EP4711043A1

EP4711043A1 - Zerkleinerungsvorrichtung zur zerkleinerung von schnittgutpartikeln mit einem gekrümmten schneidkantenprofil

Info

Publication number: EP4711043A1
Application number: EP25198836.6A
Authority: EP
Inventors: Hannes Schmalenbach; Felix Haupt
Original assignee: Makoba & Co Kg GmbH
Current assignee: Makoba & Co Kg GmbH
Priority date: 2024-09-16
Filing date: 2025-08-28
Publication date: 2026-03-18
Also published as: DE102024126574A1

Abstract

Vorgeschlagen wird eine Zerkleinerungsvorrichtung zur Zerkleinerung von Schnittgutpartikeln, insbesondere Korn- oder Faserpartikeln, mit zumindest zwei gegensinnig angetriebenen Zerkleinerungswalzen, die jeweils eine Walzenlängsachse (L) aufweisen und die an ihrer jeweiligen Mantelfläche eine alternierende Abfolge aus Umfangsnuten und Umfangsstegen besitzen, deren Flanken sich unter einem Winkel ≠ 90° zu den Walzenlängsachsen erstrecken, wobei zwischen den Zerkleinerungswalzen zumindest eine Eingriffspaarung aus einem Umfangssteg der einen Walze und einer Umfangsnut der anderen Walze gebildet ist, so dass zwischen zwei benachbarten Flanken ein Zerkleinerungsspalt ausgebildet ist, wobei die Vorrichtung sich dadurch auszeichnet, dass die Flanken mit einem Schneidkantenprofil (12) mit einer Mehrzahl von Schneidkanten (13) und -Nuten (14) versehen sind, dessen Schneidkanten (13) einen gekrümmten Verlauf entlang einer gekrümmten Linie (K) aufweisen, insbesondere einer Helix oder einer konischen Spirale, die von der betreffenden Walzenlängsachse (L) entlang einer Flankenoberfläche zu einem Umfangsrand (15) der betreffenden Zerkleinerungswalze verläuft.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zerkleinerungsvorrichtung zur Zerkleinerung von Schnittgutpartikeln, insbesondere Korn- oder Faserpartikeln. Die Vorrichtung umfasst zumindest zwei gegensinnig angetriebenen Zerkleinerungswalzen, die jeweils eine Walzenlängsachse aufweisen und die an ihrer jeweiligen Mantelfläche eine alternierende Abfolge aus Umfangsnuten und Umfangsstegen besitzen, deren Flanken sich unter einem Winkel ≠ 90°, also schräg, zu den Walzenlängsachsen erstrecken. Zwischen den Zerkleinerungswalzen ist zumindest eine Eingriffspaarung aus einem Umfangssteg der einen Walze und einer Umfangsnut der anderen Walze gebildet. Dadurch ist zwischen zwei benachbarten Flanken ein Zerkleinerungsspalt ausgebildet, der teilweise auch als Parallelspalt bezeichnet wird.
Eine solche, gattungsbildende Vorrichtung ist aus der europäischen Patentschrift EP 1 600 214 B1 bekannt. Bei der vorbekannten Vorrichtung weisen die Flanken jeweils zusätzlich ein Gewindeprofil auf, das für einen erhöhten Schereffekt zwischen den Flanken sorgt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zerkleinerungsvorrichtung der genannten Art so weiterzubilden, dass sich ein weiter verbessertes Zerkleinerungsergebnis erzielen lässt. Zugleich soll die Herstellung der Zerkleinerungsvorrichtung bzw. ihrer wesentlichen Bestandteile, d.h. der Zerkleinerungswalzen, vereinfacht und damit kostengünstiger gemacht werden. Dabei soll die Zerkleinerungsvorrichtung gezielt variierbar sein je nach Rohmaterial und gefordertem Ergebnis der Zerkleinerung, und es sollen für ein homogenes Zerkleinerungsergebnis (d.h. eine geringe Korngrößenstreuung) möglichst homogene Schnittbedingungen überall im Mahlspalt vorliegen bzw. erreichbar sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Zerkleinerungsvorrichtung zur Zerkleinerung von Schnittgutpartikeln, insbesondere Korn- oder Faserpartikeln, mit zumindest zwei gegensinnig angetriebenen Zerkleinerungswalzen, die jeweils eine Walzenlängsachse aufweisen und die an ihrer jeweiligen Mantelfläche eine alternierende Abfolge aus Umfangsnuten und Umfangsstegen besitzen, d.h. Nuten und Stege, die sich jeweils in Umfangsrichtung erstrecken und somit um die Zerkleinerungswalzen herumlaufen. Die Flanken der Umfangsnuten und Umfangsstege erstrecken sich unter einem Winkel ≠ 90° (also schräg) zu den Walzenlängsachsen. Zwischen den Zerkleinerungswalzen ist zumindest eine Eingriffspaarung aus einem Umfangssteg der einen Walze und einer Umfangsnut der anderen Walze gebildet, so dass zwischen zwei benachbarten Flanken ein Zerkleinerungsspalt oder Parallelspalt ausgebildet ist. Die Flanken sind mit einem Schneidkantenprofil mit einer Mehrzahl von Schneidkanten und -Nuten versehen, dessen Schneidkanten einen gekrümmten Verlauf entlang einer gekrümmten Linie aufweisen, insbesondere einer Helix oder einer konischen Spirale, die von der betreffenden Walzenlängsachse entlang einer Flankenoberfläche zu einem Umfangsrand der betreffenden Zerkleinerungswalze verläuft. Die Schneidkanten verlaufen also nicht exakt radial zur Drehachse der Zerkleinerungswalzen, sondern besitzen einen bestimmten gekrümmten Verlauf (entlang der erwähnten - gedachten - gekrümmten Linie, Helix oder konischen Spirale).
