CN104772078A - 具有互补辊的造粒装置和用于该装置的辊 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种造粒装置，其包括模具和能够围绕轴旋转的至少两个辊，所述模具具有被称为操作表面的第一表面和基本平行于第一表面的第二表面，所述模具在第一表面和第二表面之间包括用于形成颗粒物的多个贯通开口，其中所述辊和模具能够彼此相对运动，每一个辊都包括用于挤压要进行造粒的材料通过模具的径向开口的操作挤压表面，其中每一个辊上的操作挤压表面的宽度都小于模具的操作表面的宽度。本发明还涉及用于所述造粒装置的辊。

Description

具有互补辊的造粒装置和用于该装置的辊

技术领域

本发明涉及一种造粒装置，所述造粒装置包括：模具，所述模具具有被称为操作表面的第一表面和基本平行于第一表面的第二表面，所述模具在第一表面和第二表面之间包括用于形成颗粒物的多个贯通开口；能够围绕轴旋转的至少两个辊，其中所述辊和模具能够彼此相对运动，每一个辊都包括用于挤压要进行造粒的材料通过模具的径向开口的操作挤压表面。本发明还涉及用于所述造粒装置的辊。

背景技术

很多的工业产品都以颗粒物的形式提供。这些颗粒物具有大颗粒或小条状物的形式并且由原本是微粒状的材料制成。这种颗粒物形式的材料能够易于处理、存储、包装和运输。在家畜饲料工业、回收再利用工业以及塑料工业和生物工业中都能够找到颗粒物的示例。

例如在木材工业中，锯末和/或木屑被挤压成能够易于包装和运输而且能够准确计量以便输送至譬如焚烧炉和锅炉的颗粒物。

颗粒物的形成是在造粒装置中进行。造粒装置存在多种不同的设计。通常，所有的设计都包括模具，所述模具具有被称为操作表面的第一表面和基本平行于第一表面的第二表面。模具在第一表面和第二表面之间包括用于形成颗粒物的多个贯通开口。造粒装置还包括能够围绕轴旋转的至少一个辊，其中所述辊和模具能够彼此相对运动，每一个辊都包括用于挤压要进行造粒的材料通过模具的径向开口的操作挤压表面。造粒装置包括平坦的模具操作表面以及具有圆柱形模具操作表面的其他装置。辊和模具能够彼此相对运动，以使得辊通过使其挤压表面在模具操作表面上滚动来挤压已经放置在模具操作表面上的要进行造粒的材料通过模具中的贯通开口，并由此形成颗粒物。可以驱动辊在模具上滚动，也可以不驱动辊而是让模具在辊下运动，或者联合驱动式的运动也是可行的。每一个辊的操作挤压表面的宽度等于或略大于模具的操作表面的宽度。辊位于模具内部预定的最小距离处，并且要进行造粒的材料在辊和模具之间被挤压到模具的径向开口中。如果是驱动模具，那就不需要单独地驱动辊，而是通过模具以及位于模具和辊之间的要进行造粒的材料的旋转来使辊进入旋转。也可以让辊旋转且模具静止。在颗粒物的挤压成形期间要产生很大的作用力。为了产生这些作用力，要用相当大的动力来驱动模具或辊。

根据上述的原理，仍然可以在造粒装置的设计当中实现多种可行的变型。例如，可以在使用的辊的数量上得到设计变型。一种可行方案是只用一个辊。然而，目前最常见的机器是具有两个或更多个辊。这主要是由于如上所述的在颗粒物的挤压成形期间要产生很大的作用力。这些作用力作用在辊上，在只用一个辊的情况下，用于保持该辊在大作用力下稳定的结构可能会复杂、笨重且更重要的是成本高。在使用两个辊时，用于保持辊处于稳定位置的结构就要简单得多。对于三个或更多个辊来说同样如此，不过效果可能不太明显。

发明内容

本发明的目标是提供一种能够更加高效操作的造粒装置。

该目标通过如权利要求1所述的造粒装置实现。实验表明根据本发明的造粒装置与常规的造粒装置相比，用于同时产生相同结果(也就是在每单位时间内具有相同的产量并且生产出相同质量的颗粒物)所消耗的能量减少了高达10％。这种能耗的降低不仅仅是简单的成本上的优势。而且还在针对原本根据现有技术无法实现优化的造粒机实施各种设计优化方面提供了很好的机会。这是源于能耗显然是造粒装置设计的限制因素当中最为重要的一项内容。能耗直接转化为处理过程所产生的热量。这也同样决定了一些关键部件的工作温度，从而相应地对各个部件的使用寿命具有重大影响。这一点对于要进行造粒的材料(例如木屑)具有高粘性的情况来说更是如此。在这样的根据本发明的机器中，例如可以增加模具的操作表面的宽度并由此提高机器的生产率和延长关键的易磨损部件的寿命。这通常无需改变机器的其他尺寸即可实现。

