DE60316137T2

DE60316137T2 - Walzenkonstruktion und verfahren zur deren herstellung

Info

Publication number: DE60316137T2
Application number: DE60316137T
Authority: DE
Inventors: Dario Toncelli
Original assignee: Toncelli Dario Bassano del Grappa
Current assignee: Toncelli Dario Bassano del Grappa
Priority date: 2002-04-18
Filing date: 2003-04-09
Publication date: 2008-05-29
Anticipated expiration: 2023-04-10
Also published as: EP1494811B9; IL163097A; CA2468884A1; CA2468884C; ATE372170T1; WO2003086634A1; AU2003227584A1; ITTV20020044A1; PT1494811E; US20040235629A1; EP1494811A1; ES2291634T3; US7766807B2; EP1494811B1; DE60316137D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Walzen oder Zylinder, die in den Vorrichtungen zur Verarbeitung von Materialien oder Produkten verwendet werden, sowie auf das Verfahren für ihre Herstellung.
In der nachfolgenden Beschreibung wird Bezug auf Walzen genommen, die in so genannten "klumpenbrechenden" Vorrichtungen zum Zerstoßen von Klumpen oder Aggregaten verwendet werden, wobei dies selbstverständlich nicht dazu bestimmt ist, den Umfang der Erfindung einzuschränken, sondern lediglich dazu, ein Beispiel bereitzustellen.
Klumpenbrechende Vorrichtungen werden derzeit in der Technologie zur Herstellung von Konglomeraten oder Agglomeraten verwendet, die durch ein granuliertes Steinmaterial und ein Bindemittel (entweder vom anorganischen Typ, wie beispielsweise ein Zementbindemittel, oder vom organischen Typ, wie etwa ein synthetisches Härteharz) gebildet werden. Bei dieser Technologie muss an der Ausgangsseite der Mischungsmaschinen die Größe der Aggregate oder "Klumpen" in der Mischung, die durch das oben erwähnte Granulat und das Bindemittel gebildet wird, gesteuert werden, bevor die Mischung an die Formungsstation weitergegeben und insbesondere bevor sie in das Formungswerkzeug eingeführt wird.
Das US-Patent Nr. 5 174 823 beschreibt und veranschaulicht eine Vorrichtung zur Steuerung der Beschaffenheit der Agglomerationen von Mischungen der oben genannten Art, wobei sich der Steuerungsvorgang sowohl auf die Teilchengrößen als auch auf die homogene Verteilung der Steingranulate innerhalb der Mischung bezieht.
Die besagte Vorrichtung umfasst zwei Walzen, die mit ihren jeweiligen Achsen parallel und in einer verstellbaren Weise beabstandet angeordnet sind, sodass der Abstand zwischen den beiden benachbarten zylindrischen Oberflächen auf den gewünschten Wert für die maximale Größe der Klumpen oder der Mischungsaggregate in den Endprodukten eingestellt werden kann.
Vorzugsweise werden die beiden Walzen in Rotation mit unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten versetzt, wobei zu diesem Zweck für jede Walze ein separates Antriebssystem vorgesehen ist.
Die beiden Walzen sind gewöhnlich aus Stahl gefertigt und unterliegen insbesondere im Fall besonders harter und/oder abrasiver Produkte und Materialien (wie beispielsweise quarzhaltiger Aggregate) einem Verschleiß; wenn der Verschleiß jeweils ein bestimmtes Ausmaß erreicht, muss die Verarbeitung gestoppt werden, damit die Qualität der Endprodukte nicht nachteilig beeinflusst wird.
Während des Stillstands werden die Stahlwalzen aus der Vorrichtung, in der sie verwendet werden, entfernt, poliert und wieder eingesetzt. Diese Vorgänge sind offensichtlich komplex und kostspielig sowie insbesondere von einer solchen Dauer, dass sie den Zyklus für die Verarbeitung der Agglomerate aus Steinmaterialien für eine nicht unbedeutende Zeitspanne unterbrechen.