Die Anmelderin hat herausgefunden, dass sich mit einem solchen Schneidkantenprofil besonders gute Zerkleinerungsresultate erreichen lassen, während die Herstellung gegenüber der vorbekannten Vorrichtung vereinfacht wurde. Außerdem lassen sich durch leichte Variationen bestimmter Parameter des Schneidkantenprofils in einfacher Weise Varianten der erfindungsgemäßen Vorrichtung schaffen, die für spezielle Zerkleinerungsaufgabe besonders gut geeignet sind.
Besonders bevorzugt sind die Flanken mit einem Schneidkantenprofil mit einer Mehrzahl von Schneidkanten und -Nuten versehen, dessen Schneidkanten einen gekrümmten Verlauf entlang einer dreidimensional gekrümmten Linie aufweisen, d.h. einer Linie, die in allen drei Raumrichtungen des dreidimensionalen Raums gekrümmt ausgebildet ist. Insbesondere handelt es sich wiederum um eine Helix oder eine konische Spirale. Die dreidimensional gekrümmte Linie verläuft von der betreffenden Walzenlängsachse entlang einer Flankenoberfläche zu einem Umfangsrand der betreffenden Zerkleinerungswalze. Die Schneidkanten verlaufen also wiederum nicht exakt radial zur Drehachse der Zerkleinerungswalzen oder bogenförmig in einer schräg zu der Drehachse stehenden Ebene, sondern sie besitzen einen dreidimensional gekrümmten Verlauf, welcher einer Mantel- bzw. Kegeloberfläche der Walzen möglichst genau folgt.
Dieser dreidimensional gekrümmte Verlauf ist für die Eigenschaften der Schneidkanten in der Zerkleinerungsvorrichtung besonders vorteilhaft, und diese können entlang des dreidimensional gekrümmten Verlaufs zum Erreichen einer vorteilhaften Zerkleinerungswirkung gezielt variiert werden. Insbesondere erlaubt der Verlauf entlang der Mantel-/Kegelfläche eine gezielte, unabhängige Variation der Schneidkantenhöhe und der verbleibenden unbearbeiteten Oberfläche, d.h. einem unbearbeiteten Oberflächenanteil der Flanken, welche(r) als im Zerkleinerungsprozess als Quetschfläche wirkt, bei gleichzeitig fest vorgegebener Winkellage der Schneidkante zu einer der Schneidkante gegenüberliegenden Freifläche (wobei Schneidkante und Freifläche gemeinsam eine jeweilige Schneidnut definieren/begrenzen) und zugleich nur geringer Variation des Schneidkantenwinkels, was besonders vorteilhaft für die Herstellung der Schneidkanten ist. Der Schneidkantenwinkel ist ein Winkel gegenüber einer Normalenrichtung N zu der Flankenoberfläche (siehe unten). Schneidkante und Freifläche schließen bevorzugt dazwischen einen Winkel von 90 Grad ein.
Dabei sind folgende Eigenschaften der dreidimensional gekrümmten Linie von Vorteil: Die Krümmung der Linie variiert (insbesondere linear) in Abhängigkeit von einer Höhe der konischen (Ober-) Fläche in z-Richtung (Höhenrichtung) und in Radiusrichtung. Die genannte Höhe bestimmt sich in Richtung der Achse desjenigen Kegels bzw. Kegelstumpfs, der den Grundkörper der Zerkleinerungswalzen bzw. der Zerkleinerungsscheiben bildet, und beschreibt dessen größte Ausdehnung in der genannten Richtung. Der Steigungswinkel λ, d.h. der Winkel zwischen einer Tangente an die gekrümmte Linie und einer die Drehachse (d.h. Walzenlängsachse) enthaltenden Ebene variiert bevorzugt ebenfalls entlang der gekrümmte(n) Linie(n). Die gekrümmten Linien sind bevorzugt rotations-/spiegelsymmetrisch bezüglich der Drehachse.
Ein derartiger dreidimensionaler gekrümmter Verlauf entlang der Mantelfläche kann - wie schon erwähnt wurde - beispielsweise durch Ausbildung der Schneidkanten gemäß einer Helix oder einer konischen Spirale erreicht werden.
Die EP 1 600 214 zeigt an den Flankenoberflächen sog. Gewindegänge, die allerdings nicht als Schnittkanten dienen, sondern vielmehr einen Schereffekt erzielen sollen. Diese Gewindegänge laufen in Umfangsrichtung mehrmals bezüglich der Walzenlängsachse um. Geschnitten wird dagegen entsprechend den dortigen Ansprüchen 7 bis 11 über gerade Schnittflächen entlang von zusätzlichen Mitnehmerkanten, welche rein radial orientiert sind.
Erfindungsgemäß sind dagegen die Flanken mit einem Schneidkantenprofil mit einer Mehrzahl von Schneidkanten und -Nuten versehen, dessen Schneidkanten einen gekrümmten Verlauf entlang einer gekrümmten Linie aufweisen, insbesondere gemäß einer Helix oder einer konischen Spirale, die von der betreffenden Walzenlängsachse entlang einer Flankenoberfläche zu einem Umfangsrand der betreffenden Zerkleinerungswalze verläuft. Die vorliegende Erfindung verbessert dadurch die vorbekannten radialen Mitnehmerkanten und macht eine Ausbildung zusätzlicher Gewindegänge überflüssig. Dabei vollführen die Schneidkanten - anders als die genannten, vorbekannten Gewindegänge - in Umfangsrichtung keinen vollständigen Umlauf bezüglich der Walzenlängsachse, sondern erstrecken sich jeweils nur über einen (kleinen) Teilumfangsbereich.
