CH707659A1 - Kollerverdichtervorrichtung. - Google Patents

Abstract

Bei einer Kollerverdichtervorrichtung zur Herstellung von Pellets aus Schüttgut, insbesondere weichem, mit schmelzbaren Anteilen versehenem Schüttgut wie z.B. Abfall, Kunststoff oder Hausmüll, umfassend eine Ringmatrize (1), in welcher radial ausgerichtete Presskanäle (2) ausgebildet sind, die sich von einer Innenfläche (3) der Ringmatrize (1) zu einer Aussenfläche (4) der Ringmatrize (1) erstrecken, wobei die Ringmatrize (1) eine ihren Mittelpunkt durchsetzende, horizontale Rotationsachse (13) aufweist und in eine Drehrichtung (12) von einer Antriebseinheit antreibbar ausgebildet ist, und wobei die Ringmatrize (1) einen Verdichtungsraum (5) begrenzt, ein einziges im Verdichtungsraum (5) angeordnetes Arbeitskollerrad (6) zum Verdichten und Pressen des zu pelletierenden Schüttguts in die Presskanäle (2), und ein im Verdichtungsraum (5) angeordnetes Stützkollerrad (7), welches einen kleineren Durchmesser als das Arbeitskollerrad(6) aufweist; wobei das Arbeitskollerrad (6) und das Stützkollerrad (7) jeweils ihren Mittelpunkt durchsetzende Rotationsachsen (10, 11) aufweisen, die auf einer Durchmesserlinie (D) der Ringmatrize (1) angeordnet sind; wobei das Arbeitskollerrad (6) und das Stützkollerrad (7) mit einem Abstand (S) zwischen deren Mantelflächen zueinander angeordnet sind, ist es erfindungsgemäss vorgesehen, dass die Rotationsachse (10) des Arbeitskollerrads (6) unterhalb der horizontalen Durchmesserlinie (DH) der Ringmatrize (1) und in Drehrichtung (12) der Ringmatrize (1) nach der vertikalen Durchmesserlinie (DV) der Ringmatrize (1) angeordnet ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET

[0001] Die Erfindung betrifft eine Kollerverdichtervorrichtung zur Herstellung von Pellets aus Schüttgut nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

STAND DER TECHNIK

[0002] Verschiedene Kollerverdichtervorrichtungen zur Herstellung von Pellets aus Schüttgut sind z.B. aus CH 594 494, DE 2 733 062, EP 172 359 und WO 2 012 146 696 bekannt. Derartige Kollerverdichtervorrichtungen weisen eine Ringmatrize auf, in welche radial ausgerichtete Presskanäle ausgebildet sind. Die Ringmatrize begrenzt in ihrem Innenbereich einen Verdichtungsraum. Diese Ringmatrizen sind meist vertikal angeordnet, wobei der Verdichtungsraum durch entsprechende Seitenwandelemente abgeschlossen ist. Im Verdichtungsraum befinden sich zwei oder drei Kollerräder, wobei die Ringmatrize oder die Kollerräder angetrieben werden, so dass Schüttgut, das in den Verdichtungsraum eingebracht wird, verdichtet und durch die Presskanäle gepresst wird.

[0003] Mit solchen Kollerverdichtervorrichtungen werden unterschiedlichste Materialien, wie z.B. Plastik, Papier, Holz, Müll, Kohle oder organische Stoffe, staub- oder pulverförmige Abfälle aller Art zu hoch verdichteten Pellets verarbeitet.

[0004] Beim Durchdringen der Presskanäle wird das Schüttmaterial zu Presslingen verdichtet. Durch die Reibung zwischen der Innenfläche der Presskanäle und der Oberfläche der Presslinge und der dabei entstehenden Reibungswärme werden die Presslinge an ihrer Oberfläche hoch verdichtet, so dass sie nach dem Verdichtungsvorgang eine glatte, die Pellets umschliessende und zusammenhaltende Oberfläche aufweisen.

[0005] Die bekannten Kollerverdichtervorrichtungen haben sich bei der Herstellung von zu Pellets gepresstem Futtermittel bewährt. Werden derartige zur Pelletierung von Futtermittel vorgesehene Kollerverdichtervorrichtungen mit zwei oder mehreren Kollerrädern zum Pelletieren von weichen Materialien, wie z.B. Kunststoff oder kunststoffhaltige Abfälle, verwendet, erwärmt sich das zu pelletierende Material durch die Verwirbelung, Reibung und Komprimierung zwischen den Kollerrädern, so dass die Kunststoffanteile aufschmelzen und die Materialverteilung unter der Koller-Pressfläche abnimmt und das Material verklumpt und sogar eine schmierige Konsistenz annehmen kann.

[0006] Eine solche Verklumpung oder Verschmierung ist insbesondere in der Anfahrphase der Kollerverdichtervorrichtung problematisch, da die Presskanäle mit abgekühltem Material verstopft sind und das zwischen dem Kollerrad und der Matrize komprimierte Abfallmaterial wegen seiner zunehmend schmierigen Konsistenz entlang der Innenfläche der Matrize abschmiert und nicht durch die Presskanäle gedrückt werden kann. Vor dem Kollerrad sammelt sich das erwärmte und verdichtete Material zu einem Anfahrkuchen an, dessen Konsistenz immer schmieriger wird, so dass die Materialverpressung zwischen Matrize und den Kollerrädern vermindert wird und die Kollerräder ohne sich zu drehen an der Matrize entlanggleiten. Ein normaler Betrieb der Kollerverdichtervorrichtung ist dann nicht mehr möglich.

[0007] Bei der Pelletierung von Abfallmaterial wird, um die Gefahr eines derartigen Abschmierens zu verhindern, das in die Kollerverdichtervorrichtung einzubringende Abfallmaterial auf eine Restfeuchte von 5 bis 10 Prozent getrocknet, da der Wasseranteil als Gleitmittel im Abfallmaterial wirkt und ein hoher Wasseranteil die Gefahr erhöht, dass das Abfallmaterial zwischen der Matrize und den Kollerrädern abschmiert. Zudem würde eine zu hohe Feuchtigkeit eine stabile Pelletstruktur verhindern, da das Pellet nach dem Pressvorgang und der Erwärmung des Kompaktates expandieren würde und ein sogenanntes «Fluff-Pellet» entstehen würde. Die Verringerung der Restfeuchte vermindert lediglich die Gefahr des Abschmierens, aber kann sie nicht vollständig beseitigen.