在如本发明的权利要求1所述的造粒装置中，每一个辊的操作挤压表面都以这样的方式设置：所述操作挤压表面覆盖模具操作表面的未被任何其他的辊覆盖的部分。根据实验清楚地知道：通过本发明所获得的模具的操作表面中被多于一个辊的操作挤压表面滚过的比例与功耗的降低成反比。

在本发明的一个优选实施例中，造粒装置设置成使得模具和辊之间的相对运动按照重复的模式被驱动，并且每一个辊的操作挤压表面布置成使得在所述重复模式的循环期间，模具的操作表面的至少30％并且优选地至少90％仅被辊的操作挤压表面滚过一次。在本发明的该实施例中，几乎实现了效率的最大可能的提高。该条件能够通过以下的方式满足：多个相同长度的辊覆盖模具操作表面的全部宽度，但是每一个辊的操作挤压表面覆盖辊的宽度的不同部分，并且因此对于每一个辊来说，该操作挤压表面在模具操作表面的不同部分上操作。在此情况下，应该清楚地知道：辊的操作挤压表面可以包括间隔开的几个部分。可选方案是采用多个较小的辊，这些辊在辊的轴向方向上以这样的方式彼此相对偏移：每一个辊的每一个操作挤压表面同样是在模具操作表面的不同部分上操作，但是辊自身上的操作挤压表面基本上覆盖辊的全部宽度。

应该清楚地知道：模具的操作表面中被两个辊的操作挤压表面滚过的比例应该保持在最小值以通过根据本发明的造粒装置获得降低功耗的最大收益。理想地，该比例应该为零，然而在实践中这可能是很困难的，有些情况下甚至是不可能的。重要的是每一个径向开口都至少被一个辊完整地滚过。这是因为：如果辊仅滚过开口的一部分，那么要进行造粒的材料就未以正确的方式被挤压通过该开口，反而是这些材料能够由于一部分开口被遗漏且因此用于推送材料通过该开口所必须的压力在开口的遗漏部分被释放而容易逸出。

在模具中的贯通开口设置成使得这些开口沿模具和辊之间相对运动的方向排列成不重叠的几排的情况下，非常简单的做法是以所有贯通开口总是被完全滚过且总是被同一个辊滚过这样的方式来构造辊的操作挤压表面的尺寸。然而，当模具中并不存在这样的排列时，实用的最优方案应在如权利要求3所述的造粒装置中实现，以使得在每一转中，包含径向开口的圆柱形模具表面中被滚过多于一次的区域是宽度至少与两个相邻径向开口的沿垂直于模具和辊相对运动的方向测量的中心到中心的距离相等的部分。这样即可确保所有的径向开口至少在模具的每一转中被完整地滚过一次，且只有非常少的贯通开口仅被一个辊部分地滚过，该过程需要一些能量但不是太多。

在本发明的另一个优选实施例中，模具操作表面包括两个或更多个间隔开的区域，这些区域的边界基本上沿相对运动的方向延伸。这就允许造粒装置设置成使得辊的操作挤压表面在与模具相接触时只在模具操作表面的两个或更多个区域之间的空间中具有少量重叠，并且由此实现了降低能耗的全部潜力。

辊的操作表面经常包括特定的表面结构以在挤压材料通过模具中的径向开口期间对材料进行控制。所述表面结构明显减少了材料偏离径向开口的侧向运动并且提高附着性。在一个优选实施例中，这样的表面结构包括平行槽的模式。为了提高颗粒物的均匀性，在根据现有技术的具有两个或更多个辊的造粒装置中，每一个辊都包括图案与其他辊的图案不同的操作表面。这样，每一次有一个辊经过径向开口时，要进行造粒的材料相对于例如施加到要进行造粒的材料上的压力的分布以略有不同的方式被挤压。在根据现有技术的装置的情况下，具有两个或更多个辊的造粒装置的这种优点也可以通过为每一个辊上的操作表面设置表面结构(例如互相平行的槽图案)而被包括在根据本发明的造粒装置中，但是表面结构在表面上有变化，例如在互相平行的槽的实施例中，槽的取向有变化。换言之，例如可以将辊的周边分成多个部分并且在每一个部分当中改变操作表面上的槽图案的槽取向。这样，通过槽在操作表面中的不同取向即可实现用多个辊所实现的相同优点。