Folgende Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Zerkleinerungsvorrichtung (oder kurz: Vorrichtung) haben sich in der Praxis als besonders sinnvoll und wirksam erwiesen:
Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Zerkleinerungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Schneidnuttiefe entlang des gekrümmten Verlaufs im Wesentlichen konstant ist. Entsprechend kann auch eine Schneidkantenhöhe entlang des gekrümmten Verlaufs im Wesentlichen konstant sein.
Der Begriff "im Wesentlichen konstant" bezeichnet hier und im Folgenden eine Abweichung, die innerhalb üblicher Toleranzgrenzen liegt.
Hierdurch lassen sich nach Erkenntnissen der Anmelderin besonders gute und homogene Zerkleinerungsergebnisse erzielen.
Eine andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Zerkleinerungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Krümmung der Linie bezogen auf eine Drehrichtung der betreffenden Zerkleinerungswalze konvex ist, so dass die Umfangsenden der Schneidkanten einen sog. Vorlauf aufweisen. Durch die Auswahl der Krümmung kann eine Stärke oder Ausprägung des Vorlaufs gezielt eingestellt werden.
Vorlauf bedeutet demnach, dass die Umfangsenden der Schneidkanten in der Drehrichtung der betreffenden Zerkleinerungswalze weiter "vorne" liegen als diejenigen Enden der Schneidkanten, die näher an der Drehachse sind.
Durch die konkrete Auswahl des Vorlaufs lässt sich das Zerkleinerungsergebnis gezielt beeinflussen. Dabei sorgt ein Vorlauf für ein gutes Materialeinzugverhalten.
Eine wieder andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Zerkleinerungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Vorlauf zwischen 0 Grad und 30 Grad, bevorzugt zwischen 0 Grad und 15 Grad, höchst bevorzugt zwischen 0 Grad und 7 Grad, beträgt.
Die Anmelderin hat erkannt, dass sich in diesen Winkelbereichen für den Vorlauf die besten Zerkleinerungsergebnisse hinsichtlich der erzielbaren Durchsatzleistung erreichen lassen, z.B. im Bereich Futtermittelzerkleinerung oder vergleichbaren Anwendungen in der Chemie-, Recycling- und Lebensmittelindustrie.
Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Zerkleinerungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Krümmung der Linie bezogen auf eine Drehrichtung der betreffenden Zerkleinerungswalze konkav ist, so dass die Umfangsenden der Schneidkanten einen Nachlauf aufweisen.
Nachlauf bedeutet demnach, dass die Umfangsenden der Schneidkanten in der Drehrichtung der betreffenden Zerkleinerungswalze weiter "hinten" liegen als diejenigen Enden der Schneidkanten, die näher an der Drehachse sind.
Durch die konkrete Auswahl des Nachlaufs lässt sich das Zerkleinerungsergebnis ebenfalls gezielt beeinflussen. Speziell sorgt ein Nachlauf für eine intensive Bearbeitung und ein feines Mahlergebnis, z.B. zum Feinschroten in der Futtermittelindustrie.
Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Zerkleinerungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Nachlauf zwischen 0 Grad und 30 Grad, bevorzugt zwischen 0 Grad und 15 Grad, höchst bevorzugt zwischen 0 Grad und 9 Grad, beträgt.
Die Anmelderin hat erkannt, dass sich in diesen Winkelbereichen für den Nachlauf die besten Zerkleinerungsergebnisse hinsichtlich der Bearbeitungsintensität erreichen lassen.
Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Zerkleinerungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkanten entlang ihres Verlaufs entlang der gekrümmten Linie einen variablen Schneidkantenwinkel gegenüber einer Normalenrichtung zur Flankenoberfläche aufweisen.
Ein solcher variabler Schneidkantenwinkel hat sich hinsichtlich des Zerkleinerungsergebnisses und auch hinsichtlich des Fertigungsaufwands als günstig erwiesen. Bevorzugt kann auf diese Weise mit verhältnismäßig wenig Fertigungsaufwand ein unbearbeiteter Anteil der Flankenoberfläche bei konstanter Zahnhöhe (d.h. konstanter Schneidkantenhöhe) konstant gehalten werden.
Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Zerkleinerungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidkantenwinkel zwischen 0 Grad und 65 Grad, bevorzugt zwischen 5 Grad und 25 Grad, höchst bevorzugt zwischen 8 Grad und 19,5 Grad, beträgt.
Die Anmelderin hat erkannt, dass sich in diesen Winkelbereichen für den Schneidkantenwinkel die besten Zerkleinerungsergebnisse erreichen lassen.
Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Zerkleinerungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein unbearbeiteter Oberflächenanteil der Flanken - also derjenigen Flankenanteil, der nicht als Schneidkante oder Schneidnut fungiert - über einen gesamten Verlauf von einem der betreffenden Walzenlängsachse (Drehachse) zugewandten inneren Rand des Schneidkantenprofils zu dem Umfangsrand im Wesentlichen konstant ist, vorzugsweise minimal, höchst vorzugsweise etwa Null.
Dieser Oberflächenanteil, der im Zerkleinerungsprozess als eine sog. Quetschfläche wirkt, hat einen besonders günstigen Effekt, wenn er konstant und für ein homogenes Mahlergebnis bevorzugt möglichst klein ist. Die Angabe "etwa Null" bedeutet in diesem Kontext, dass die Quetschfläche so klein gewählt wird, wie dies aus Stabilitäts- und Fertigungsgesichtspunkten (noch) zulässig ist.
Eine diesbezügliche Weiterbildung der erfindungsgemäßen Zerkleinerungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflächenanteil zwischen 5 % und 50 %, bevorzugt zwischen 10 % und 25 %, beträgt.
Die Anmelderin hat erkannt, dass sich in diesen Wertebereichen für den Oberflächenanteil die besten Zerkleinerungsergebnisse erreichen lassen.