[0008] Ein weiterer Nachteil ist, dass bei mehreren Kollerrädern wegen der grossen Winkelöffnung zwischen Kollerandruck und Matrizeninnenfläche eine Verkeilung des Schüttgut wahrscheinlicher ist. Die Verkeilung kann das Kollerrad eher zur Blockade bringen, mit der Folge der sofortigen Materialerwärmung und einem Schmelzprozess bei Kunststoffgemischen (wie es in der Abfallaufbereitung zur Pelletierung der Fall ist). Dies kann zu Bränden im Verdichtungsraum führen.

[0009] Deshalb können relativ weiche Materialien, wie z.B. Hausmüll, Kunststoff oder allgemeiner Abfall, nur mit geringem Masse-Durchsatz mit bekannten Kollerverdichtervorrichtungen mit zwei oder mehreren Kollerrädern pelletiert werden.

[0010] Denn je höher die Pelletierleistung sein soll, desto grösser muss die Drehgeschwindigkeit der Matrize bzw. der Kollerräder sein, wodurch die Verwirbelung des zu pelletierenden Materials stark zunimmt und das zu pelletierende Material entsprechend stark erwärmt wird und verklumpen kann. Je nach Art und Zusammensetzung des zu pelletierenden Materials können die Klumpen eine weiche, schmierige Konsistenz besitzen, die zu einem Abschmieren der Kollerräder führt oder eine hohe Festigkeit aufweisen, die zur Blockade der Kollerverdichtervorrichtung führen kann. Die in die Kollerverdichtervorrichtung zugeführte Materialmenge muss deshalb beim Zuführen von weichen, mit schmelzbaren Anteilen versehenen Materialien so gering gehalten werden, dass eine solche Verklumpung nicht auftreten kann.

[0011] Um einem Abschmieren entgegenzuwirken wurden für die Pelletierung von relativ weichen Materialien, wie z.B. Hausmüll, Kunststoff oder allgemeiner Abfall, Kollerverdichtervorrichtungen, wie z.B. in EP 0 687 273 beschrieben, vorgeschlagen. Diese Kollerverdichtervorrichtung weist ein grosses Arbeitskollerrad und ein kleines Stützkollerrad auf, wobei das grosse Arbeitskollerrad eine wesentlich kleinere Winkelöffnung aufweist, als die Kollerverdichtervorrichtungen mit mehreren Arbeitskollerrädern. Dabei vergrösserst sich die Verdichtungslänge, welche den Weg zwischen dem Anfangspunkt der Verdichtung des Schüttguts und dem Berührungspunkt zwischen dem Arbeitskollerrad und der Ringmatrize bezeichnet, an dem die Verdichtung beendet ist.

[0012] Ein kleiner Andruckwinkel bedeutet, dass der Abstand zwischen der Mantelfläche des Arbeitskollerrades und der Innenfläche der Ringmatrize langsam über die relativ lange Verdichtungslänge abnimmt, wodurch die Kompressionskräfte, die auf das zwischen dem Arbeitskollerrad und der Ringmatrize eingebrachte Schüttgut über die gesamte Verdichtungslänge sehr gleichmässig wirken. Hierdurch werden in allen Presskanälen identische Drücke erzielt. Zudem weitet sich der Spalt zwischen der Ringmatrize und dem Arbeitskollerrad mit kleiner Winkelöffnung auf, so dass ein Auspressdruck, durch den das Material aus dem Spalt zwischen der Ringmatrize und dem Arbeitskollerrad entgegen zur Drehrichtung ausgepresst wird, entsprechend gering ist und das Schüttgut vollständig in die Presskanäle eingepresst wird, selbst wenn weiches Material verdichtet wird.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0013] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kollerverdichtervorrichtung, mit welcher weiche, mit schmelzbaren Anteilen versehene Materialien, wie z.B. Abfall, Kunststoff oder Hausmüll, ohne der Gefahr eines Abschmierens oder Blockierens der Kollerverdichtervorrichtung mit hohem Durchsatz pelletiert werden können, weiter zu verbessern und die Gefahr eines Abschmierens oder Blockierens weiter zu verringern.

[0014] Die Aufgabe wird durch eine Kollerverdichtervorrichtung mit dem Merkmal des Anspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemässe Kollerverdichtervorrichtung zur Herstellung von Pellets aus Schüttgut, insbesondere weichem, mit schmelzbaren Anteilen versehenem Schüttgut wie z.B. Abfall, Kunststoff oder Hausmüll, umfasst eine Ringmatrize, in welcher radial ausgerichtete Presskanäle ausgebildet sind, die sich von einer Innenfläche der Ringmatrize zu einer Aussenfläche der Ringmatrize erstrecken. Die Ringmatrize weist eine ihren Mittelpunkt durchsetzende, horizontale Rotationsachse auf und ist in eine Drehrichtung von einer Antriebseinheit, vorzugsweise ein hydraulischer Antrieb, antreibbar ausgebildet. Die Ringmatrize begrenzt einen Verdichtungsraum. Im Verdichtungsraum ist ein Arbeitskollerrad zum Verdichten und Pressen des zu pelletierenden Schüttguts in die Presskanäle angeordnet. Weiter ist im Verdichtungsraum ein Stützkollerrad, welches einen kleineren Durchmesser als das Arbeitskollerrad aufweist, angeordnet. Das Arbeitskollerrad und das Stützkollerrad weisen jeweils ihren Mittelpunkt durchsetzende Rotationsachsen auf, die auf einer Durchmesserlinie der Ringmatrize angeordnet sind. Das Arbeitskollerrad und das Stützkollerrad sind mit einem Abstand zwischen deren Mantelflächen zueinander angeordnet. Die Rotationsachse des Arbeitskollerrads ist unterhalb der horizontalen Durchmesserlinie der Ringmatrize und in Drehrichtung der Ringmatrize nach der vertikalen Durchmesserlinie der Ringmatrize angeordnet.