Bei einem Versuch, diesen Nachteil zu überwinden, wurde vorgeschlagen, die Walzen aus einem keramischen Material anstatt aus Stahl herzustellen, was jedoch nur ein begrenztes Ausmaß an Erfolg zeitigte, da keramische Materialien mechanische Eigenschaften haben, die sie ungeeignet dafür machen, anderen Arten von Belastungen standzuhalten, wie sie während der oben erwähnten Verarbeitung auftreten.
Es wurde außerdem vorgeschlagen, die Stahlwalzen zu verchromen, um ihre Oberfläche härter auszuführen; jedoch wurde festgestellt, dass die Verchromung Metalloxide und/oder andere füllstoffhaltige Substanzen freisetzt, die, wenn sie mit der Mischung – insbesondere, wenn diese hell gefärbt ist – in Kontakt stehen, deren Farbeigenschaften ändern können, was ein nicht unbedeutender Nachteil im Hinblick darauf ist, dass das ästhetische Erscheinungsbild der mit der besagten Mischung erhaltenen Endprodukte von großer Wichtigkeit ist. Außerdem ist dieser Nachteil auch im Fall von Walzen aus rostfreiem Stahl zu beobachten.
Schließlich ist in JP-A-07 155 624 eine weitere Mahlwalze offenbart, die ausschließlich aus Quarzglas besteht und daher eine nicht-poröse Oberfläche hat sowie durch eine Schicht aus organischem Harz an einem Metallschaft sicher befestigt ist.
Es ist wünschenswert und stellt tatsächlich eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung dar, Walzen zu schaffen, die eine hohe Verschleißbeständigkeit haben, mechanisch fest sind und keine Substanzen freisetzen, die das ästhetische Erscheinungsbild der Materialien verändern können, die der Verarbeitung unterzogen werden.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen der Walzen zu schaffen, das unter Anwendung an sich bekannter Methoden sowie ohne größeren Kapitaleinsatz leicht ausgeführt werden kann.
Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden gelöst mit einer Walze oder einem Zylinder mit einer nicht-porösen äußeren Oberfläche zur Verarbeitung von Materialien und Produk ten, insbesondere zum Zerstoßen und zur Steuerung der Teilchengröße der Aggregate oder Klumpen, die aus einer Mischung von mindestens einem granulierten Steinmaterial von geeigneter Härte und mindestens einem Bindemittel gebildet sind, wobei die Walze dadurch gekennzeichnet ist, dass die Oberfläche aus einem nicht-porösen Agglomerat gebildet ist, das aus einer härtbaren Mischung gebildet ist, die ein granuliertes Steinmaterial von geeigneter Härte und ein Härteharz als ein Bindemittel aufweist.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Walze oder des Zylinders in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung bildet das Agglomerat die Beschichtung mit einer geeigneten Dicke auf einem zylindrischen Kern der Walze, wobei der Kern aus ein mechanisch widerstandsfähigen Material wie beispielsweise Stahl gefertigt ist.
Das Steinmaterial, das das Agglomerat bildet, liegt in Form eines Granulats mit einem gesteuerten Teilchengrößenmaßstab vor (gewöhnlich im Bereich zwischen 0,1 und 2,0 mm) und wird aus Steinmaterialien mit einem hohen Härtefaktor und einer hellen Färbung ausgewählt.
Was den Kern der Walze betrifft, so ist dieser hohl und außerdem vorzugsweise aus Metall sowie zylindrisch, obwohl dies nicht als eine Einschränkung dahingehend ausgelegt werden darf, dass die Form des Kerns nicht wesentlich ist, während die äußere Oberfläche der Agglomeratbeschichtung, die auf dem Kern gebildet ist, eine vollkommen zylindrische Form haben muss.
Quarzhaltige Aggregate, die eine helle Färbung mit einem hohen Härtefaktor vereinigen, sind als das Granulat bildende Steinmaterialien besonders bevorzugt.