Eine andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Zerkleinerungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Höhe der Schneidkanten oder eine Tiefe der Schneidnuten bezüglich der Flankenoberfläche zwischen 0,1 mm und 5 mm, bevorzugt zwischen 0,25 mm und 2,5 mm, höchst bevorzugt zwischen 0,5 mm und 1,5 mm, beträgt.
Die Anmelderin hat auch hier im Zuge ihrer Überlegungen erkannt, dass sich in diesen Wertebereichen für die Höhe der Schneidkanten bzw. die Tiefe der Schneidnuten die besten Zerkleinerungsergebnisse erreichen lassen.
Wenn alle vorstehend beschriebenen geometrischen Größen der Vorrichtung bzw. des Schneidkantenprofils bei einer entsprechenden Weiterbildung der Vorrichtung gemeinsam angepasst werden, wie angegeben, lässt sich die Vorrichtung dadurch besonders stark verbessern, weil die geometrischen Größen, die für den Zerkleinerungsprozess relevant sind (d.h. Schnittwinkel, Zahnhöhe, Anteil unbearbeiteter Fläche sowie eingeschränkt auch Vorlauf und Nachlauf) an allen Stellen der Flanken möglichst gleich sind und dabei gezielt und unabhängig von der Scheibengröße eingestellt werden können. Beispielsweise kann der Vor- oder Nachlauf variiert werden, ohne dass die Zahnhöhe (also die Höhe der Schneidkanten) bzw. die Nuttiefe (also die Tiefe der Schneidnuten) entlang einer Schneidkante variiert, was bei vorbekannten Profilen durchweg der Fall war. Eine günstige Lösung hierfür bietet die bevorzugt vorgeschlagene Helix-Geometrie.
Die Erfindung ist jedoch grundsätzlich nicht darauf beschränkt, alle genannten geometrischen Größen gemeinsam wie oben beschrieben festzulegen. Bereits die gezielte Auswahl eines oder mehrerer dieser Größen kann einen entsprechenden Vorteil gegenüber dem Stand der Technik bewirken.
Eine wieder andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Zerkleinerungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zerkleinerungswalzen horizontal angeordnet sind und eine Zuführöffnung für die Schnittgutpartikel im Bereich der Eingriffspaarung vertikal oberhalb der Zerkleinerungswalzen angeordnet ist.
Auf diese Weise kann die natürliche Gravitationswirkung auf das Schnittgut genutzt werden, um dieses der Vorrichtung in dem gewünschten Bereich einfach zuzuführen.
Eine noch andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Zerkleinerungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die alternierende Abfolge aus Umfangsnuten und Umfangsstegen durch (lösbar) auf einer zentralen Welle angeordnete Zerkleinerungsscheiben gebildet ist.
Dies ist aus Wartungsgründen vorteilhaft. Außerdem lassen sich so Zerkleinerungswalzen quasi beliebiger Länge modular zusammensetzen.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Zerkleinerungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zerkleinerungsscheiben in einem Längsschnitt einem Doppelkegel mit auseinanderweisenden, abgeschnittenen Spitzen entsprechen. Alternativ lässt sich die Ausgestaltung auch als doppelter Kegelstumpf, also als eine Anordnung von zwei Kegelstümpfen mit voneinander entfernten jeweiligen Deckflächen bezeichnen, die an ihren jeweiligen Grundflächen miteinander verbunden sind, wobei sich das Schneidkantenprofil auf einer Mantelfläche der Kegel (-Stümpfe) befindet.
Eine auch vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Zerkleinerungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidkantenprofil durch eine spanende Bearbeitung der Zerkleinerungsscheiben hergestellt ist, insbesondere durch Fräsen.
Hierbei handelt es sich um ein leicht beherrschbares Verfahren, mit dem sich die oben beschriebenen Schneidkantenprofile gut und günstig erzeugen lassen.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Zerkleinerungsvorrichtung in einem Querschnitt quer zur Walzenlängsachse;
Figur 2 zeigt einen Horizontalschnitt durch eine erfindungsgemäße Zerkleinerungsvorrichtung im Bereich der Zerkleinerungswalzen;
Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf eine Zerkleinerungsscheibe und einen Schnitt durch das entsprechende Schneidkantenprofil, insbesondere zwecks Erläuterung der gewählten Nomenklatur;
Figur 4 zeigt drei mögliche Ausgestaltungen einer Zerkleinerungsscheibe, jeweils in einer Draufsicht;
Figur 5 zeigt zwei mögliche Ausgestaltungen einer Zerkleinerungsscheibe, jeweils in einer Draufsicht und im Schnitt als zugehörige Detailvergrößerung;
Figur 6 zeigt zwei weitere mögliche Ausgestaltungen einer Zerkleinerungsscheibe, jeweils in einer Draufsicht und im Schnitt als zugehörige Detailvergrößerung;
Figur 7 zeigt noch zwei mögliche Ausgestaltungen einer Zerkleinerungsscheibe, jeweils in einer Draufsicht und im Schnitt als zugehörige Detailvergrößerung;
Figur 8 zeigt noch zwei weitere mögliche Ausgestaltungen einer Zerkleinerungsscheibe, jeweils in einer Draufsicht; und
Figur 9 zeigt weitere vorteilhafte geometrische Eigenschaften der Schneidkanten bei einer Zerkleinerungsscheibe.

In allen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder zumindest gleichwirkende Elemente.
In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Zerkleinerungsvorrichtung 1 im Querschnitt gezeigt. Die Vorrichtung 1 umfasst zwei Zerkleinerungswalzen, die mit den Bezugszeichen 2 und 3 bezeichnet sind. Sie drehen sich in entgegengesetzte Richtungen bzw. sind entsprechend angetrieben, wie durch die Pfeile P und P' symbolisiert ist. Die Blickrichtung in Figur 1 ist parallel zu den Walzenlängsachsen der Zerkleinerungswalzen 2, 3. In einem Bereich B stehen die Zerkleinerungswalzen 2, 3 miteinander in (Wirk-) Eingriff, worauf weiter unten anhand der Figur 2 noch genauer eingegangen wird, um Schnittgut zu zerkleinern, das von oben in Richtung der Schwerkraft gemäß dem Pfeil PS durch eine Zuführöffnung 4 für Schnittgutpartikel 5 in den Bereich B zugeführt wird. Das zerkleinerte Schnittgut 6 verlässt die Vorrichtung 1 nach unten gemäß dem Pfeil PZ.