[0015] Bei der erfindungsgemässen Kollerverdichtervorrichtung ist die Stellung der Kollerkonfiguration derart gewählt, dass Schüttgut, welches durch einen Beschickungsschacht, einer Beschickungsschnecke, einem Hubzylinder oder einer anderen Zwangszuführung wie Schieber, Kolben etc. zugeführt wird, durch die Schwerkraft direkt unter das Arbeitskollerrad gelangt. Das Schüttgut hat keine Möglichkeit, sich durch unterschiedliche Schüttgewichte in deren inhomogenen Zusammensetzung zu trennen. Dadurch werden auch ungewünschte Verwirbelungen verhindert, was ein zu starkes Erhitzen des Schüttguts unterbindet. Das Risiko des Verklumpens von weichen, mit schmelzbaren Anteilen versehenen Materialien kann weiter verringert werden. Zudem ist ein Materialaufbau durch Rotation und Fliehkraft vor der Stützkollerrads aufgrund deren oberen Stellung nicht möglich. Schüttgut welches dennoch in den oberen Bereich gelangt, kann durch den Abstand zwischen den beiden Kollerrädern wieder nach unten fallen.

[0016] Die erfindungsgemässe Kollerkonfiguration hat weiter den Vorteil, dass sich bei einer Störung mit Blockade durch Fremdkörper oder Überfütterung nur unwesentliche Schüttgutmengen im Einlaufbereich resp. im Verdichtungsraum befinden. Wohingegen bei bekannten Kollerkonfiguration z.B. solche mit 2 bis 3 oder 4 Kollerrädern das Schüttgut bei einer Überfütterung oder beim Abschmieren als überhitzter Brei (der sich entflammen kann) im ganzen Verdichtungsraum verteilt ist, was zu Betriebsunterbrüchen von bis zu mehreren Stunden führen kann. Die Betriebszeiten könne mit der erfindungsgemässen Kollerkonfiguration somit ebenfalls erheblich gesteigert werden.

[0017] Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

[0018] In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Kollerverdichtungsvorrichtung ist im Verdichtungsraum nur ein einziges Arbeitskollerrad angeordnet. Vorzugsweise weist der Aussendurchmesser des Arbeitskollerrads das 0.6- bis 0.8-Fache des Innenradius der Ringmatrize auf. Das Arbeitskollerrad ist bevorzugt derart nach der vertikalen Durchmesserlinie der Ringmatrize angeordnet, dass der Winkel zwischen der Durchmesserlinie und der vertikalen Durchmesserlinie 10° bis 30°, vorzugsweise etwa 20°, beträgt. Die Ringmatrize und das Arbeitskollerrad können eine Breite von bis zu 300 mm, vorzugsweise bis zu 500 mm, aufweisen. Bevorzugt weist die Ringmatrize und das Arbeitskollerrad eine Breite von 350 bis 500 mm auf. Vorzugsweise beträgt der Innendurchmesser der Ringmatrize etwa 1200 mm.

[0019] Vorzugsweise sind die Rotationsachsen des Arbeitskollerrads und des Stützkollerrads um jeweils mindestens ihren Radius von der Innenfläche der Ringmatrize beabstandet, so dass das Arbeitskollerrad und das Stützkollerrad mit deren jeweiligen Mantelfläche mit der Innenfläche der Ringmatrize oder mit einer Schwarte aus Schüttgut, welche an die Innenfläche der Ringmatrize angepresst sein kann, einen Reibschluss bildend in Kontakt stehen.

[0020] Zusätzlich können bei der erfindungsgemässen Kollerverdichtungsvorrichtung die Rotationsachsen des Arbeitskollerrads und des Stützkollerrads entlang der Durchmesserlinie der Ringmatrize verstellbar sein, so dass ein Abstand zwischen der Innenfläche der Ringmatrize und den jeweiligen Mantelflächen des Arbeitskollerrads und des Stützkollerrads einstellbar ist. Vorzugsweise ist für eine solche Abstandsregelung eine Versteileinrichtung für das Arbeitskollerrad und das Stützkollerrad vorgesehen, mit welcher die Rotationsachsen des Arbeitskollerrads und des Stützkollerrads entlang der Durchmesserlinie der Ringmatrize automatisch und/oder stufenlos verstellbar sind. Die Verstellung kann automatisch und/oder stufenlos durch eine axiale Verschiebung durch Exzenter, Zahnstangenführung oder anderer Verstellarten erfolgen. Die automatische Abstandsregelung kann während des Betriebs der Kollerverdichtervorrichtung den Abstand zwischen Arbeitskollerrad und Stützkollerrad resp. den Abstand des Arbeitskollerrads und des Stützkollerrads zur Innenfläche der Ringmatrize stufenlos verändern. Friktionsverhältnisse wie sie durch die Länge der Presskanäle erzeugt werden, können nun durch Abstandsregelung (Abstand der Kollerräder zur Ringmatrize) in den Verdichtungsraum verlagert werden, indem eine Art Schwarte aus Schüttgut zwischen Koller und Matrize erzeugt wird, durch welches das Input-Neumaterial zuerst gedrückt werden muss. Damit erübrigt sich die Verwendung von Ringmatrizen mit verschiedenen Dicken und Bohrlochtiefen und es werden erhebliche Werkzeug kosten eingespart. Diese Art der Abstandsregelung ist bei bekannten Kollerverdichtervorrichtungen mit 2–4 Kollern durch das Verhältnis Kollerdurchmesser /Matrizendurchmesser nur bedingt mit minimalen Abstandsregelungen möglich.