如权利要求8所述的辊显然是在根据本发明的造粒装置中使用的辊。所述辊包括中心线，辊在使用期间围绕该中心线旋转。辊具有被划分在至少两个区域上的操作挤压表面。这些区域中的每一个都覆盖辊的中心线的一部分也就是中心线中的用于该区域的中心线部分。两个相邻的操作挤压表面区域通过非操作分隔区域分离，非操作分隔区域也覆盖辊的中心线的一部分。被所有的操作挤压表面覆盖的中心线的所有部分小于被所有的操作挤压表面区域和分隔区域覆盖的中心线部分的总和的60％。在将模具的被滚过的区域分为两个侧部区域和一个中间区域的情况下，如权利要求8所述的辊是滚过两个侧部区域。显然地，由于目前在使用当中的辊也可能要用于该用途，因此本发明中的辊可以与并非本发明所述的具有一个操作挤压表面区域的辊相配合。然而，如果模具中被覆盖的全部区域是分成多于三个区域例如分成五个区域，那么根据本发明的造粒装置中的两个棍就是如权利要求8所述的辊。

附图说明

现将通过参照附图描述根据本发明的造粒装置的优选实施例来进一步介绍本发明，在附图中：

图1是根据现有技术的模具和两个辊的操作表面的示意图；

图2是根据本发明的造粒装置的另一个实施例中的模具和两个辊的操作表面的示意图；

图3是根据本发明的造粒装置的第二实施例中的模具和两个辊的操作表面的示意图；

图4是根据本发明的造粒装置的第三实施例中的模具和两个辊的操作表面的示意图；

图5是根据本发明的造粒装置的第四实施例中的模具和两个辊的操作表面的示意图；和

图6是根据本发明的辊的周边的一部分的透视示意图。

具体实施方式

造粒装置以各种形状和形式以及实施例存在。它们由模具和通常至少两个辊构成，所述模具具有操作表面以及与操作表面基本平行的第二表面，其中操作表面包括多个终止于另一表面处的贯通开口，所述辊每个都具有在模具的操作表面上滚动的操作挤压表面。在模具与辊之间是要进行造粒的材料，当辊在模具上滚动时，所述材料被辊挤压通过模具的贯通开口并且在另一端处作为颗粒物排出。模具和辊的组合形式是：圆柱形模具，并且在圆柱形腔内部，辊在模具的圆柱形操作表面上滚动。另一个实施例是具有大致平坦模具的造粒装置，所述模具通常成形为环或较大的垫圈，其中辊在平垫圈上滚动，所描绘的圆的中心点与垫圈式模具的中心点重合。在以下示例中给出根据现有技术的模具和辊以及根据本发明的两个不同实施例的模具和辊。在所有情况下，模具都示意性地示出为笔直的平面，但应注意这仅是示意性表达，并且这可以良好地等同参考如上所述的圆柱形模具或平坦的垫圈状模具或造粒机中任何其他的模具/辊的设置。

图1示出了模具1和模具的操作表面2，在操作表面2上的多个贯通开口3终止于模具1的未示出的相对表面中。还示出了具有相应操作表面6、7的两个辊4、5。根据图1的模具1和辊4、5代表根据现有技术的典型装置。在图1中，仅示出模具1的一部分，并且示出了两个辊4、5，但这可以良好地等同涉及其中有多于两个可用辊的布置。辊4、5相对于模具1进行运动，这是因为它们在辊4、5相对于模具1的重复相对运动中滚过模具1。所述运动可以是这样的，即，模具1被驱动，并且辊4、5静止但是在模具1的表面上滚动，或者模具1可以是静止的，并且模具4、5被驱动且在模具1的表面上滚动，或者可以是这两种情况的组合。辊4、5在模具1的操作表面2上滚动并且在模具1的操作表面2上有要进行造粒的材料(图中未示出)，所述材料因而被辊4、5挤压通过模具1的贯通开口3并且所述材料在模具1的另一侧作为颗粒物排出。该操作在辊4、5在模具1的操作表面2上的连续运动中进行，并且在模具1的操作表面2上连续地进给要进行造粒的新材料。而且辊4、5在模具1上的运动是重复运动。在圆柱形模具的情况下，对于每个辊4、5而言，所述运动在每次辊已在由模具1形成的圆柱形的内侧上完成一次通过/公转时重复。例如在平垫圈型模具1的情况下，在每次公转时，辊4、5在模具1上的运动是在辊已经再次到达其起始位置的时候重复，但此时公转不是围绕圆柱体，而是辊的公转围绕垫圈状模具1的中心点。