Figur 2 zeigt denjenigen Bereich B der Vorrichtung 1 aus Figur 1, in dem die Zerkleinerungswalzen 2, 3 miteinander in Eingriff stehen. In der Figur 2 ist ein Horizontalschnitt quer zur Zuführrichtung des Schnittguts (Richtung des Pfeils PS in Figur 1) gezeigt, und die Walzenlängsachsen der Zerkleinerungswalzen 2, 3 sind mit L2 bzw. L3 bezeichnet.
Wie man der Figur 2 entnimmt, sind die Zerkleinerungswalzen 2, 3 jeweils mit auf einer zentralen Welle 7 bevorzugt lösbar angeordneten Zerkleinerungsscheiben 8 gebildet, von den aus Gründen der Übersichtlichkeit nur einige wenige explizit bezeichnet sind. Die Zerkleinerungsscheiben 8 laufen zu ihrem radial bezogen auf die Welle 7 äußeren Rand spitz zu, wodurch für jede der Zerkleinerungswalzen 2, 3 eine alternierende Abfolge aus Umfangsnuten 9 und Umfangsstegen 10 geschaffen ist. Anders ausgedrückt weist jede Zerkleinerungswalze 2, 3 an ihrer jeweiligen Mantelfläche eine alternierende Abfolge aus Umfangsnuten 9 und Umfangsstegen 10 auf, deren Flanken (für eine Nut 9 bezeichnet als 9a und 9b und für einen Steg 10 bezeichnet als 10a, 10b) sich unter einem Winkel α ≠ 90° zu den Walzenlängsachsen L2, L3 erstrecken. Die Zerkleinerungsscheiben 8 sind zwischen den beiden Zerkleinerungswalzen 2, 3 um eine halbe Scheibendicke D (d.h. um ein Maß D/2) versetzt angeordnet, so dass zwischen den Zerkleinerungswalzen 2, 3 eine Reihe von Eingriffspaarungen aus jeweils einem Umfangssteg 10 der einen Walze und jeweils einer Umfangsnut 9 der anderen Walze gebildet ist, wobei zwischen zwei benachbarten Flanken 9a, 10a bzw. 9b, 10b immer jeweils ein Zerkleinerungsspalt 11 (auch als Parallelspalt bezeichnet) ausgebildet ist.
Wie man der Figur 2 noch entnimmt, sind die Zerkleinerungsscheiben 8 in einem Längsschnitt nach Art eines Doppelkegels mit auseinanderweisenden, abgeschnittenen Spitzen (und einem zentralen Durchbruch für die Welle 7) ausgebildet. Alternativ lässt sich formulieren, dass die Zerkleinerungsscheiben 8 jeweils als doppelter Kegelstumpf aus zwei Kegelstümpfen mit voneinander entfernten Deckflächen (und einem zentralen Durchbruch für die Welle 7) ausgebildet sind, die an ihren jeweiligen Grundflächen miteinander verbunden sind. Auf der Welle 7 benachbarte Zerkleinerungsscheiben 8 sind über ihre jeweiligen Deckflächen 8a (lösbar) miteinander verbunden.
Eine solche Ausgestaltung ist grundsätzlich aus der eingangs genannten EP 1 600 214 A1 bekannt, auf die insoweit inhaltlich Bezug genommen wird. Dort sind die Umfangsstege bzw.
Umfangsnuten sprachlich abweichend als Radialstege und -Nuten bezeichnet, was jedoch konstruktiv ohne Bedeutung ist.
Auf einer Mantelfläche der Kegel (-Stümpfe) der Zerkleinerungsscheiben 8 ist das bereits erwähnte Schneidkantenprofil ausgebildet, dass nun näher erläutert wird. Dabei sind bevorzugt alle auf der Welle 7 angeordneten Zerkleinerungsscheiben 8 identisch ausgebildet, obwohl es einige Anwendungen gibt, bei denen die Randscheiben ein anderes Profil aufweisen können. Es kommt auch vor, dass die beiden Wellen 7 einer Vorrichtung 1 (vgl. Figuren 1 und 2) mit Zerkleinerungsscheiben 8 unterschiedlichen Profils ausgestattet sind. Beispielsweise kann eine Welle 7 mit fast glatten Zerkleinerungsscheiben 8 versehen sein.
Die Mantelflächen der Kegel (-Stümpfe) der Zerkleinerungsscheiben 8 gemäß Figur 2, d.h. die Flanken 9a, 9b bzw. 10a, 10b sind - wie z.B. in der Figur 3 dargestellt - mit einem Schneidkantenprofil 12 mit einer Mehrzahl von Schneidkanten 13 und -Nuten 14 versehen. Die Schneidkanten 13 (und entsprechend auch die Schneidnuten 14) verlaufen dabei nicht exakt radial zur Drehachse der Zerkleinerungswalzen (in Figur 3 mit einem Kreuz und dem generischen Bezugszeichen L bezeichnet), sondern nehmen einen gekrümmten Verlauf entlang einer gekrümmten Linie K (in Figur 3 gestrichelt eingezeichnet), die einer Helix oder - wegen der speziellen Kegel-Geometrie der Zerkleinerungsscheiben 8 - mathematisch korrekt einer konischen Spirale entspricht. Die Linie K läuft von der betreffenden Walzenlängsachse L entlang der Oberfläche einer der Flanken 9a, 9b bzw. 10a, 10b (vgl. Figur 2) zu einem Umfangsrand 15 der betreffenden Zerkleinerungswalze 2, 3 (vgl. Figur 2) bzw. der Zerkleinerungsscheibe 8.