[0021] Vorzugsweise ist der Verdichtungsraum durch mindestens eine Seitenwandung begrenzt und die mindestens eine Seitenwandung weist eine Einfüllöffnung zum Einbringen des zu pelletierenden Schüttguts auf. Die Einfüllöffnung ist in Drehrichtung der Ringmatrize vor dem Arbeitskollerrad angeordnet, so dass durch die Einfüllöffnung eingebrachtes, zu pelletierendes Schüttgut unmittelbar dem Arbeitskollerrad zugeführt, verdichtet und in die Presskanäle verpresst wird. Vorzugsweise ist die Einfüllöffnung auf oder unterhalb der horizontalen Durchmesserlinie der Ringmatrize angeordnet. Bei der Einfüllöffnung kann z.B. eine Zwangszuführung für das zu pelletierende Schüttgut vorgesehen sein.

[0022] Weiter kann bei der erfindungsgemässen Kollerverdichtervorrichtung eine Zuführungsvorrichtung, vorzugsweise eine Zwangszuführung, für das zu pelletierende Schüttgut vorgesehen ist, welche einen in den Verdichtungsraum mündenden Materialaustritt aufweist. Der Materialaustritt ist bevorzugt in Drehrichtung der Ringmatrize vor dem Arbeitskollerrad und unterhalb der horizontalen Durchmesserlinie der Ringmatrize angeordnet. Vorzugsweise weist die Zwangszuführung einen in den Verdichtungsraum hineinragenden Materialaustritt auf. Die Zwangszuführung kann z.B. als Schneckenkanal ausgebildet sein, welcher sich mit einem Spalt nach unten und nach hintengehend (d.h. von der Einfüllöffnung resp. der Einmündung weg) öffnet. Der Materialaustritt erfolgt dann über den sich öffnenden Spalt der Zwangszuführung über die gesamte Breite der Ringmatrize.

[0023] Die Zwangszuführung hat weiter den Vorteil, dass dieselbe in den Pressraum hineinragen kann und daher eine optimale Verteilung des Schüttgutes auch auf grössere Breiten für die Ringmatrize und das Arbeitskollerrad von bis zu 500 mm gewährleistet. Eine solche Verbreiterung der Presswerkzeuge und des Verdichtungsraums führen zu erheblich gesteigerten Pressleistungen.

[0024] Zusätzlich kann die erfindungsgemässe Kollerverdichtungsvorrichtung eine Abschlag- oder Schneidvorrichtung an der Aussenfläche der Ringmatrize unterhalb der horizontalen Durchmesserlinie der Ringmatrize und in Drehrichtung der Ringmatrize nach der Durchmesserlinie der Ringmatrize angeordnet sein.

[0025] Die Abschlag- oder Schneidvorrichtung ist demnach nur an der Aussenseite der Matrize im Andruckbereich des Kollers angebracht und erlaubt eine genaue Pelletlängenbestimmung. Eine Mehrfachkoller-Konfiguration ist hingegen auf verschiedene Abschlagvorrichtungen angewiesen und der Pelletaustritt ist nicht definiert an einer Stelle zusammengefasst sondern rundum über die Matrize verteilt. Es sind daher für einigermassen gleichlange Pellets mehrere Abschlagvorrichtungen nötig. Weiche und in der Härte nicht konsistente Pellets werden durch die Umfangsgeschwindigkeit der Matrize an die Gehäuseverkleidung der Matrize geschleudert und bleiben dort kleben oder werden in der Struktur beschädigt.

[0026] Die Anordnung der Abschlag- oder Schneidvorrichtung bei der erfindungsgemässen Kollerverdichtervorrichtung hat den Vorteil, dass abgetrennte Pellets aufgrund der Schwerkraft ungehindert auf ein unter der Ringmatrize durchgeführtes Förderband fallen können, was z.B. eine nachträgliche Trocknung weicher oder pasteuser Pellets, wie z.B. bei der Verarbeitung von Klärschlamm, ermöglicht.

[0027] Anstelle der herkömmlich für Kollerverdichtervorrichtungen verwendeten Elektroantriebe wird vorzugsweise ein Hydraulikantrieb verwendet. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass Belastungsspitzen aufgrund der inhomogenen Struktur des zu pelletierenden Schüttguts (z.B. bei Abfall mit weichen und harten Materialien), die direkt auf die Elektromotoren übertragen werden und zu Ausschlägen der Stromaufnahme führen, durch Hydraulikantriebe weitgehend eliminiert werden. Statt Ausschläge in der Ampereaufnahme der Motoren sind durch das Hydrauliksystem flachwellige Stromaufnahmewerte erreichbar. Zudem können die Betriebskosten gesenkt werden, da die Strompreise oft von den Leistungsspitzen abhängig sind.

[0028] Vorzugsweise ist eine Proportionalsteuerung für den Antrieb und die Materialzuführung vorgesehen, um eine gleichmässige Belastung des Antriebs der Ringmatrize und/oder des Arbeitskollerrads bei optimaler Zufuhr des zu pelletierenden Schüttguts zu erreichen. Erhöht sich z.B. der Druck des Hydraulikantriebs der Ringmatrize über einen voreingestellten Wert, wird die Ölzufuhr des Hydraulikantriebs der Zuführungsvorrichtung und somit die zugeführte Menge an Schüttgut reduziert. Die entsprechenden Druckparameter sind variabel verstellbar.

[0029] Ferner ist vorzugsweise eine Reversier- und Blockadesteuerung vorgesehen. Überschreitet z.B. der Druck des Hydraulikantriebs der Ringmatrize einen variabel einstellbaren Spitzenwert über eine vorbestimmte Zeit (z.B. eine Zehntel Sekunde) wird die Schüttgutzufuhr gestoppt und der Hydraulikantrieb der Ringmatrize reversiert kurz und bleibt stehen oder das Hydrauliksystem schaltet bei entsprechendem Spitzendruck auf Blockade und bremst die Ringmatrize mit deren Schwungmasse sofort ab. Dafür wird die Ölzufuhr in Millisekunden gestoppt und der Hydraulikmotor bremst aufgrund des Gegendrucks.