图1中根据现有技术的辊4、5分别具有操作挤压表面6、7，其宽度等于或稍大于模具1的操作表面2的宽度。这意味着在每一转期间，模具1的操作表面2被滚过两次，第一次是被辊4的操作表面6滚过并且第二次是被辊5的操作表面7滚过。

图2是在根据本发明的造粒装置的第一实施例中的模具11的操作表面12和两个辊14、15的示意图。图2中根据本发明的造粒装置的模具11与图1中根据现有技术的模具1类似。但分别具有其操作挤压表面16、17的辊14、15的区别在于辊14的操作挤压表面16所滚过的模具11的操作表面12的部分与辊15的操作表面17所滚过的模具11的操作表面12的部分不同。因而在该实施例中的根据本发明的造粒装置中，在相对重复运动的一转期间，模具11的操作表面12的每个部分仅分别被辊14、15的操作挤压表面16、17中的一个滚过一次。这恰好实现了根据本发明的造粒装置相对于根据现有技术的造粒装置的能耗降低。这里应注意，在根据本发明的造粒装置实施例的图2中给出的示例中，由于模具11的整个操作表面12在重复运动的一个循环期间仅被滚过一次，因此实现了最大可能的能耗节省。实际上可能发生的是辊14、15的操作挤压表面16、17被选择成使得它们所滚过的模具11的操作表面12的部分稍微重叠。从重叠小于100％的点开始即可获得本发明的优点。并且所述优点随着减小重叠而增加。并不是在所有情况下都可以将重叠减小到0％。借助所述优点与重叠减小之间的线性关系，当重叠小于70％时，本发明的优点是显著的。这将是模具11中的贯通开口13设置成使得它们不对准而是每行开口都相对于下一行偏移的情况。在这种情况下，所具有的重叠必须至少使得模具11的所有贯通开口3都分别被辊14、15的操作挤压表面16、17中的至少一个完全滚过。还应清楚的是重叠较大的结构也具有这样的优点，即，其仍具有减小的能耗并且因此仍落在由权利要求限定的本发明的保护范围内。

图3示出根据本发明的造粒装置的第二实施例的示意图。具有操作表面22和贯通开口3的模具21与图1和图2中的模具1、11类似。图3所示的实施例中的辊24、25与图2所示的辊14、15的区别在于辊24、25较小，但其各自的操作挤压表面26、27或多或少地覆盖辊24、25的整个宽度。结果相同的原因在于模具21的操作表面22的每个部分在重复运动的一个循环期间分别被辊24、25的操作挤压表面26、27仅滚过一次。如果模具21中的贯通开口3的布置是这样要求，则也可以使辊24、25在其二者都滚过的操作表面22的区域中重叠。

图4和图5分别示出根据本发明的造粒装置的第三和第四实施例，其中辊的形状分别与在图2和图3中示出的第一和第二实施例的辊相类似，但分别在图4和图5中示出的第三和第四实施例的模具31、41与分别在图2和图3中示出的模具11和21不同。区别在于模具31、41的操作表面32、42是分开的并且通过小区域分离，所述小区域不是操作表面的一部分。模具31、41各自的操作表面32、42的两个区域之间的非操作表面构成的小条带是在辊34、35、44、45的操作挤压表面36、37、46、47之间发生重叠的区域。

图6示出根据本发明承载操作挤压表面16、17、26、27、36、37、46、47的辊14、15、24、25、34、35、44、45的一部分的透视图。通常造粒装置的辊在其操作挤压表面上具有非常特定的表面结构。该结构设计成减少材料远离径向开口的侧向运动并且提高附着性。为了提高颗粒物的均匀性，在根据现有技术的具有两个或更多个辊的造粒装置中，每个辊都包括操作表面结构，该操作表面结构的图案与另一个辊的图案不同，这是为了避免“槽的形成”并提高所生产的颗粒物的均匀性。为了在根据本发明的造粒装置中获得相同的效果，这些装置的辊的操作挤压表面沿滚动方向在两个或更多个区域中划分开，这些区域具有不同的表面结构。这些区域优选地选择成使得随着每一次连续的重复运动，与在上一次滚过期间相比，模具的操作表面的每一个区域都被辊的不同的表面区域滚过。在图6中，示出具有表面结构的两个这样的区段8、9。在所示的示例中，所述结构包括相互平行的槽的图案，但区段8与区段9中的槽的取向不同。这样，借助多个辊获得相同的优点，但每个辊都具有操作挤压表面的不同的表面结构。

