Die Erfindung betrifft eine Welle sowie eine Vorrichtung mit wenigstens einer Welle
mit entlang ihres Umfangs angeordneten, jeweils einen Werkzeugschaft und einen
Arbeitsbereich aufweisenden Werkzeugen zum Zerkleinern von Müll, insbesondere
zum Zerkleinern von Sperrmüll.
Bekannte Wellen der eingangs genannten Art sind zur Befestigung von Werkzeugen
mit axial beabstandeten, in Umfangsrichtung verlaufenden Befestigungsringen
versehen. Die Befestigungsringe sind auf der Mantelfläche der Welle aufgeschweißt
und erstrecken sich von dort radial auswärts. Die Werkzeuge sind entweder direkt
an den Befestigungsringen angeschweißt oder angeschraubt. Bei angeschraubten
Werkzeugen weisen die Befestigungsringe Durchgangsbohrungen in axialer Richtung
auf. Der Werkzeugschaft entsprechender Werkzeuge weist ein Ringsegment
mit einer dem Befestigungsring entsprechenden Kontur und Gewindebohrungen zur
Montage an den Befestigungsringen mittels Schrauben auf. Der Arbeitsbereich
montierter Werkzeuge ragt in radialer Richtung über den äußeren Umfang des
Befestigungsrings hinaus.
Bekannte Vorrichtungen der eingangs genannten Art weisen wenigstens eine
derartige Welle auf, die in einem Maschinengestell drehbar um ihre Längsachse
gelagert und mittels eines Motors angetrieben ist. Die Werkzeuge durchkämmen
während der Drehung der Welle beispielsweise einen oder mehrere Kämme, die an
dem Maschinengestell der Vorrichtung befestigt sind, oder versetzt angeordnete
Werkzeuge einer zweiten, parallel angeordneten Welle. Dabei wird jeweils zwischen
den Kamm und die Werkzeuge der Welle bzw. zwischen die Werkzeuge benachbarter
Wellen gelangender Müll oder Sperrmüll zerkleinert. Die beim Zerkleinern auf
die Werkzeuge wirkenden Kräfte sind primär tangential in Umfangsrichtung und
entgegen der Drehrichtung der Welle gerichtet. Diese Kräfte werden von dem
Arbeitsbereich der Werkzeuge über den Werkzeugschaft und die Schrauben auf die
Befestigungsringe der Welle übertragen. Die Schrauben werden dabei in Scherrichtung
belastet.
Die Höhe des Arbeitsbereichs der Werkzeuge über dem äußeren Umfang des
Befestigungsrings ist gewöhnlich größer als die Höhe des Befestigungsrings und
somit der Berührungsfläche zwischen dem Werkzeugschaft und dem Befestigungsring.
Die Kraftmomente, die aus den auftreten Kräften und dem ungünstigen Hebelverhältnis
resultieren, wirken auf die Scherkräfte, die an den Schrauben angreifen,
verstärkend. Zum Teil wird das ungünstige Hebelverhältnis dadurch wieder ausgeglichen,
dass das Ringsegment des Werkzeugschafts einen großen Winkel überspannt,
so dass, die Berührungsfläche zwischen Werkzeugschaft und Befestigungsring
und somit die Haftreibung zwischen Werkzeug und Befestigungsring sich
entsprechend vergrößert. Dennoch sind zur Befestigung der Werkzeuge Schrauben
mit einem sehr großen Querschnitt erforderlich.
Des weiteren treten sekundär beim Durchkämmen der Werkzeuge auch Kräfte in
axialer Richtung der Welle auf. Bei Kräften in dieser Richtung ist eine Vergrößerung
der Berührungsfläche zwischen Werkzeugschaft und Befestigungsring bedeutungslos.