[0030] Bei mechanischen Antrieben über Riemen oder Getriebe wären Riemen/Riemenscheiben oder das Getriebe bei Störstoffen oder Fremdkörpern, wie z.B. Steinen, wenigstens kurzzeitig überlastet und störungsanfällig. Die meisten Kollerverdichtervorrichtungen haben dafür ein Brechbolzensystem in der Antriebswelle, welches den Antrieb vom Verdichtergehäuse trennt.

[0031] Kollerverdichtervorrichtungen mit hydraulischen Antrieben erlauben daher eine sicheren und weniger störungsanfälligen Betriebe gegenüber den herkömmlichen Kollerverdichtervorrichtungen. Eine Kollerverdichtervorrichtung mit hydraulischem Antrieb und Proportionalsteuerung und/oder Reversier- und Blockadesteuerung können auch als eigenständige Erfindung betrachtet werden.

KURZE ERLÄUTERUNG ZU DEN FIGUREN

[0032] Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen: <tb>Fig. 1<SEP>im Querschnitt eine Ausführungsform der erfindungsgemässe Kollerverdichtervorrichtung, unter ( a ) mit und unter ( b ) ohne Schwarte.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

[0033] Fig. 1 ( a ) und ( b ) zeigen im Querschnitt eine Ausführungsform der erfindungs-gemässen Kollerverdichtervorrichtung zur Herstellung von Pellets aus Schüttgut, insbesondere weichem, mit schmelzbaren Anteilen versehenem Schüttgut wie z.B. Abfall, Kunststoff oder Hausmüll. Die Kollerverdichtervorrichtung weist eine Ringmatrize 1 auf, in welcher radial ausgerichtete Presskanäle 2 ausgebildet sind, die sich von einer Innenfläche 3 der Ringmatrize 1 zu einer Aussenfläche 4 der Ringmatrize 1 erstrecken. Die der Ringmatrize 1 begrenzt in ihrem Innenbereich einen Verdichtungsraum 5. Im Verdichtungsraum 5 sind ein grösseres Arbeitskollerrad 6 und ein kleineres Stützkollerrad 7 angeordnet. Das Arbeitskollerrad 6 und das Stützkollerrad 7 weisen jeweils eine Mantelfläche 8, 9 auf, mit welcher sie auf der Innenfläche 3 der der Ringmatrize 1 abrollen.

[0034] Das Arbeitskollerrad 6 und das Stützkollerrad 7 sind jeweils um eine horizontale, ihren Mittelpunkt durchsetzende Rotationsachse 10, 11 gelagert. Die Rotationsachsen 10, 11 sind in der Kollerverdichtervorrichtung auf einer Durchmesserlinie D der Ringmatrize 1 verstellbar angeordnet, wobei die Rotationsachsenachsen 10, 11 der Kollerräder 6, 7 bzw. deren Mittelpunkte von der Innenfläche 3 der Ringmatrize 1 um jeweils mindestens ihren Radius beabstandet angeordnet sind, so dass das Arbeitskollerrad 6 und das Stützkollerrad 7 mit ihren jeweiligen Mantelflächen 8, 9 mit der Innenfläche 3 der Ringmatrize 1 oder mit einer Schwarte 16 aus Schüttgut (vgl. Fig. 1 ( b )) in Kontakt stehen.

[0035] Die Verstellung des Arbeitskollerrads 6 und des Stützkollerrads 7 kann automatisch durch eine axiale Verschiebung durch Exzenter, Zahnstangenführung oder anderer Verstellarten erfolgen. Die automatische Kollerverstellung kann während des Betriebs der Kollerverdichtervorrichtung den Abstand zwischen Arbeitskollerrad 6 und Stützkollerrad resp. den Abstand des Arbeitskollerrads 6 und des Stützkollerrads 7 zur Innenfläche 3 der Ringmatrize 1 stufenlos verändern. Friktionsverhältnisse wie sie durch die Länge der Presskanäle erzeugt werden, können nun durch Abstandsregelung (Kollerräder vs. Ringmatrize) in den Verdichtungsraum 5 verlagert werden. Damit erübrigen sich Matrizen mit verschiedenen Dicken und Bohrlochtiefen und es werden erhebliche Werkzeugkosten eingespart.

[0036] Die Ringmatrize 1 wird von einer Antriebseinheit (nicht dargestellt) in Drehrichtung des Pfeiles 12 angetrieben, so dass sie um eine horizontale, ihren Mittelpunkt durchsetzende Achse 13 gedreht wird. Das Arbeitskollerrad 6 und das Stützkollerrad 7 werden durch einen Reibschluss zwischen ihre jeweiligen Mantelflächen 8, 9 und der Innenfläche der Ringmatrize 1 resp. der Schwarte 16 aus Schüttgut in Drehrichtung 12 um ihre Rotationsachsen 10, 11 versetzt. Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, das Arbeitskollerrad 6 und/oder das Stützkollerrad 7 mittels einer Antriebseinheit anzutreiben, wobei die Ringmatrize 1 durch den Reibschluss mit den Kollerrädern 6, 7 angetrieben wird.

[0037] Das Arbeitskollerrad 6 und das Stützkollerrad 7 sind derart angeordnet, dass die Rotationsachse 10 des Arbeitskollerrads 6 unterhalb der horizontalen Durchmesserlinie DH der Ringmatrize 1 und in Drehrichtung 12 der Ringmatrize nach der vertikalen Durchmesserlinie DV der Ringmatrize angeordnet ist. Dabei kommt die Rotationsachse 11 des Stützkollerrads 7 oberhalb der horizontalen Durchmesserlinie DH der Ringmatrize 1 und in Drehrichtung 12 der Ringmatrize nach der vertikalen Durchmesserlinie DV der Ringmatrize 1 zu liegen. Die Durchmesserlinie D, auf welcher die jeweiligen Rotationsachsen 10, 11 des Arbeitskollerrads 6 und des Stützkollerrads 7 angeordnet sind, schliesst mit der horizontalen Durchmesserlinie DH einen Winkel α [alpha] ein, der zwischen 10 Grad und 30 Grad, vorzugsweise bei etwa 20 Grad, liegt. Der Aussendurchmesser des Arbeitskollerrades 6 im Bereich des 0,6- bis 0.8-fachen des Innenradius der Ringmatrize 1.