Bei dem zentralen, weißen Bereich 8a der Zerkleinerungsscheibe 8 in Figur 3 handelt es sich um denjenigen (ebenen) Bereich, mit dem die Zerkleinerungsscheibe 8 an einer benachbarten Zerkleinerungsscheibe 8 anliegt, vgl. Figur 2 (dort auch als Deckfläche bezeichnet).
Bezugszeichen R bezeichnet den Radius der Zerkleinerungsscheibe 8; das Bezugszeichen x steht für einen Vorlauf, der sich (bei angenommener Drehrichtung der Zerkleinerungsscheibe 8 gemäß Figur 3 im Uhrzeigersinn) ergibt, weil aufgrund der (bezogen auf die genannte Drehrichtung; vgl. den Pfeil P in den Figuren 3 bis 8, der jeweils die Drehrichtung anzeigt) konvexen Krümmung die Linie K bzw. der Schneidkanten 13/Schneidnuten 14 die Umfangsenden 16 der Schneidkanten 13 den in Richtung der Drehachse L weisenden inneren Enden 17 derselben Schneidkanten 13 (dreh-) winkelmäßig vorauseilen. Dies ist nur an einer Stelle explizit eingezeichnet und bezeichnet. Bei entgegengesetzter, konkaver Krümmung der Linie K ergibt sich entsprechend ein Nachlauf (das Vorzeichen von x ist dann negativ). Der Betrag von x hängt von der Stärke der Krümmung der Linie K ab. Winkelmäßig kann der Vorlauf insbesondere zwischen 0 Grad und 30 Grad, bevorzugt zwischen 0 Grad und 15 Grad, höchst bevorzugt zwischen 0 Grad und 7 Grad, betragen. Analoges gilt für den Nachlauf. Winkelmäßig kann der Nachlauf insbesondere zwischen 0 Grad und 30 Grad, bevorzugt zwischen 0 Grad und 15 Grad, höchst bevorzugt zwischen 0 Grad und 9 Grad, betragen.
Die Ausschnittsvergrößerung im unteren Teil von Figur 3 zeigt einen Schnitt durch das Schneidkantenprofil 12 etwa entlang der strichpunktierten Linie im oberen Teil der Figur 3.
Der eingezeichnete Winkel β ist der sog. Schneidkantenwinkel, wobei die einzelnen Schneidkanten 13 entlang ihres Verlaufs gemäß der gekrümmten Linie K bevorzugt einen variablen Schneidkantenwinkel β aufweisen, der definiert ist gegenüber einer Normalenrichtung N zur Flankenoberfläche (Oberflache der Flanken 9a, 9b; 10a, 10b in Figur 2) bzw. der Oberfläche 18 der Zerkleinerungsscheibe 8 im Bereich der Schneidnuten 14. Der Schneidkantenwinkel β kann insbesondere zwischen 0 Grad und 65 Grad, bevorzugt zwischen 5 Grad und 25 Grad, höchst bevorzugt zwischen 8 Grad und 19,5 Grad, betragen. Seine Variation entlang der Linie K liegt bevorzugt jeweils zwischen 3 Grad und 6 Grad.
Bezugszeichen t bezeichnet eine Höhe der Schneidkanten 13 oder - alternativ - eine Tiefe der Schneidnuten 14 bezüglich der Flankenoberfläche (Oberfläche der Flanken 9a, 9b; 10a, 10b in Figur 2 bzw. der Oberfläche 18 der Zerkleinerungsscheibe 8 im Bereich der Schneidnuten 14). Sie kann zwischen 0,1 mm und 5 mm, bevorzugt zwischen 0,25 mm und 2,5 mm, höchst bevorzugt zwischen 0,5 mm und 1,5 mm, betragen und insbesondere entlang einer Schneidkante 13 oder Schneidnut 14 veränderlich sein. Besonders bevorzugt ist jedoch, die Höhe t der Schneidkanten 13 exakt konstant zu halten, was bei nicht radial verlaufenden Profilen mit geraden Schnittkanten (Schneidkanten) nicht möglich ist.
Das Bezugszeichen 19 in Figur 3 steht für einen unbearbeiteten Oberflächenanteil der Flanken. Hiermit ist gemeint diejenige Oberfläche der Flanken 9a, 9b; 10a, 10b in Figur 2 bzw. diejenige Teil der Oberfläche der Zerkleinerungsscheibe 8 im Bereich des Schneidkantenprofils 12, die/der beim Ausbilden der Schneidkanten 13 bzw. Schneidnuten 14 (z.B. durch Fräsen oder ein anderes, bevorzugt spanendes Verfahren) unverändert stehen geblieben ist. Der unbearbeitete Oberflächenanteil 19 kann über einen gesamten Verlauf von einem der betreffenden Walzenlängsachse (Drehachse L) zugewandten inneren Rand des Schneidkantenprofils 12 zu dem Umfangsrand 15 im Wesentlichen konstant sein (z.B. konstant breit) und ist vorzugsweise größenmäßig minimal ausgebildet, höchst vorzugsweise mit einer Größe von etwa Null.
Andere Ausgestaltungen beinhalten, dass der genannte Oberflächenanteil 19 zwischen 5 % und 50 %, bevorzugt zwischen 10 % und 25 %, beträgt - vorzugsweise jeweils bezogen auf die Gesamtoberfläche der Zerkleinerungsscheiben 8 im Bereich des Schneidkantenprofils 12.
Die nachfolgend anhand der Figuren 4 ff gezeigten Zerkleinerungsscheiben 8 sind grundsätzlich allesamt analog zu der Zerkleinerungsscheibe gemäß Figur 3 ausgebildet. Unterschiede bestehen jeweils im Detail der Ausgestaltung des Schneidkantenprofils 12.