Die Verankerung der Werkzeuge ist in diesem Fall auf Grund des Verhältnisses
aus der Höhe des Arbeitsbereichs über dem Befestigungsring zu der Höhe der
Berührungsfläche grundsätzlich sehr ungünstig. Beim Auftreten großer Kräfte in
axialer Richtung kommt es daher trotz der in Zugrichtung belasteten, widerstandsfähigen
Schrauben gelegentlich zum Abreißen der Werkzeuge an der Befestigung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Welle und eine Vorrichtung
zu schaffen, die ohne erheblichen Mehraufwand einer höheren Belastung standhalten.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Welle und eine Vorrichtung der
eingangs genannten Art gelöst, bei der die Werkzeuge paarweise derart angeordnet
sind, dass von jedem Paar von Werkzeugen das eine Werkzeug von der einen Seite
und das andere Werkzeug von der anderen Seite jeweils mit seinem Werkzeugschaft
in je eine, dem Paar von Werkzeugen zugeordnete, sich radial durch die
Welle erstreckende Durchgangsöffnung eingesteckt ist und dass die Arbeitsbereiche
radial über die Mantelfläche der Welle hinausragen.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die auf die Arbeitsbereiche der Werkzeuge
wirkenden Kräfte mittels der sich in die Welle hinein erstreckenden Werkzeugschäfte
auf die Welle abgeleitet werden. Je weiter die Werkzeugschäfte in die
Welle hineinragen, desto günstiger wird die Verankerung der Werkzeuge. Zudem ist
die Verankerung der Werkzeuge unabhängig von der Belastungsrichtung immer
gleich.
Die Werkzeuge sind vorzugsweise paarweise angeordnet, da somit je Werkzeugpaar
nur eine Durchgangsöffnung durch die Welle erforderlich ist und der Querschnitt
der Welle gegenüber einzeln angeordneten Werkzeugen bei gleicher Anzahl
von Werkzeugen weniger geschwächt wird.
Vorzugsweise sind die Arbeitsbereiche bezüglich der Welle radial gegenüberliegend
angeordnet.
Als vorteilhaft erweist es sich, insbesondere bei hohlen Wellen, in der Durchgangsöffnung
eine Werkzeugaufnahme zu befestigen.
Ebenfalls vorteilhaft ist es im Hinblick auf die Montage der Werkzeuge, dass die
Werkzeugschäfte wenigstens teilweise in Richtung ihres freien Endes verjüngt sind,
so dass die Werkzeugschäfte paarweise angeordneter Werkzeuge gegeneinander
verkeilt sind.
Vorteilhaft ist es ferner, wenn die Werkzeugschäfte eine Länge aufweisen, die
größer ist als der Durchmesser der Welle, so dass das freie Ende der Werkzeugschäfte
eingesteckter Werkzeuge aus der Durchgangsöffnung oder Werkzeugaufnahme
herausragt, und wenn die Werkzeuge im Bereich des Ein- und Austritts
der Werkzeugschäfte in die bzw. aus der Durchgangsöffnung oder Werkzeugaufnahme
mit der Welle oder mit der Werkzeugaufnahme verschweißt sind.
Die teilweise in Richtung ihres freien Endes verjüngten Werkzeugschäfte bewirken
einerseits, dass die Werkzeuge leichter in die Durchgangsöffnungen oder Werkzeugaufnahme
der Welle einzuführen und somit zu montieren sind. Sie bewirken
ferner, dass sich die Werkzeugschäfte beim Einbau verklemmen, so dass die
Werkzeuge formschlüssig mit der Welle bzw. der Werkzeugaufnahme in Verbindung
stehen. Die Werkzeuge brauchen dann nur noch punktuell mit der Welle oder
der Werkzeugaufnahme verschweißt zu werden, damit sie sich nicht während des
Betriebs lockern. Die Schweißpunkte müssen dann jedenfalls nicht so ausgebildet
sein, dass sie zur Kraftübertragung von den Werkzeugen auf die Welle ausreichen.
Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Welle werden an Hand
folgender Figuren erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der Welle mit
einer Werkzeugaufnahme und zwei Werkzeugen;
- Fig. 2
- eine perspektivische Darstellung der Werkzeugaufnahme aus Fig.
1 mit zwei eingesteckten Werkzeugen;
- Fig. 3
- dieselbe Werkzeugaufnahme in einer anderen perspektivischen
Darstellung;
- Fig. 4
- einen Querschnitt durch eine Welle mit Werkzeugaufnahme und
einer anderen Ausführungsform zweier eingesteckter Werkzeuge;
- Fig. 5
- einen Querschnitt durch eine Welle mit Werkzeugaufnahme und
einer weiteren Ausführungsform zweier eingesteckter Werkzeuge;
- Fig. 6
- eine Schnittdarstellung der Welle und der Werkzeugaufnahme
gemäß Fig. 1 mit einer anderen Ausführungsform zweier Werkzeuge
mit einer Zugschraube in Längsrichtung der Werkzeugaufnahme;
- Fig. 7
- eine Schnittdarstellung einer anderen Ausführungsform der Welle
und Werkzeugaufnahme mit zwei eingesteckten Werkzeugen und
einer Stiftschraube quer zur Werkzeugaufnahme;
- Fig. 8
- eine Schnittdarstellung wie in Fig. 7 mit einer anderen Ausführungsform
zweier Werkzeuge mit einem Keil zur Arretierung; und
- Fig. 9
- einen Querschnitt durch eine Welle mit einer Ausführungsform
zweier Werkzeuge und mit einer selbsthemmenden Arretierung.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 einer erfindungsgemäßen Welle 8 besteht
aus einer Hohlwelle 10, die von einer in radialer Richtung verlaufenden zentrischen
Bohrung durchsetzt ist, in die eine Werkzeugaufnahme 12 eingelassen ist. Anstelle
der gezeigten Hohlwelle kann beispielsweise auch eine Vollwelle verwendet werden.
Die Werkzeugaufnahme 12 ist durch zwei die zentrische Bohrung ringförmig
umlaufende Schweißnähte 11 fest mit der Hohlwelle 10 verbunden. In die Werkzeugaufnahme
12 ist von beiden Seiten der Welle in entgegengesetzter Richtung
jeweils ein Werkzeug 9 mit seinem Werkzeugschaft 16 eingesteckt. Die Werkzeuge
9 weisen mit einer oberflächlichen Panzerung 15 versehene Arbeitsbereiche 14 auf,
die über die Mantelfläche 17 der Welle 10 hinausragen. Die Werkzeugschäfte 16
beider Werkzeuge 9 sind so lang, dass im eingesteckten Zustand ferner jeweils
auch das freie Ende 18 auf der dem Arbeitsbereich 14 gegenüberliegenden Seite
des Werkzeugs aus der Werkzeugaufnahme 12 herausragt.
Sowohl das freie Ende 18 des von der Gegenseite eingesteckten Werkzeugschafts
als auch das unmittelbar an den Arbeitsbereich angrenzende Ende des diesseitig
eingesteckten Werkzeugschafts ist mittels einer Schweißung 20 an der Werkzeugaufnahme
12 fixiert. Somit wird ein Verschieben der Werkzeuge 9 in Richtung der
Werkzeugaufnahme 12 während des Betriebs der Welle 8 verhindert. Die Schweißung
kann punktuell entlang der Einstecköffnung in der Werkzeugaufnahme erfolgen
oder die Einstecköffnung durchgehend umsäumen. Die Schweißstellen können
zum Zweck der Demontage der Werkzeuge durch Schleifen wieder entfernt werden.
Die Werkzeugschäfte 16 sind jeweils in Richtung ihres freien Endes 18 verjüngt,
so dass sich die Werkzeuge 9 beim Einstecken in der Werkzeugaufnahme 12
außerdem festklemmen.