Was das Härteharz betrifft, das das Bindemittel des Agglomerats bildet, so ist es vorzugsweise ein Epoxidharz, das mittels einer Reaktion mit einem geeigneten Härtungsmittel gehärtet werden kann, obwohl auch andere synthetische Harze, wie beispielsweise Polyesterharze, verwendet werden können.
Um das Greifen der Beschichtung aus Agglomerat am Kern der Walze oder des Zylinders zu fördern, ist die äußere Oberfläche des Kerns, d. h. die mit dem Agglomerat in Kontakt stehende Oberfläche, vorzugsweise aufgeraut, beispielsweise durch Sandstrahlen. Alternativ und/oder zusätzlich kann die äußere Oberfläche des Kerns mit Nuten oder Rippen versehen sein, die die oben erwähnte Greifwirkung verbessern.
Offensichtlich ist der Kern der Walze hohl, um die Bauteile zum Montieren der Walze in der verwendeten Vorrichtung sowie die Antriebsbauteile aufzunehmen.
Wiederum ist das Verfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Bildung der Beschichtungsschicht aus Agglomerat ausgeführt wird, nachdem ein Gehäuse oder eine Verschalung mit einem inneren Hohlraum mit einer Form und Größe angefertigt wird, die der äußeren Form der herzustellenden Walze entspricht.
Genauer gesagt, umfasst das Verfahren zum Herstellen von Walzen des oben definierten Typs mit einer nicht-porösen äußeren Oberfläche die folgenden Schritte:

(a) Herstellen eines Gehäuses oder einer Verschalung, die einen inneren Hohlraum mit einer Form und Größe aufweist, die der äußeren Form der herzustellende Walze entspricht;
(b) Einsetzen eines Kerns in den Hohlraum, dergestalt, dass ein Zwischenraum geschaffen wird, der eine Dicke aufweist, die der Dicke der herzustellenden Walze entspricht;
(c) Ausfüllen des Zwischenraums mit einem Gemisch, das geeignet ist, die äußere Oberfläche zu bilden;
(d) Herausnehmen der fertiggestellten Walze aus dem Gehäuse oder der Verschalung; und dadurch gekennzeichnet, dass es ferner folgende Schritte umfasst:
(e) falls erforderlich, Verdichten der in dem Zwischenraum enthaltenen Mischung, wobei die Mischung ein granuliertes Steinmaterial von geeigneter Härte und ein Härteharz als ein Bindemittel aufweist;
(f) Härten des Harzes, um zu bewirken, dass die äußere Oberfläche der Walze aus einem nicht-porösen Agglomerat besteht.

Um die mechanischen Eigenschaften der Beschichtung aus Agglomerat zu verbessern, ist es bevorzugt, ein Verdichten der Mischung auszuführen, die den oben erwähnten Zwischenraum ausfüllt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird dieses Verdichten ausgeführt, indem das Gehäuse oder die Verschalung, nach dem Ausfüllen mit der oben erwähnten Mischung, in einer Kammer oder einer Glocke angeordnet wird, in der ein starkes Vakuum mit einem vorgegebenen Wert erzeugt wird, während gleichzeitig an einem ersten axialen Ende der Verschalung ein Presskolben mit einem ringförmigen Querschnitt, der der Querschnittsform des oben erwähnten Zwischenraums entspricht, betätigt wird, sodass seine aktive Oberfläche ausschließlich auf die Oberfläche der im Zwischenraum vorhandenen Mischung einwirkt. Offensichtlich muss an dem zweiten Ende der Verschalung eine Konterplatte vorgesehen sein, um zu verhindern, dass die Mischung, wenn sie der Wirkung des Presskolbens ausgesetzt ist, aus diesem Ende austritt.
Gleichzeitig wird der Presskolben einer Vibrationsbewegung mit einer vorgegebenen Frequenz ausgesetzt.