Figur 4 zeigt drei Zerkleinerungsscheiben 8 mit entsprechenden Schneidkantenprofilen 12. Teilabbildung a) zeigt ein relativ grobes Profil mit starker Krümmung und entsprechendem Vorlauf (Drehrichtung jeweils im Uhrzeigersinn). Das Profil in Teilabbildung b) ist demgegenüber u.a. schwächer gekrümmt, besitzt also einen kleineren Vorlauf. Das Profil in Teilabbildung c) ist noch schwächer gekrümmt und weist überdies einen Nachlauf auf (also eine Krümmung mit gegenüber Figur 4a), b) umgekehrtem Vorzeichen). Die Zerkleinerungsscheiben 8 in Figur 4c) eignet sich für Feinschrot, die in Figur 4a) für eine Vorzerkleinerung und die in Figur 4b) für einen breiten Einsatzbereich.
In Figur 5 sind zwei Zerkleinerungsscheiben 8 mit unterschiedlichem Schneidkantenwinkel β (vgl. Figur 3) gezeigt. Gemäß Teilabbildung a) ist der Schneidkantenwinkel relativ klein, so dass die (in Drehrichtung vordere) Schneidkante 13 steil abfällt und das Profil an einen Sägezahn erinnert (vgl. den Detailausschnitt), wohingegen Teilabbildung b) eine Variante zeigt, bei der der Schneidkantenwinkel größer ist und das Profil eher trapezförmige Erhöhungen aufweist.
In Figur 6 sind zwei Zerkleinerungsscheiben 8 mit gleichem Schneidkantenwinkeln β (vgl. Figur 3) und entsprechend unterschiedlichen unbearbeiteten Oberflächenanteilen 19 gezeigt. Gemäß Teilabbildung a) ist der Schneidkantenwinkel wieder relativ klein, so dass die (in Drehrichtung vordere) Schneidkante 13 steil abfällt, wobei das Profil einen nur geringen unbearbeiteten Oberflächenanteil 19 besitzt, wohingegen Teilabbildung b) eine Variante zeigt, bei der der Schneidkantenwinkel zwar ebenfalls recht klein ist, das Profil dennoch aber einen recht großen unbearbeiteten Oberflächenanteil 19 besitzt.
Die jeweils eingeblendete detaillierte Schnittanschnitt gemäß der strichpunktierten Linie verdeutlicht auch hier die beschriebenen Zusammenhänge, wobei die Bezugszeichen entsprechend Figur 3 gewählt sind.
In Figur 7 sind zwei Zerkleinerungsscheiben 8 mit unterschiedlichen Höhen t (vgl. Figur 3) der Schneidkanten 13 (Zahnhöhen) gezeigt. Gemäß Teilabbildung a) ist die Höhe t der Schneidkanten 13 relativ klein, wohingegen Teilabbildung b) eine Variante zeigt, bei der u.a. die Höhe t der Schneidkanten 13 deutlich größer ist.
Die jeweils eingeblendete detaillierte Schnittanschnitt gemäß der strichpunktierten Linie verdeutlicht wiederum die beschriebenen Zusammenhänge, wobei die Bezugszeichen erneut entsprechend Figur 3 gewählt sind.
Schließlich sind in Figur 8 zwei Zerkleinerungsscheiben 8 mit unterschiedlichem Vorlauf bzw. Nachlauf gezeigt. Gemäß Teilabbildung a) ist der entsprechende Vorlaufwinkel negativ (gegen den Uhrzeigersinn bzw. die Drehrichtung), so dass sich de facto ein Nachlauf (-x) ergibt. Dagegen zeigt Teilabbildung b) eine Variante, bei der der Vorlaufwinkel positiv ist, so dass sich so dass sich de facto ein Vorlauf (+x) ergibt. Der Betrag des betreffenden Winkels γ ist in beiden Fällen etwa gleich, nur das Vorzeichen ändert sich. Man kann deshalb auch sagen, dass Figur 8a) einen relativ kleinen (d.h. negativen) Vorlaufwinkel zeigt und Figur 8b) einen relativ großen (bzw. positiven) Vorlaufwinkel.
Die Figur 9 zeigt in zwei Teilabbildungen a) und b) eine Zerkleinerungsscheibe 8 in der Draufsicht bzw. in einer Seitenansicht. Bezugszeichen z bezeichnet eine Höhe bzw. Höhenrichtung, die mit der Walzenachse L (vgl. z.B. Figur 3) zusammenfällt bzw. parallel zu dieser verläuft. Gemäß Teilabbildung a) variiert ein Krümmungsradius r der Schneidekanten 13 mit zunehmendem Abstand von der z-Achse, wobei insbesondere gilt: r₂ > r₁, wie dargestellt. Krümmungsradius r₁ bezeichnet den Verlauf der Schneidkanten 13 im äußeren Randbereich, und Krümmungsradius r₂ bezeichnet den Verlauf der Schneidkanten 13 im inneren Randbereich. Die Änderung des Krümmungsradius r kann linear von dem Abstand zur Achse z abhängen.
Teilabbildung b) zeigt, wie die Zerkleinerungsscheibe 8 als Kombination aus zwei Kegelstümpfen ausgebildet ist, deren (abgeschnittene) Spitzen voneinander weg zeigen. Die Höhenrichtung z fällt mit der Scheibenachse bzw. Walzenachse L (vgl. Figur 3) zusammen bzw. verläuft parallel zu dieser. Die Höhe H der Zerkleinerungsscheibe 8 ist entlang der z-Achse bestimmt. Entsprechend ändert sich die Krümmung der Schneidkanten 13 in Abhängigkeit von der Höhe H der Zerkleinerungsscheibe 8 (bzw. einer Hälfte der symmetrisch aufgebauten Zerkleinerungsscheibe 8).