附图标记列表

1，11，21，31，41  模具

2，12，22，32，42  模具的操作表面

3                  模具的贯通开口

4，14，24，34，44  辊

5，15，25，35，45  辊

6，16，26，36，46  辊*4的操作挤压表面

7，17，27，37，47  辊*5的操作挤压表面

8，9               操作挤压表面的区段

Claims (8)

1.一种造粒装置，所述造粒装置包括：

模具(11，21，31，41)，所述模具具有被称为操作表面(12，22，32，42)的第一表面和基本平行于第一表面(12，22，32，42)的第二表面，所述模具(11，21，31，41)在第一表面和第二表面之间包括用于形成颗粒物的多个贯通开口(3)；以及

能够围绕轴旋转的至少两个辊(14，15；24，25；34，35；44，45)，其中所述辊(14，15；24，25；34，35；44，45)和模具(11，21，31，41)能够彼此相对运动，每一个辊(14，15；24，25；34，35；44，45)都包括用于挤压要进行造粒的材料通过模具(11，21，31，41)的径向开口(3)的操作挤压表面(16，17；26，27；36，37；46，47)，

其特征在于，每一个辊(14，15；24，25；34，35；44，45)上的操作挤压表面(16，17；26，27；36，37；46，47)的宽度都小于模具(11，21，31，41)的操作表面(12，22，32，42)的宽度。

2.如权利要求1所述的造粒装置，其中，所述造粒装置设置成使得在操作期间，辊(14，15；24，25；34，35；44，45)和模具(11，21，31，41)之间的相对运动按照重复的模式被驱动，其特征在于，每一个辊(14，15；24，25；34，35；44，45)的操作挤压表面(16，17；26，27；36，37；46，47)布置成使得在所述重复模式的循环期间，模具(11，21，31，41)的操作表面(12，22，32，42)的至少30％并且优选地至少90％仅被辊(14，15；24，25；34，35；44，45)的操作挤压表面(16，17；26，27；36，37；46，47)滚过一次。

3.如权利要求1或2所述的造粒装置，其特征在于，在每一个循环中，模具的操作表面(12，22，32，42)中的被滚过多于一次的区域是宽度与两个相邻径向开口(3)的沿着与辊(14，15；24，25；34，35；44，45)和模具(11，21，31，41)之间的相对运动的方向垂直的方向测量的中心到中心的距离相等的区域。

4.如权利要求1或2所述的造粒装置，其特征在于，模具的操作表面(12，22，32，42)分布在多个分离的区域上，这些区域的边界基本上沿着辊(14，15；24，25；34，35；44，45)和模具(11，21，31，41)之间的相对运动的方向延伸。

5.如权利要求1至4中的任意一项所述的造粒装置，其特征在于，每一个辊(14，15；24，25；34，35；44，45)的操作挤压表面(16，17；26，27；36，37；46，47)都分布在具有不同表面结构的区域(8，9)的周边上。

6.如权利要求5所述的造粒装置，其特征在于，具有不同表面结构的所述区域(8，9)是包括互相平行的槽的区域(8，9)，所述槽的取向在相邻的区域(8，9)之间有所不同。

7.如权利要求5或6所述的造粒装置，其特征在于，具有不同表面结构的所述区域(8，9)设置成使得在两次相继的滚过中，模具的操作表面(12，22，32，42)中的每一个部分都被不同的区域(8，9)滚过。

8.一种用于造粒装置的辊(14；34)，所述辊包括中心线和操作挤压表面(16；36)，所述操作挤压表面至少覆盖辊(14；34)的中心线的一部分，其特征在于，所述操作挤压表面被划分在至少两个区域(16；36)上，这些区域中的每一个都覆盖辊(14；34)的中心线的一部分，其中，两个相邻的操作挤压表面区域通过非操作分隔区域分离，所述非操作分隔区域也覆盖辊(14；34)的中心线的一部分，其中整个操作挤压表面(16；36)覆盖的中心线的所有部分小于被所有的操作挤压表面区域(16；36)和分隔区域覆盖的中心线部分的总和的60％。