Diese kombinierten und koordinierten Vorgänge führen zu einem optimalen Verdichten der Mischung, die den Zwischenraum insbesondere an der Oberfläche ohne Porosität ausfüllt, wobei eine homogene und gleichmäßige Verteilung des Harzes entsteht, obwohl dieses in einer minimalen Menge verwendet wird.
Während des nachfolgenden Schritts werden das Härten der in dem oben erwähnten Zwischenraum vorhandenen Mischung sowie dann das Demontieren des Gehäuses oder der äußeren Verschalung ausgeführt.
Die Walze oder der Zylinder, die bzw. der daraus hervorgeht, ist in der beigefügten Figur beispielhaft gezeigt, in der das Bezugszeichen 10 die Walze allgemein kennzeichnet, während das Bezugszeichen 12 die Schicht aus Agglomerat kennzeichnet, die die äußere Oberfläche des Kerns umgibt, der vorzugsweise aus Stahl gefertigt ist und durch das Bezugszeichen 14 gekennzeichnet wird. Im Fall von Walzen 10 für die Verwendung in den klumpenbrechenden Vorrichtungen beträgt der Außendurchmesser etwa 300 mm, und die Länge beträgt etwa 1,5 m.
Was die Beschichtung aus Agglomerat 12 betrifft, so hat sie vorzugsweise eine Dicke von etwa 20–30 mm, während der Stahlkern 14 eine Dicke von etwa 15–20 mm hat.
Die Walze 10 hat eine äußere Oberfläche mit einer großen Härte, so dass sie einer geringeren Verschleißrate als die aus herkömmlichem Materialien hergestellten Walzen unterliegt und keine Substanzen freisetzt, die, mindestens hinsichtlich der Färbung, das Material verunreinigen können, das der Wirkung der Walze ausgesetzt ist.
Es ist wichtig, anzumerken, dass bei der bereits erwähnten Anwendung in klumpenbrechenden Vorrichtungen – bei denen die herkömmlichen Walzen regelmäßig von den Resten der Mischung mithilfe eines Reinigungshilfsmittels gereinigt werden, das in einem Abstand von einigen Millimetern an der Oberfläche der Walze entlang läuft – im Fall der Walzen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung vorgesehen werden kann, das Reinigungshilfsmittel – das einer Translationsbewegung ausgesetzt ist – mit Mitteln zu versehen, die geeignet sind, zusätzlich zum Reinigen auch ein leichtes Schleifen der Walzenoberfläche auszuführen, um dadurch wieder optimale Betriebsverhältnisse herzustellen.
Wie oben bereits erwähnt, ist die vorliegende Erfindung nicht nur auf die bei klumpenbrechenden Vorrichtungen verwendeten Walzen anwendbar, sondern auch in all den anderen Fällen, bei denen das Zerstoßen von Verschleiß bewirkenden Materialien ausgeführt und/oder die Freisetzung von Substanzen vermieden werden muss, die das durch die Walzen verarbeitete Material verunreinigen können.
Die Erfindung wurde in Bezug auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben, wobei es selbstverständlich ist, dass konzeptionell gleichwertige Abwandlungen und Veränderungen, sowohl hinsichtlich der Struktur als auch der Anwendungen, möglich sind und innerhalb des Umfangs des Schutzes der nachfolgenden Ansprüche vorgesehen werden können.
Beispielsweise können die Walzen, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, bei anderen Anwendungen verwendet werden, bei denen eine große Oberflächenhärte sowie eine geringe oder gar keine Verunreinigung des verarbeiteten Materials erforderlich sind.
Es ist ebenso möglich, Walzen herzustellen, die vollständig aus Agglomerat gebildet sind, wobei in diesem Fall in Übereinstimmung mit dem Herstellungsverfahren der Kern, der im Hohlraum des Gehäuses oder der Verschalung angeordnet ist, eine vorübergehende Funktion hat und aus der Walze herausgenommen wird, sobald das Härten des Agglomerats abgeschlossen ist.