[0038] Der innerhalb der Ringmatrize 1 ausgebildete Verdichtungsraum 5 ist in Axialrichtung durch eine vordere bzw. hintere Seitenwandung begrenzt, die in Axialrichtung vor und hinter der Ringmatrize 1 angeordnet sind und die gesamte Ringmatrize 1 abdecken. In der vorderen Seitenwandung ist eine Einfüllöffnung eingebracht (in Fig. 1a und 1b gestrichelt dargestellt), an welcher aussenseitig ein Materialbeschickungskanal angesetzt ist. Die Einfüllöffnung 14 ist unterhalb der horizontalen Durchmesserlinie DH der Ringmatrize 1 in Drehrichtung 12 direkt vor dem Andruckbereich des Arbeitskollerrades 6 angeordnet.

[0039] Bei der Einfüllöffnung kann z.B. ein Materialaustritt einer Zuführungsvorrichtung, wie z.B. ein Materialbeschickungskanal oder eine Zwangszuführung, für das zu pelletierende Schüttgut münden.

[0040] Der Materialbeschickungskanal kann in an sich bekannter Weise aus einem vertikalen Zufuhrrohr ausgebildet sein, das an seinem unteren Ende einen gekrümmten Endbereich aufweist, der unmittelbar an die Einfüllöffnung 14 angesetzt ist. Das zu pelletierende Schüttgut wird in den Materialbeschickungskanal geschüttet und durch den gekrümmten Endbereich in den Verdichtungsraum 5 abgelenkt.

[0041] In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kollerverdichtervorrichtung mit einer Zwangszuführung versehen, welche das zu pelletierende Schüttgut durch die Einfüllöffnung aktiv in den Andruckbereich des Arbeitskollerrades 6 befördert. Die Zwangszuführung kann als Materialbeschickungskanal aus einem vertikalen Zufuhrrohr und einem an seinem unteren Ende angeordneten horizontalen Schneckenrohr ausgebildet sein, das in die Einfüllöffnung 14 mündet. Im Schneckenrohr lagert drehbar eine Schnecke, die sich bis zum Rand der Ringmatrize 1 erstreckt. Die Schnecke weist vorzugsweise ein progressives Schneckengewinde auf, so dass das zu pelletierende Material beim Fördern in den Verdichtungsraum 5 komprimiert wird, wodurch es beim Eintritt in den Verdichtungsraum 5 expandiert und in die Tiefe des Verdichtungsraumes 5 gefördert wird. Das Vorsehen der Schnecke erlaubt es, den Verdichtungsraum 5 mit einer grösseren Tiefe bzw. die Ringmatrize 1 mit einer grösseren Breite zu gestalten, wodurch die Anzahl der Presskanäle 2 erhöht und die Kapazität der gesamten Kollerverdichtervorrichtung gesteigert werden kann.

[0042] Für die Erfindung ist wesentlich, dass das grosse Arbeitskollerrad 6 in Drehrichtung 12 der Einfüllöffnung 14 nachgeordnet ist, so dass das in den Verdichtungsraum 5 über den Materialbeschickungskanal zugeführte Material unmittelbar von dem Kollerrad 6 verdichtet und durch die Presskanäle 2 gepresst wird. Weiter ist die Einfüllöffnung 14 leicht oberhalb des Anpressbereichs angeordnet, so dass Schüttgut zudem über die Schwerkraft in den Anpressbereich gelangt.

[0043] Die aus den Presskanälen 2 austretenden Presslinge werden mittels eines Schneidmessers 24 zu den Pellets geschnitten, wobei das Schneidmesser in Drehrichtung 12 dem Arbeitskollerrad 6 nachgeordnet an der Aussenfläche 4 der Ringmatrize 1 angeordnet ist. Die Schneideeinrichtung kann winklig und in der Höhe verstellt werden, so dass sie auch als Abschlageinrichtung dienen kann. Eine direkte Kühleinrichtung an der Schneideinrichtung verhindert das Ziehen von Fäden beim Schneidvorgang.

[0044] Der Durchmesser der Pellets liegt üblicherweise im Bereich von 4 bis 24 mm, je nach Einsatz der Pellets im werkstofflichen oder rohstofflichen Bereich, wobei die Pelletlänge etwa das 1,5-fache des Pelletsdurchmessers betragen sollte. Ein Pellet mit einem Durchmesser von 6 mm weist demnach eine Länge von etwa 8 bis 9 mm auf.

[0045] Beim Verdichten des zu pelletierenden Schüttguts wird das Schüttgut zwischen der Innenfläche 3 der Ringmatrize 1 und der Mantelfläche 8 des Arbeitskollerrades 6 verdichtet.

[0046] Da das zugeführte Schüttgut fast vollständig während des Verdichtungsvorganges am Arbeitskoller 6 verpresst wird und der erzeugte Anteil an Feinfraktur sehr gering ist, befindet sich im Verdichtungsraum 5 ausserhalb des Bereiches zwischen der Einfüllöffnung 14 und dem Kontaktpunkt 25 zwischen dem Arbeitskollerrad 6 und der Ringmatrize 1 wenig Material, so dass keine nennenswerten Materialverwirbelungen auftreten, die bei bekannten Kollerverdichtervorrichtungen eine beträchtliche Wärmeverteilung und Erwärmung des zu verdichtenden Materials verursachen und zudem durch die Staub und Dampfentwicklung ein Schlammgemisch entsteht, dass sich auf und zwischen den Presswerkzeugen sammelt und zu Funktionsstörungen führt.

