-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zerkleinern von Faserverbunde, insbesondere zum Zerspanen von zerspanbaren CFK-Kunststoffresten und Kunststoffabfallwerkstoffen gemäß den Merkmalen von Patentanspruch 1. Die Erfindung betrifft demnach eine Zerkleinerungsvorrichtung für Faserverbunde, wie Kunststoff-Produktionsreste aus kohlefaserverstärktem Kunststoff, insbesondere zum Zerspanen von verharzten CFK-Produktionsresten.
-
Im Stand der Technik sind verschiedene Verfahren bekannt, um Werkstoffe und Abfallstoffe oder Produktionsreste zu recyceln oder zu zerkleinern.
-
Die
DE 8229157 U1 betrifft zum Beispiel eine Zerkleinerungsmaschine für leicht zerspanbare Werkstoffe, wie Holz, Holzabfälle, Papierabfälle und dergleichen, mit einem rotierenden die Zerkleinerungswerkzeuge aufweisenden Werkzeugträger und einem von oben auf diesen zuführenden und zu diesem offenem Trichter zum Aufnehmen der zu zerspanenden Werkstoffe und einer oder mehreren in diesem Trichter untergebrachten Mitnehmern zum Befördern nach Oben.
-
Ähnliche Zerkleinerungsmaschinen mit über dem die Zerkleinerungswerkzeuge tragenden Werkzeugträger angeordneten Trichter sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Man kann sie in zwei Ausführungen einteilen, zum einen in solche, deren Trichter nach oben im Querschnitt größer werden und zum anderen in jene, deren Trichter auf ganzer Höhe gleichen Querschnitt haben oder nach unten im Querschnitt geringfügig größer werden. Erstere haben den Vorteil, größere Mengen der zu zerspanenden Werkstoffe aufnehmen zu können als die zweite Ausführung.
-
Ein großer Nachteil dieser Ausführung ist jedoch, dass sich die Werkstoffe sehr leicht im nach unten enger werdenden Trichter verklemmen und daher nicht auf die Zerkleinerungswerkzeuge fallen.
-
Aus der
DE 9311333 U1 ist eine Zerkleinerungsanlage für Kunststoffteile, z. B. Haushaltsverpackungen, Kassettenhüllen, Abfälle aus der Kunststoffindustrie usw. bekannt, wobei eine Vorschubeinrichtung, bestehend aus einem festen Transportband und einem flexiblen Transportband vorgesehen sind, die die Kunststoffteile bis auf ihren reinen Materialquerschnitt zusammendrückt d. h. es wird sozusagen die Luft aus den Hohlräumen herausgelassen. Diese Vorschubeinrichtung schiebt die zusammengedrückten Kunststoffteile gegen eine Fräswalze, die den Kunststoff zerspant. Das dabei erhaltene Kunststoffgranulat fällt durch den Auswurfschacht in den darunterliegenden Behälter, z. B. eine Sammeltonne.
-
Nachteilig ist dabei, dass nicht zusammendrückbare Kunststoffe mit einer solchen Vorrichtung nicht oder schlecht verarbeitet werden können. Es ist weiter von Nachteil, dass die unterschiedlichen Transportgeschwindigkeiten der beweglichen Teile (z. B. der Transportbänder und der Fräswalze) Einfluss auf die Verarbeitungsgeschwindigkeit beim Fräsen nehmen und so eine Abstimmung zwischen allen beweglichen Bauteilen erforderlich ist. Werden andere Kunststoffabfälle mit einer anderen Zusammensetzung verarbeitet, so ist wiederum eine andere Abstimmung erforderlich. Weiter nachteilig ist es, dass manche Kunststoffe, wie z. B. verharzte CFK-Kunststoffteile die Maschine blockieren würden.
-
Ferner sind aus dem Stand der Technik Mahlwerke mit Mühlsteinen, wie z. B. klassische Mühlen, Scheibenschwingenmühlen, Gefäßschwingmühlen, Trommelmühlen, Walzenmühlen oder dergleichen bekannt, bei denen allerdings die Werkstoffe nicht zerspant, sondern zwischen Mühlscheiben oder Mühlsteinen (je nach Konstruktion der Mühle) zermalen werden und demnach zwischen den Werkzeugen zerquetscht und pulverisiert werden, wobei häufig auch eine unerwünschte Temperaturerhöhung im Prozess auftritt, die den Kunststoff ggf. schädigen und für eine Weiterverarbeitung unbrauchbar machen können.