Außerdem zeigt die Teilabbildung b), dass ein sog. Steigungswinkel λ, der definiert ist als ein Winkel zwischen einer Tangente T an die gekrümmte Linie bzw. an eine der Schneidkanten 13 und der Walzenachse bzw. z-Achse, entlang der Schneidkanten 13 variiert. Tangente T₁ ist an den Verlauf der Schneidkanten 13 im äußeren Randbereich angepasst, und Tangente T₂ ist an den Verlauf der Schneidkanten 13 im inneren Randbereich angepasst. Der betreffende Steigungswinkel λ₁ bzw. λ₂ verändert sich über den Verlauf einer gegebenen Schneidkante 13, hier von oben nach unten zunehmend.

Claims

Zerkleinerungsvorrichtung (1) zur Zerkleinerung von Schnittgutpartikeln (4), insbesondere Korn- oder Faserpartikeln, mit zumindest zwei gegensinnig angetriebenen Zerkleinerungswalzen (2, 3), die jeweils eine Walzenlängsachse (L2, L3) aufweisen und die an ihrer jeweiligen Mantelfläche eine alternierende Abfolge aus Umfangsnuten (9) und Umfangsstegen (10) besitzen, deren Flanken (9a, 9b; 10a, 10b) sich unter einem Winkel ≠ 90° zu den Walzenlängsachsen (L2, L3) erstrecken, wobei zwischen den Zerkleinerungswalzen (2, 3) zumindest eine Eingriffspaarung aus einem Umfangssteg (10) der einen Walze und einer Umfangsnut (9) der anderen Walze gebildet ist, so dass zwischen zwei benachbarten Flanken ein Zerkleinerungsspalt (11) ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Flanken (9a, 9b; 10a, 10b) mit einem Schneidkantenprofil (12) mit einer Mehrzahl von Schneidkanten (13) und -Nuten (14) versehen sind, dessen Schneidkanten (13) einen gekrümmten Verlauf entlang einer gekrümmten Linie (K) aufweisen, insbesondere einer Helix oder einer konischen Spirale, die von der betreffenden Walzenlängsachse (L2, L3, L) entlang einer Flankenoberfläche zu einem Umfangsrand (15) der betreffenden Zerkleinerungswalze (2, 3) verläuft.
Zerkleinerungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schneidnuttiefe (t) entlang des gekrümmten Verlaufs im Wesentlichen konstant ist.
Zerkleinerungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Krümmung der Linie (K) bezogen auf eine Drehrichtung der betreffenden Zerkleinerungswalze (2, 3) konvex ist, so dass die Umfangsenden (16) der Schneidkanten einen Vorlauf (x; y) aufweisen.
Zerkleinerungsvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorlauf (x; y) zwischen 0 Grad und 30 Grad, bevorzugt zwischen 0 Grad und 15 Grad, höchst bevorzugt zwischen 0 Grad und 7 Grad, beträgt.
Zerkleinerungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Krümmung der Linie (K) bezogen auf eine Drehrichtung der betreffenden Zerkleinerungswalze (2, 3) konkav ist, so dass die Umfangsenden (16) der Schneidkanten (13) einen Nachlauf (-x; y) aufweisen.
Zerkleinerungsvorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Nachlauf (-x; y) zwischen 0 Grad und 30 Grad, bevorzugt zwischen 0 Grad und 15 Grad, höchst bevorzugt zwischen 0 Grad und 9 Grad, beträgt.
Zerkleinerungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkanten (13) entlang ihres Verlaufs entlang der gekrümmten Linie (K) einen variablen Schneidkantenwinkel (β) gegenüber einer Normalenrichtung (N) zu der Flankenoberfläche (18) aufweisen.
Zerkleinerungsvorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidkantenwinkel (β) zwischen 0 Grad und 65 Grad, bevorzugt zwischen 5 Grad und 25 Grad, höchst bevorzugt zwischen 8 Grad und 19,5 Grad, beträgt.
Zerkleinerungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein unbearbeiteter Oberflächenanteil (19) der Flanken (9a, 9b; 10a, 10b) über einen gesamten Verlauf von einem der betreffenden Walzenlängsachse (L2, L3; L) zugewandten inneren Rand des Schneidkantenprofils (12) zu dem Umfangsrand (15) im Wesentlichen konstant ist, vorzugsweise minimal, höchst vorzugsweise etwa Null.
Zerkleinerungsvorrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflächenanteil (19) zwischen 5 % und 50 %, bevorzugt zwischen 10 % und 25 %, beträgt.
Zerkleinerungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkanten (13) einen gekrümmten Verlauf entlang einer dreidimensional gekrümmten Linie (K) aufweisen.
Zerkleinerungsvorrichtung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verlauf der Schneidkanten (13) einer Mantel- oder Kegeloberfläche der Zerkleinerungswalzen (2, 3) folgt.
Zerkleinerungsvorrichtung (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Krümmung der Linie (K) entlang einer konischen Oberfläche der Zerkleinerungswalzen (2, 3) oder einer Zerkleinerungsscheibe (8) variiert, nämlich
a) in Abhängigkeit von einer Höhe (H) der konischen Oberfläche, die definiert in einer Richtung entlang der Walzenlängsachse (L), und/oder

b) in Radiusrichtung, insbesondere linear.
Zerkleinerungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steigungswinkel (A), der definiert ist als ein Winkel zwischen einer Tangente (T) an die gekrümmte Linie (K) und einer die Walzenlängsachse (L) enthaltenen Ebene, entlang der gekrümmten Linie (K) variiert.
Zerkleinerungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die gekrümmten Linien (K) rotations- und/oder spiegelsymmetrisch bezüglich der Walzenlängsachse (L) ausgebildet sind.