[0047] Durch eine langsames Verstellen der Rotationsachsen 10, 11 des Arbeitskollerrads 6 und des Stützkollerrads 7 entlang der Durchmesserlinie D der Ringmatrize 1 wird der Abstand zwischen den Mantelflächen 8, 9 der Kollerräder 6, 7 und der Innenfläche 3 der Ringmatrize langsam geöffnet und es kann sich an der Innenfläche 3 der Ringmatrize 1 eine Schwarte 16 aus Schüttgut bilden. Diese wird vom Stützkollerrad nicht abgerissen, da das Stützkollerrad ebenfalls mit der Dicke der Schwarte 16 von der Innenfläche der Ringmatrize beabstandet ist. Das kleinere Stützkollerrad 7 dient im Wesentlichen nur zum Erzeugen eines Kräfteausgleiches an der Ringmatrize 1 gegenüber der Belastung durch den Arbeitskoller 6. Eine Verdichtung von noch nicht in die Presskanäle 2 eingepresstem Material findet an dem kleinen Stützkollerrad 2 nicht statt, so dass die Problematik des Abschmierens hier nicht vorliegt.

[0048] Durch die erfindungsgemässe Anordnung der Kollerräder 6, 7 und der Einfüllöffnung 14 im Vergleich zu bekannten Kollerverdichtervorrichtungen wird eine Verdichtung mit definierten Wärmeverhältnissen erzielt, da das an der Einfüllöffnung 14 zugeführte kühle Schüttgut ohne Verwirbelung direkt dem Arbeitskollerrad 6 zugeführt und vollständig verdichtet und in die Presskanäle 2 verpresst wird. Das zu pelletierende Schüttgut wird deshalb vor dem Verdichten und Einpressen weder verwirbelt noch erwärmt, so dass selbst bei einem hohen Kunststoffanteil keine Gefahr des Aufschmelzens – vor dem Pressvorgang in der Matrize – des Kunststoffes und des Abschmierens der Kollerverdichtervorrichtung besteht. Die Verweilzeit des zu pelletierenden Materials im Verdichtungsraum 5 ist deshalb sehr kurz und die kontinuierliche Zufuhr von kühlem, neuem Schüttgut bewirkt zudem eine permanente Kühlung des Verdichtungsraumes 5. Mit der erfindungsgemässen Kollerverdichtervorrichtung ist es deshalb möglich, im Verdichtungsraum 5 die Temperatur tiefer zu halten, wohingegen in den Presskanälen 2 aufgrund der Friktionswärme – durch die Länge der Presskanäle – höhere Temperaturen erzielt werden.

[0049] Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass beim Pelletieren von Abfallmaterial mit der erfindungsgemässen Vorrichtung dieses weniger getrocknet werden muss, sondern ein relativ hoher Feuchtigkeitsgehalt toleriert werden kann, der sogar einen Kühleffekt durch das Abdampfen des Wasseranteils bewirkt, wenn das zu pelletierende Schüttgut an der sich auf Arbeitstemperatur erwärmten Ringmatrize 1 anliegt, so dass selbst bei sehr hohen Materialdurchsätzen durch die entsprechend hohe Zufuhr von kühlem zu pelletierenden Schüttgut eine unerwünschte Erwärmung im Verdichtungsraum 5 verhindert wird und der Kondensation keine Bindung des Staubs und Feinmaterials ermöglicht, was an den Kollerzwischenräumen anhaften kann und ebenfalls zur Blockade führen könnte.

[0050] Da das zu pelletierende Schüttgut im Verdichtungsraum 5 kaum erwärmt wird, wird es im Wesentlichen nur durch die Friktionswärme beim Durchdringen der Presskanäle 2 erwärmt. Diese Friktionswärme ist exakt durch die Länge der Presskanäle festlegbar. Die erfindungsgemässe Kollerverdichtervorrichtung kann deshalb gegenüber herkömmlichen Kollerverdichtervorrichtungen eine Ringmatrize mit grösserer Wandstärke und dementsprechend längeren Presskanälen aufweisen, da durch den flachen Einlaufwinkel eine wesentlich höhere radiale Druckkraft des Kollers ausgeübt werden kann, ohne einen Abschmiereffekt zu erzeugen.

[0051] Der Verdichtungs- und Temperaturzustand der Presslinge in den Presskanälen kann exakt durch die Länge der Presskanäle festgelegt werden, da die auftretende Friktionswärme für die jeweiligen zu pelletierenden Materialien gut bekannt sind. Zudem kann mittels der verstellbaren Kollerräder eine Schwarte aus Schüttgut aufgebaut werden, um die Friktionsverhältnisse, wie sie durch die Länge der Presskanäle erzeugt werden, zusätzlich zu regulieren. Somit kann die Konsistenz der Presslinge mit der erfindungsgemässen Kollerverdichtervorrichtung exakt eingestellt werden, weshalb beim Schneiden der Pellets am Schneidmesser 24 bekannte Schnittprobleme, wie sie z.B. durch Fadenziehen des aufgeschmolzenen Kunststoffmaterials auftreten, verringert werden, und zugleich eine gewünschte Festigkeit der Pellets gewährleistet wird.

[0052] BEZEICHNUNGSLISTE <tb>1<SEP>Ringmatrize <tb>2<SEP>Presskanäle <tb>3<SEP>Innenfläche <tb>4<SEP>Aussenfläche <tb>5<SEP>Verdichtungsraum <tb>6<SEP>Arbeitskollerrad <tb>7<SEP>Stützkollerrad <tb>8<SEP>Mantelfläche des Arbeitskollerrads 6 <tb>9<SEP>Mantelfläche des Stützkollerrads 7 <tb>10<SEP>Rotationsachse des Arbeitskollerrads 6 <tb>11<SEP>Rotationsachse des Stützkollerrads 7 <tb>12<SEP>Drehrichtung der Ringmatrize 1 <tb>13<SEP>Rotationsachse der Ringmatrize 1 <tb>14<SEP>Einfüllöffnung <tb>15<SEP>Abschlag- oder Schneidvorrichtung <tb>16<SEP>Schwarte aus Schüttgut <tb>D<SEP>Durchmesserlinie der Ringmatrize 1 <tb>DH<SEP>horizontalen Durchmesserlinie der Ringmatrize <tb>DV<SEP>vertikale Durchmesserlinie der Ringmatrize 1