-
Es ist aber für einige Weiterverarbeitungszwecke oder Verwendungszwecke notwendig ein Granulat aus einem im Wesentlichen thermisch unveränderten Kunststoff mit einer definierten Granulatkörpergröße oder Granulatform zu erhalten. Wünschenswert ist demnach ein gezieltes Zerkleinerungsergebnis zu erhalten, bei dem z. B. der jeweils längste Durchmesser einer den Granulatkörper vollständig umgebenden Hüllfläche ein bestimmtes Maß nicht überschreiten und auch möglichst nicht unterschreiten sollte. Anders ausgedrückt, ist es vorteilhaft wenn ein Ergebnis mit einer definierten Größe und/oder Form innerhalb einer konkreten Schwankungsbreite erhalten werden kann.
-
Bei Zerkleinerungsanlegen, die z. B. über Messerscheiben, Schneidwerkzeuge oder dergleichen verfügen, werden oftmals undefinierte Ergebnisse erzielt. So werden beim Zerschneiden von Kunststoffbehältern und Flaschen im Ergebnis z. B. aufgerollte oder verdrillte Kunststofflocken unterschiedlichster Geometrie und Länge erzeugt. Der Schneidevorgang ähnlich dem Schälen eines Apfels, bei dem die abgeschälten Schalenstücke einmal kurz und ein anderes Mal länger werden können und sich gegebenenfalls nach dem Schneidevorgang durch innere Kräfte zu unterschiedlichen Formen aufrollen.
-
Ein weiterer ganz wesentlicher Nachteil, der aus dem Stand der Technik bekannten Verkleinerungsanlagen besteht in dem außerordentlich hohen Verschleiß der Anlagentechnik, was die Anlagen teuer und unwirtschaftlich macht.
-
Ausgehend vom Stand der Technik, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, vorbesagte Nachteile zu überwinden und eine Zerkleinerungsvorrichtung zu schaffen, die wirtschaftlich betrieben werden kann, einfach im Aufbau und der Handhabung ist und mit der sich ein bestimmtes Zerkleinerungsergebnis innerhalb einer definierter Schwankungsbreite herstellen lässt.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Zerkleinerungsvorrichtung gemäß den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
-
Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Zerkleinerungsvorrichtung mit einem spezifisch geformten und angeordneten Zerspanungsraum ausgebildet ist, um Faserverbunde, wie CFK-Produktionsreste zu zerspanen. Der wirksame Zerspanungsraum wird zwischen einer Arbeitsfläche und einem jeweils gegenüberliegenden Abschnitt der Mantelfläche eines drehend, antreibbaren Hauptkörpers gebildet, so dass beim Drehen des Hauptkörpers die CFK-Produktionsabfälle zu einem Granulat mit definierter Granulatgröße und/oder Spanform zerspant werden. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Hauptkörper als eine zylindrische Zerspanungswalze ausgebildet ist.
-
Erfindungsgemäß wird demnach eine Zerkleinerungsvorrichtung für Faserverbundkunststoffen, insbesondere zum Zerspanen von verharzten CFK-Produktionsresten vorgeschlagen, die folgendes aufweist:
- a. eine Zuführvorrichtung zum Beschicken der Zerkleinerungsvorrichtung mit CFK-Produktionsabfällen;
- b. mindestens ein um eine Drehachse drehend antreibbare zylindrische Zerspanungswalze mit einer für die Zerspanung wirksamen Mantelfläche;
- c. ein Zerspanungsraum, der zwischen einer Arbeitsfläche und einem jeweils gegenüberliegenden Abschnitt der Mantelfläche der Zerspanungswalze gebildet wird, in welchem beim Drehen der Zerspanungswalze die CFK-Produktionsabfälle zerspant werden.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Abstand der Mantelfläche zur Arbeitsfläche so gewählt, dass zum Beispiel eine vorbestimmte Granulatkorngröße der zerspanten Faserverbundkunststoffe erhalten wird.