Claims

Walze oder Zylinder (10) mit einer nicht-porösen äußeren Oberfläche zur Verarbeitung von Materialien und Produkten, insbesondere zum Zerstoßen von Klumpen oder Aggregaten, die aus mindestens einem granulierten Steinmaterial und mindestens einem Bindemittel gebildet sind, wobei die Walze (10) dadurch gekennzeichnet ist, dass die Oberfläche aus einem nicht-porösen Agglomerat (12) besteht, das aus einer härtbaren Mischung gebildet ist, die ein granuliertes Steinmaterial von geeigneter Härte und ein Härteharz als ein Bindemittel aufweist.
Walze oder Zylinder (10) zur Verarbeitung von Materialien oder Produkten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Agglomerat (12) eine Schicht bildet, die einen mittigen Kern (14) bedeckt.
Walze oder Zylinder (10) zur Verarbeitung von Materialien oder Produkten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das granulierte Steinmaterial, das in der Mischung enthalten ist, quarzhaltige Aggregate aufweist.
Walze oder Zylinder (10) zur Verarbeitung von Materialien oder Produkten nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steinmaterial, das in der Mischung enthalten ist, in Form von Körnchen mit einer Teilchengröße zwischen 0,1 und 2,0 mm vorliegt.
Walze oder Zylinder (10) zur Verarbeitung von Materialien und Produkten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Härteharz, das in der Mischung enthalten ist, ein Epoxidharz ist.
Walze oder Zylinder (10) zur Verarbeitung von Materialien und Produkten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Härteharz, das in der Mischung enthalten ist, ein Polyesterharz ist.
Walze oder Zylinder (10) zur Verarbeitung von Materialien und Produkten nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (14) aus Stahl gefertigt ist und seine Oberflächen, die mit der Beschichtung in Kontakt stehen, aufgeraut sind.
Walze oder Zylinder (10) zur Verarbeitung von Materialien und Produkten nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Oberfläche des Kerns (14) mit Nuten oder Rippungen zum Greifen versehen ist.
Verfahren zum Herstellen von Walzen (10) mit einer nicht-porösen äußeren Oberfläche nach den vorangehenden Ansprüchen, das die folgenden Schritte aufweist: (a) Herstellen eines Gehäuses oder einer Verschalung, die einen inneren Hohlraum mit einer Form und Größe aufweist, die der äußeren Form der herzustellenden Walze entspricht; (b) Einsetzen eines Kerns (14) in den Hohlraum, dergestalt, dass ein Zwischenraum geschaffen wird, der eine Dicke aufweist, die der Dicke der herzustellenden Walze entspricht; (c) Ausfüllen des Zwischenraums mit einem Gemisch, das geeignet ist, die äußere Oberfläche zu bilden; (d) Herausnehmen der fertiggestellten Walze aus dem Gehäuse oder der Verschalung; und dadurch gekennzeichnet, dass es ferner folgende Schritte umfasst: (e) falls erforderlich, Verdichten der in dem Zwischenraum enthaltenen Mischung, wobei die Mischung ein granuliertes Steinmaterial von geeigneter Härte und ein Härteharz als ein Bindemittel aufweist, (f) Härten des Harzes, um zu bewirken, dass die äußere Oberfläche der Walze aus einem nicht-porösen Agglomerat (12) besteht.
Verfahren zum Herstellen von Walzen (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichtungsschritt (e) in der Weise ausgeführt wird, dass die Mischung, die den Zwischenraum ausfüllt, einem Pressvorgang kombiniert mit einer Vibrationsbewegung unterzogen wird.
Verfahren zum Herstellen von Walzen (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichtungsschritt (e) unter Vakuum ausgeführt wird.
Verfahren zum Herstellen von Walzen (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichtungsschritt (e) mittels eines Presskolbens ausgeführt wird, der einen geformten ringförmigen Kopf mit einem Querschnitt aufweist, der dem des Zwischenraums der Verschalung entspricht, die zuvor mit der Mischung gefüllt wurde.
Verfahren zum Herstellen von Walzen (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vibrationsbewegung auf den Presskolben ausgeübt wird.