vertiefung wird derart dimensioniet,
dass ein besonders günstiger
Kraftfluss im Wellenschaft eintritt. Die beiden Halbschalen 13 werden von einem
Haltering 14 zusammengehalten.
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Als Spannelement dienen zwei Scheiben 7, bei denen die einander zugewandten
Flächen 8 mit fächerartigen Anschrägungen 9 versehen sind. Die Anschrägungen 9 wirken
wie tangential zwischen die beiden Scheiben eingeschobene Keile und bewirken beim
Verdrehen der beiden Scheiben eine relative Axialbewegung der Scheiben.
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Eine Draufsicht auf zwei ineinander greifende Scheiben 7 und 7' ist
in Figur 5 dargestellt. Beim Drehen der Scheibe 7' in Pfeilrichtung A legt die Scheibe
7' ersichtlicherweise auf der Anschrägung 9 gleichzeitig einen axialen Weg in Pfeilrichtung
B zurück. Gleichzeitig .entfernen sich die Stirnseiten der Anschrägungen 17 und
17' voneinander. Zwischen diese Stirnseiten ist ein Sicherungselement 10 eingeschoben,
das die Scheibe 7' in seiner Relativlage zur Scheibe 7 festhält.
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Als Sicherungselement kann beispielsweise ein Keil 18 verwendet werden,
der mit einer Feststellschraube 19 fixiert werden kann.
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Es ist jedoch auch denkbar, dass als Sicherungselement kalibrierte
Klemmkeile oder andere Sicherungsmittel verwendet werden können. Der Fachmann ist
ohne weiteres in der Lage, den Winkel der Anschrägungen 9 den Anforderungen gemäss
zu bestimmen. Die Anschrägungen 9 sind vorteilhaft als plane, facettenartige Oberflachen
ausgebildet.
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Der Montagevorgang der erfindungsgemässen Anordnung ist in Figur 8
schematisch dargestellt. Das Scheibenpaket 26 ist auf dem Wellenschaft 1 aufgereiht
und liegt an der Stützschulter 15 an.
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Das Widerlager 27 am Wellenende 4 ist bereits eingesetzt, wie in Figur
8a dargestellt. Zwischen Widerlager und Scheibenpaket besteht im ungespannten Zustand
ein Abstand x.
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Wie in Figur 8b dargestellt wird der Wellenschaft in Pfeilrichtung
C gedehnt, so dass sich das Mass x auf die Distanz y vergrössert. Nun kann das Spannelement
5 zwischen Widerlager und Scheibenpaket eingesetzt werden und beispielsweise auf
ein Mass z eingestellt werden, welches einer bestimmten axialen Zugspannung im Wellenschaft
entspricht.
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Anschliessend wird der Wellenschaft 1 wieder entspannt, so dass abgestützt
am Widerlager 27 über das Spannelement 5 das Scheibenpaket 26 in Pfeilrichtung D
zusammengepresst wird.
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Beim Einsatz eines Hydraulikzylinders zur Wellendehnung sind entsprechende
Vorrichtungen zum Anfassen und Einspannen des Wellenendes 4 erforderlich.
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Wie in den Figuren 6 und 7 dargestellt erfolgt die Lagerung eines
Wellenpaares vorteilhaft derart, dass die eine Welle 20 fest und die benachbarte
Welle 21 unter federnder Vorspannung beweglich gelagert ist. Die beiden Wellenlager
22 der beweglichen Welle sind mit einer Kraft von beispielsweise 50 Tonnen pro Lager
vorgespannt. Bei Normalbetrieb arbeiten die Federn in den Wellenlagern 22 nicht.
Unmittelbar entlang des Messersatzes der beweglichen Welle 21 ist ein Abstreifelement
16 fest angeordnet.
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Sobald ein nicht zerkleinerbares Müllteil 23 zwischen die Messersätze
der beiden Wellen 20 und 21 gerät, wird die Vorspannkraft in den Lagern 22 überschritten
und die Welle 21 legt einen bestimmten Federweg zurück. Beim Zurücklegen eines vorbestimmten
Federweges laufen die Messersätze der beweglichen Welle 21 am Abstreifelement 16
auf. Dadurch wird ein weiteres Durchbiegen bzw. Zurückfedern verhindert und es tritt
eine Abstützung der beweglichen Welle 21 ein. Gleichzeitig wird die Welle 21 aber
auch abgebremst, was das Drehmoment auf dieser Welle erhöht. Bei entsprechender
Einstellung hat dies zur Folge, dass die Drehmomentsicherung des Motors, der die
beiden Wellen 20 und 21 antreibt, anspricht. Es eignen sich besonders Hydraulikmotoren
für
den Antrieb der Wellen. Die Drehmomentsicherung ist in der Regel so ausgelegt, dass
beim Uberschreiten eines bestimmten Drehmomentes die beiden Wellen 20 und 21 zuerst
reversiert werden, was zum Zurückführen des eingeklemmten Müll teiles 23 führt.
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Nach einer vorbestimmten Reversierzeit bewegen sich die Wellen 20
und 21 wieder in Schnittrichtung, was in den meisten Fällen infolge der dadurch
eingetretenen Lageveränderung des Müll teiles zu einer normalen Zerkleinerung führt.
Nach einer bestimmten Zahl Reversierungen wird entweder ein Auswurfmechanismus betätigt,
der das nicht zerkleinerbare Müllteil 23 ganz entfernt, und/oder die ganze Vorrichtung
wird ganz abgeschaltet, so dass das Bedienungspersonal den Grund der Störung feststellen
kann.
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Die dargestellte bewegliche Lagerung einer Welle mit gleichzeitiger
Abstützung durch ein Abstreifelement kann auch bei Vorrichtungen eingesetzt werden,
deren Schneidmesserelemente nicht erfindungsgemäss gelagert sind. Die Wahl der geeigneten
Federung für die Wellenlager 22 in Abhängigkeit vom gewünschten Federweg bis zum
Anstehen am Abstreifelement 16 ist dem Fachmann bekannt und wird hier nicht näher
beschrieben. Bei Normalbetrieb hat das Abstreifelement die Aufgabe, an den Schneidmesserelementen
klebende Müll teile abzustreifen und dadurch die Schneidmesserelemente laufend zu
reinigen: Anstelle des Abstreifelementes können auch andere Stützelemente angeordnet
werden, welche die Walze nur an bestimmten Punkten abstützen.
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