-
Es ist weiter vorteilhaft, wenn die Mantelfläche der Zerspanungswalze mit einem Korn, insbesondere mit einem galvanisch gebundenen Diamantkorn versehen ist, wobei das Korn bevorzugt mit variabler Größe und/oder variabler Geometrie und/oder variabler Verteilung auf der Mantelfläche aufgebracht ist. Entsprechend der Zerspanungsaufgabe kann so durch gezielte Auswahl von Korngröße und Verteilung der Körner ein entsprechendes Spanergebnis erzielt werden.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Zerspanungsraum als ein gebogener Spalt mit einer, entsprechend dem gewünschten Zerkleinerungsgrad des zu zerspanenden Werkstoffes gewählten Spaltbreite D ausgebildet ist, wobei der gebogene Spalt bevorzugt über ein Winkelsegment von etwa 10° bis 20° entlang der Mantelfläche der Zerspanungswalze verläuft und vorzugsweise eine konstante Spaltbreite aufweist. Weiter bevorzugt ist eine variable Einstellmöglichkeit der Spaltbreite innerhalb eines minimal und maximal möglichen Spaltmaßes.
-
Ebenfalls vorteilhaft ist eine Ausbildung des Zerspanungsraumes mit einem Einlass zum Zuführen der Produktionsreste und einem Auslass zum Wegführen der zerspanten Produktionsreste in Richtung einer Auffangvorrichtung, wobei bevorzugt der Einlass und der Auslass unmittelbar in bzw. entgegengesetzt zur Drehrichtung der Zerspanungswalze am jeweiligen Rand des Spaltes ausgebildet sind.
-
Weiter vorteilhaft ist es, wenn die Arbeitsfläche des Zerspanungsraumes als Fläche an einem endseitigen Bogensegment der Zuführvorrichtung ausgebildet ist. Es kann demnach mit Vorteil vorgesehen sein, dass der Zerspanungsvorgang unmittelbar zwischen der Mantelfläche und einer an der Zuführvorrichtung vorhandenen Wand, die die besagte Arbeitsfläche ausbildet, erfolgt. Auf diese Weise wird eine konstruktiv einfache und kostengünstige Bauform erhalten.
-
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen werden, dass ein zweiter in entgegengesetzter Drehrichtung drehend antreibbarer zylindrischer Hauptkörper (Zerspanungswalze) mit einer Mantelfläche neben dem ersten Hauptkörper angeordnet ist und ein zweiter Zerspanungsraum zum Zerspanen der CFK-Produktionsabfälle zwischen einer der Mantelfläche der zweiten Zerspanungswalze gegenüberliegenden Arbeitsfläche und dem jeweils gegenüberliegenden Abschnitt der Mantelfläche der Zerspanungswalze vorgesehen ist.
-
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nach stehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
-
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Zerkleinerungsvorrichtung;
-
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Zerkleinerungsvorrichtung;
-
3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Zerkleinerungsvorrichtung;
-
4 ein viertes Ausführungsbeispiel einer Zerkleinerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug die 1 bis 4 beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen in den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen (zur Vermeidung von Wiederholungen) als gleiche funktionale oder strukturelle Merkmale zu verstehen sind.
-
In den 1 und 2 sind Ausführungsbeispiele einer Zerkleinerungsvorrichtung 1 gezeigt, bei denen jeweils ein drehbarer Hauptkörper 20 in Form einer zylindrischen Zerspanungswalze 20 vorgesehen ist. In der 3 ist eine alternative Lösung gezeigt, bei der zwei in entgegengesetzter Drehrichtung drehbare Hauptkörper 20 jeweils in Form einer zylindrischen Zerspanungswalze 20 vorgesehen sind. Die 4 zeigt eine Lösung, bei der der drehende Hauptkörper 20 ein Zerspanungsteller darstellt.
-
Die dargestellten Zerkleinerungsvorrichtungen 1 in den 1 und 2 sind ausgebildet zur Zerspanung von exemplarisch dargestellten verharzten CFK-Produktionsresten 2 und besitzen jeweils eine trichterförmige Zuführvorrichtung 10 zum Beschicken der Zerkleinerungsvorrichtung 1 mit den CFK-Produktionsabfällen 2 sowie eine um eine Drehachse drehend antreibbare zylindrische Zerspanungswalze 20. Ferner ist ein Vorschub 3 zur Beförderung der CFK-Produktionsabfällen 2 in Richtung der Zerspanungswalze 20 vorgesehen, die zwischen zwei parallel verlaufenden Wandungen 11 der Zuführvorrichtung 10 vor und zurück bewegt werden kann.