Die Berührungsebene der Werkzeugschäfte 16 paarweise eingesteckter Werkzeuge
9 ist senkrecht zur Rotations- und Darstellungsebene orientiert. Entlang der Berührungsebene
sind die Werkzeugschäfte durch eine im mittleren Bereich befindliche
Freimachung 23 in zwei Berührungsflächen 21, 22 unterteilt. Im Normalbetrieb der
Welle, d.h. bei einer Drehung in Richtung des Pfeiles 24, wirken bei Belastung auf
die Kraftangriffsfläche des Arbeitsbereichs 14 entgegen der Drehrichtung 24
gerichtete Kräfte. Durch die Freimachung 23 ist auch bei einer unebenen oder nicht
ganz parallelen Berührungsfläche gewährleistet, dass der Hebel, der das aus der
Kraft resultierende Drehmoment überträgt, nicht um einen zufälligen Berührungspunkt
entlang der gemeinsamen Berührungsebene, sondern um einen dem Arbeitsbereich
14 fernen Punkt im Bereich der Berührungsfläche 22 dreht. Da in der Ausführungsform
gemäß Fig. 1 die Kraftangriffsfläche des Arbeitsbereichs 14 auf der
der Berührungsfläche 26 des Werkzeugschafts 16 mit der Werkzeugaufnahme 12
abgewandten Seite des Werkzeugschafts 16 angeordnet ist, wird die Kraft im
Wesentlichen unmittelbar von dem Werkzeugschaft 16 auf die Werzeugaufnahme
12 übertragen.
Auf der Mantelfläche 17 der Hohlwelle 10 sind in axialer Richtung zwei Mitnehmerleisten
28 aufgeschweißt, die während der Drehung der Welle dazu dienen, in
axialer Richtung zwischen den Werkzeugen reglos verharrenden Müll oder Sperrmüll
in Drehrichtung auf einen nicht dargestellten Kamm oder auf die Werkzeuge
einer zweiten zu der gezeigten Welle parallel angeordneten Welle hin zu bewegen.
Die Werkzeugaufnahme 12 ist in Fig. 2 zusammen mit zwei eingesteckten Werkzeugen
9 und in Fig. 3 ohne Werkzeuge jeweils perspektivisch dargestellt. Sie hat
einen runden Querschnitt, so dass sie in eine als Bohrung ausgestaltete Durchgangsöffnung
in der Hohlwelle 10 eingesetzt werden kann. Sie ist im wesentlichen
aus vier Elementen zusammengesetzt: Zwei in axialer Richtung an den Enden der
Werzeugaufnahme 12 befindliche Einführstutzen 32, 34 mit jeweils einer zentrischen,
rechteckigen Einstecköffnung 30 und zwei Führungsleisten 36, 38, die
sich in axialer Richtung erstrecken. Beim Einstecken der Werkzeuge 9 gleiten die
Werkzeugeschäfte 16 entlang der Berührungsfläche 26 an den Führungsleisten 36,
38 soweit in die Werkzeugaufnahme hinein, bis der Querschnitt der beiden Werkzeugschäfte
9 dem Abstand der beiden Führungsleisten 36, 38 entspricht. Eine aus
mehreren Elementen zusammengesetzte Werkzeugaufnahme 12, wie in Fig. 2 und
Fig. 3 dargestellt, hat gegenüber einer massiven, einteiligen Werkzeugaufnahme
den Vorteil einer Gewichtsersparnis, ohne jedoch eine wesentliche Verringerung der
Stabilität in Kauf nehmen zu müssen.
Die in Fig. 4 dargestellten Werkzeuge 40 weisen einen Arbeitsbereich 42 mit einem
in Normal-Drehrichtung 24 der Welle gekrümmten finnenförmigen Hakenprofil auf.
Der Vorteil eines derart gestalteten Werkzeuges liegt darin, dass sich die Arbeitsbereiche
der Werkzeuge bei umgekehrter Drehrichtung (im Reversierbetrieb) an den
Kämmen der Vorrichtung selbst reinigen, indem beispielsweise um das Werkzeug
40 herum aufgewickelter Draht an diesen abgestreift wird.