Claims (14)

1. Kollerverdichtervorrichtung zur Herstellung von Pellets aus Schüttgut, insbesondere weichem, mit schmelzbaren Anteilen versehenem Schüttgut wie z.B. Abfall, Kunststoff oder Hausmüll, umfassend eine Ringmatrize (1), in welcher radial ausgerichtete Presskanäle (2) ausgebildet sind, die sich von einer Innenfläche (3) der Ringmatrize (1) zu einer Aussenfläche (4) der Ringmatrize (1) erstrecken, wobei die Ringmatrize (1) eine ihren Mittelpunkt durchsetzende, horizontale Rotationsachse (13) aufweist und in eine Drehrichtung (12) von einer Antriebseinheit antreibbar ausgebildet ist, und wobei die Ringmatrize (1) einen Verdichtungsraum (5) begrenzt, ein einziges im Verdichtungsraum (5) angeordnetes Arbeitskollerrad (6) zum Verdichten und Pressen des zu pelletierenden Schüttguts in die Presskanäle (2), und ein im Verdichtungsraum (5) angeordnetes Stützkollerrad (7), welches einen kleineren Durchmesser als das Arbeitskollerrad(6) aufweist; wobei das Arbeitskollerrad (6) und das Stützkollerrad (7) jeweils ihren Mittelpunkt durchsetzende Rotationsachsen (10, 11) aufweisen, die auf einer Durchmesserlinie (D) der Ringmatrize (1) angeordnet sind; wobei das Arbeitskollerrad (6) und das Stützkollerrad (7) mit einem Abstand (S) zwischen deren Mantelflächen zueinander angeordnet sind; dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse (10) des Arbeitskollerrads (6) unterhalb der horizontalen Durchmesserlinie (DH) der Ringmatrize (1) und in Drehrichtung (12) der Ringmatrize (1) nach der vertikalen Durchmesserlinie (DV) der Ringmatrize (1) angeordnet ist.

2. Kollerverdichtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit eine hydraulische Antriebseinheit ist.

3. Kollerverdichtervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussendurchmesser des Arbeitskollerrads (6) das 0.6- bis 0.8-fache des Innenradius der Ringmatrize (1) aufweist.

4. Kollerverdichtervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α [alpha]) zwischen der Durchmesserlinie (D) und der vertikalen Durchmesserlinie (DV) 10° bis 30°, vorzugsweise etwa 20°, beträgt.

5. Kollerverdichtervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachsen (10, 11) des Arbeitskollerrads (6) und des Stützkollerrads (7) um jeweils mindestens ihren Radius von der Innenfläche (3) der Ringmatrize (1) beabstandet sind, so dass das Arbeitskollerrad (6) und das Stützkollerrad (7) mit deren jeweiligen Mantelfläche (8, 9) mit der Innenfläche (3) der Ringmatrize (1) oder mit einer Schwarte (16) aus Schüttgut, welche an die Innenfläche (3) der Ringmatrize (1) angepresst sein kann, einen Reibschluss bildend in Kontakt stehen.

6. Kollerverdichtervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachsen (10, 11) des Arbeitskollerrads (6) und des Stützkollerrads (7) entlang der Durchmesserlinie (D) der Ringmatrize (1) verstellbar sind, so dass ein Abstand (P) zwischen der Innenfläche (3) der Ringmatrize (1) und den jeweiligen Mantelflächen (8, 9) des Arbeitskollerrads (6) und des Stützkollerrads (7) einstellbar ist.

7. Kollerverdichtervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verstelleinrichtung für das Arbeitskollerrad (6) und das Stützkollerrad (7) vorgesehen ist, mit welcher die Rotationsachsen (10, 11) des Arbeitskollerrads (6) und des Stützkollerrads (7) entlang der Durchmesserlinie (D) der Ringmatrize (1) automatisch und/oder stufenlos verstellbar sind.

8. Kollerverdichtervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichtungsraum (5) durch mindestens eine Seitenwandung begrenzt ist und dass die mindestens eine Seitenwandung eine Einfüllöffnung (14) zum Einbringen des zu pelletierenden Schüttguts aufweist, welche in Drehrichtung (12) der Ringmatrize (1) vor dem Arbeitskollerrad (6) angeordnet ist, so dass durch die Einfüllöffnung (14) eingebrachtes, zu pelletierendes Schüttgut unmittelbar dem Arbeitskollerrad (6) zugeführt, verdichtet und in die Presskanäle (2) verpresst wird.

9. Kollerverdichtervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfüllöffnung (14) auf oder unterhalb der horizontalen Durchmesserlinie (DH) der Ringmatrize (1) angeordnet ist.

10. Kollerverdichtervorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Einfüllöffnung (14) eine Zwangszuführung für das zu pelletierende Schüttgut vorgesehen ist.

11. Kollerverdichtervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuführungsvorrichtung, vorzugsweise eine Zwangszuführung, für das zu pelletierende Schüttgut vorgesehen ist, welche einen in den Verdichtungsraum (5) mündenden Materialaustritt aufweist.

12. Kollerverdichtervorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialaustritt in den Verdichtungsraum hineinreicht und/oder in Drehrichtung (12) der Ringmatrize (1) vor dem Arbeitskollerrad (6) und unterhalb der horizontalen Durchmesserlinie (DH) der Ringmatrize (1) angeordnet ist.

13. Kollerverdichtervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abschlag- oder Schneidvorrichtung (15) an der Aussenfläche der Ringmatrize (1) unterhalb der horizontalen Durchmesserlinie (DH) der Ringmatrize (1) und in Drehrichtung der Ringmatrize (1) nach der Durchmesserlinie (D) der Ringmatrize angeordnet ist.

14. Kollerverdichtervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringmatrize und das Arbeitskollerrad eine Breite von bis zu 300 mm, vorzugsweise bis zu 500 mm, weiter vorzugsweise 350 mm bis 500 mm, aufweisen.