-
Die Zerspanungswalze 20 ist mit einer Mantelfläche 21 ausgebildet auf der ein geeignetes Korn 22 aufgebracht ist.
-
Ferner wird zwischen einer Arbeitsfläche 31 am stirnseitigen Ende 12 der Wandung 11 der Zuführvorrichtung 10 und einem jeweils gegenüberliegenden Abschnitt der Mantelfläche 21 der drehenden Zerspanungswalze 20 ein Zerspanungsraum 30 gebildet, der wie weiter in den Figuren erkennbar ist, als ein enlang der Oberfläche der Zerspanungswalze 20 gebogener Spalt geformt ist.
-
Beim Drehen der Zerspanungswalze 20 werden die CFK-Produktionsabfälle 2, die über die Zuführvorrichtung 10 auf die Mantelfläche 21 der Zerspanungswalze 20 fallen über den zufuhrseitigen Einlass 32 zu dem als Spalt ausgebildeten Zerspanungsraum 30 geführt und dort zerspant.
-
Am gegenüberliegenden Ende des Zerspanunsgraumes 20 befindet sich ein Auslass 33 zum Wegführen der zerspanten Produktionsabfälle 2 in Richtung einer Auffangvorrichtung 40, wo das zerspante Kunststoffgranulat zur Weiterverarbeitung gesammelt werden kann. Der Abstand der Mantelfläche 21 zur Arbeitsfläche 31 ist dabei so gewählt, dass eine gewünschte Granulatkorngröße bzw. ein definiertes Spanergebnis der zerspanten CFK-Produktionsabfälle erhalten wird.
-
Der gebogene Spalt verläuft in den gezeigten Ausführungen über ein Winkelsegment von ca. 10° bis 20° entlang der Mantelfläche 21 der Zerspanungswalze 20 mit konstanter Spaltbreite.
-
In der 3 ist eine Lösung gezeigt, bei der zwei Zerspanungswalzen 20 vorgesehen sind. Diese Zerkleinerungsvorrichtung 1 zeichnet sich dadurch aus, dass eine zweite in entgegengesetzter Drehrichtung drehend antreibbare zylindrische Zerspanungswalze 20' mit einer Mantelfläche 21' unmittelbar neben der ersten Zerspanungswalze 20 angeordnet ist und ein zweiter Zerspanungsraum 30' zum Zerspanen der CFK-Produktionsabfälle 2 zwischen der der Mantelfläche 21' des zweiten drehenden Hauptkörper 20' gegenüberliegenden Arbeitsfläche 31' und dem jeweils gegenüberliegenden Abschnitt der Mantelfläche 21' vorgesehen ist.
-
So wird zwischen einer weiteren Arbeitsfläche 31 am stirnseitigen Ende 12 der Wandung 11 der Zuführvorrichtung 10 und dem jeweils gegenüberliegenden Abschnitt der Mantelfläche 21' der drehenden Zerspanungswalze 20' ein weiterer Zerspanungsraum 30 gebildet, der wie weiter in der 3 erkennbar ist, als ein enlang der Oberfläche der Zerspanungswalze 20' gebogener Spalt geformt ist. In dem vorliegenden Beispiel weisen die zylinderförmigen Zerspanungswalzen 20, 20' den gleichen Durchmesser und das gleiche Korn 22 an den jeweiligen Mantelflächen 21, 21' auf, so dass durch die symmetrische Anordnung der Zerspanungswalzen 20, 20' an jedem Auslass 33 ein etwa gleichartiges Kunststoffgranulat erhalten wird.
-
Die 4 zeigt eine Ausführung, bei der der drehende Hauptkörper 20 ein Zerspanungsteller ist, dessen Tellerfläche 23 mit einem Korn 22 versehen ist, wobei die Zuführvorrichtung 10 oberhalb des Zerspanungstellers 20 so angeordnet ist, dass sich die Zerspanungsräume 30 zwischen der Tellerfläche 23 und dem stirnseitigen Ende der Zuführvorrichtung 10 befinden.
-
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. So können auch gegebenfalls unterschiedliche Mantelflächen mit unterschiedlichem Korn bei den beiden Zerspanungswalzen 20, 20' eingesetzt werden, um z. B. an jedem Auslass 33 eine jeweils unterschiedliche Granulatform zu erhalten.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 8229157 U1 [0003]
- DE 9311333 U1 [0006]