Im Fall der Fig. 5 ist die Berührungsfläche 26' des Werkzeugschafts 16' mit der
Werkzeugaufnahme 12 auf der der Kraftangriffsfläche des Arbeitsbereichs 14
zugewandten Seite des Werkzeugschafts 16' angeordnet. Dadurch erfährt bei
dieser Ausführungsform das Werkzeug 9' seine Abstützung über den Schaft 16"
des anderen Werkzeugs. Eine auf den Arbeitsbereich 14 des Werkzeugs 9' wirkende
Kraft wird im Wesentlichen mittelbar von dem Werkzeugschaft 16' über die
Berührungsfläche 21' auf den Werkzeugschaft 16" des zweiten Werkzeugs und
von dort auf die Werkzeugaufnahme 12 abgeleitet.
Die Werkzeuge sind in der Ausführungsform der Fig. 4 ferner mittels einer die
Einstecköffnung in der Werkzeugaufnahme 12vollständig umsäumenden Schweißnaht
44 an der Werkzeugaufnahme 12 fixiert. Die Figuren 6 bis 9 zeigen verschiedene
alternative Sicherungsmöglichkeiten, die ein Verschieben der Werkzeuge
während des Einsatzes verhindern.
Entsprechend der Ausführungsform aus Fig. 6 werden Werkzeuge 50, 52 mittels
einer in Einsteckrichtung der Werkzeuge wirkende Zugschraube 54 aufeinander zu
bewegt. Die Werkzeuge verkeilen sich dabei aufgrund der angeschrägten Abschnitte
56, 58 ihrer Berührungsflächen und klemmen innerhalb der Werkzeugaufnahme
12 fest.
In Fig. 7 wird eine Arretierung der Werkzeuge 60 vorgeschlagen, bei der die Werkzeuge
60 mittels einer rechtwinklig zur Einsteckrichtung orientierten Stiftschraube
62 in ihrer Sollposition gehalten werden. Die Stiftschraube 62 weist im Anschluss
an einen in der Hohlwelle 72 versenkten Schraubenkopf 64 einen Gewindeabschnitt
66 und an dem Schraubenkopf fernen Ende einen zylinderförmigen Abschnitt
68 auf, der eine Durchgangsbohrung in der Werkzeugaufnahme 70 und in
den Werkzeugen 60 durchsetzt. An Stelle einer Stiftschraube kann für diesen
Zweck auch jedes andere rechtwinklig zur Einsteckrichtung orientierte und die
Werkzeugschäfte verriegelnde Sicherungselement, wie beispielsweise ein selbstsichernder
Bolzen oder Splint, verwendet werden.
In der Ausführungsform gemäß Fig. 8 werden die Werkzeuge 80, 82 mittels eines
separaten Keils 84 in der Werkzeugaufnahme 12 festgeklemmt. Die Werkzeuge
weisen an den freien ihrer Werkzeugschäfte jeweils einen Vorsprung 86, 88 auf,
der im verkeilten Zustand der Werkzeuge 80, 82 über den Rand der Einstecköffnung
hinausragt und somit ein Verschieben der Werkzeuge längs der Werkzeugaufnahme
verhindert.
Die Werkzeugschäfte 90, 91 der Werkzeuge gemäß Fig. 9 sind im Bereich der
Freimachung 92 durch eine selbsthemmende Klinkensperre gesichert. Die selbsthemmende
Klinkensperre besteht aus einer entlang der Berührungsebene orientierten
Verzahnung 94 in dem Werkzeugschaft 91 und einer federnd gelagerten Klinke
96, die in dem anderen Werkzeugschaft 90 montiert ist und durch deren Federkraft
angedrückt in die Verzahnung 94 des gegenüberliegenden Werkzeugschafts 91
eingreift.