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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verdichten von Abfall.
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Anwendungsgebiete
der Erfindung können Vorrichtungen
auf Fahrzeugen oder stationäre
Vorrichtungen zum Verdichten und Bearbeiten von Abfall bei der Hausabfallentsorgung
und ähnlichen
Technologien sein. Die Erfindung ist u.a. einsetzbar im Sammel-
und Transportwesen von Entsorgungsbetrieben und auch bei der Spezialbearbeitung
von recycelbaren Stoffen.
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Stand
der Technik ist, dass Entsorgungsfirmen Sammelfahrzeuge mit eingebauten
Vorrichtungen zum Verdichten von Abfall wie Leichtstoffe, Papier,
Pappe, Kartonagen, Hausmüll,
Abfallholz u.a. einsetzen, die während
des Füllens
direkt innerhalb des Sammelbehälters
das Abfallgut verdichten, um die Transportkapazität zu erhöhen. Dabei
sind nach "VDI – Lexikon
Umwelttechnik",
Verlag VDI, Düsseldorf
1994 und nach "Kommunale
Entsorgung" und "Kommunale Fahrzeuge", Verlag Herrmann
Kuhn GmbH, 1995 Verdichtungsverfahren bekannt mit Drehtrommeln,
Drehklappen, Spezialklappen und auch mit translatorischen hydraulischen
Pressen.
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Der
Hauptmangel des Standes der Technik ist, dass auch die mit hydraulischen
Pressen effektivste erreichbare Verdichtung auf Grund der sehr hohen
erforderlichen Kräfte
zu schweren Konstruktionen führt
und durch die Festigkeitsgrenzen der großen Sammelbehälter trotzdem
nur begrenzt hohe Abfallverdichtungen zuläßt.
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Diese
großen
Pressen auf den großen
Abfallfahrzeugen mit den großen
Sammelbehältern führt zwangsläufig zu
einer verkehrstechnisch sehr unflexiblen Sammel- und Transporttechnik.
Die Unflexibilität
hat wiederum zur Folge, das die kundenunfreundliche Bringetechnik
mit großen
Bringestandorten bevorzugt werden muss, zu denen die Kunden ihren
Abfall bringen müssen.
Die kundenfreundliche Holtechnik ist mit dieser großen und
schweren Fahrzeugflotte nur in breiten Straßen bedingt möglich.
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Die
strukturelle Beschaffenheit von Abfallstoffen muss in der Regel
in besonderen Anlagen bestimmten. Forderungen von Abnehmern angepasst werden.
Ein Mangel der gegenwärtig
praktizierten Verdichtung ist, dass die Abfallstruktur kaum gezielt veränderbar
ist.
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Aus
den dargestellten Mängeln
des Standes der Technik folgt als technische stellung die Verdichtungseinheit
so zu gestalten, dass die auf den Abfall übertragbare spezifische Verdichtungsarbeit,
also das Produkt aus Pressdruck mal Volumenverringerung bezogen
auf die Abfallmasse, sehr wesentlich vergrößert wird, damit der Transportraum
dementsprechend wesentlich verkleinert werden kann, außerdem eine
Mehrzweck – Verdichtungseinheit
zu schaffen, die bei hoher Verdichtung auch eine steuerbare Beinflussung
einer gewünschten
Struktur des Abfalls ermöglicht.
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Dies
führt schließlich zu
einer sehr wesentlichen Verkleinerung auch der Sammelfahrzeuge und dadurch
zu deren wesentlich erhöhter
Flexibilität.
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Die
Aufgabe wird mit einer Vorrichtung zum Verdichten von Abfall gemäß Patentanspruch
1 gelöst.
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Im
Folgenden wird die Erfindung beschrieben, die zur Lösung der
technischen Aufgabenstellungen führt.
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Die
Vorrichtung zum Verdichten von Abfall besteht aus einem Pressraum
mit mindestens einer oszillierenden Pressfläche und gegenüberstehend mindestens
einer rotierenden Scherfläche
sowie zum Füllraum
liegend aus einer translatorisch bewegbaren Pressfläche und
gegenüberliegend
einer bewegbaren Absperrfläche.
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Die
bewegbare Pressfläche
ist bei Freigabe des vor dem Pressraum liegenden Füllraumes
durch einen Anschlag begrenzt und sie ist durch einen entsperrbaren
Anschlag kurz vor dem Beginn des Pressraumes begrenzbar.
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Eine
wesentliche Wirkung der Erfindung wird durch eine Verkleinerung
des Verdichtungsraumes gegenüber
gewohnten Ausführungen
um mindestens eine Größenordnung
realisiert. Diese Lösung
trägt den
scheinbaren Widerspruch in sich, dass bisher aus Effektivitätsgründen immer
ein großer
Füllraum gefordert
wurde. Dieser Widerspruch wird dadurch gelöst, dass dem kleinen Pressraum
ein ähnlich
kleiner Füllraum
vorgeschaltet wird. Dieser wird über
einen großen
Trichter diskontinuierlich dadurch gefüllt, dass eine z.B. horizontal
oszillierende füllende Pressfläche diskontinuierlich
mit hoher Taktfrequenz den Trichterinhalt taktweise in den Pressraum schiebt
und damit füllt
und gleichzeitig im Extremfall bis zur Gegenwand verdichten kann
um danach durch Rückwärtsbewegung
durch einen gesperrten Anschlag im Stillstand zur feststehenden
Wand des Pressraumes zu werden. Ist der Pressraum z.B. als Hohlwürfel ausgebildet,
kann eine zweite bewegte Wand als vertikal oszillierende nachpressende Pressfläche bewegt
werden und den Rauminhalt in vertikaler Richtung gewissermaßen nachverdichten. Bei
Bedarf kann auch die dritte Achse nach Zurücknahme auch der nachpressenden
Pressfläche
als eine zusätzliche Pressfläche beweglich
gestaltet werden. Der Abfall lässt
sich also in bis zu drei Ebenen taktweise verdichten.
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Alle
Pressflächen
sind wegen des kleinen Pressraumes nur einen Bruchteil so groß wie vergleichsweise
die Pressflächen
auf den herkömmlichen
Fahrzeugen. Nach dem Pascalschen Gesetz können daher mit wesentlich kleineren
Kräften
trotzdem in mindestens einer Größenordnung
höhere Druckspannungen
im Abfall erreicht werden. Durch Dosierung dieser Druckspannungen
in bis zu drei Ebenen läßt sich
ein zusätzlicher
Verdichtungseffekt erreichen. Der extrem kleine Füllraum erlaubt
aber eine weitere unkonventionelle Lösung durch das Ersetzen einer
der der jeweiligen oszillierenden Presswand gegenüber liegenden
feststehenden Würfelwand
durch eine rotierende Fläche.
Dieses Wirken auf den Abfall führt
nicht nur zu sehr hohen Normalspannungen sondern auch zu hohen Schubspannungen,
die die Struktur durch innere Reibung im Abfall verändern können und
den Verdichtungsgrad, also die spezifische Verdichtungsarbeit weiter
effektivieren. Es arbeiten dann in einer Achse jeweils eine oszillierende
Pressfläche
und eine rotierende Scherfläche
auf eine sehr unkonventionelle Weise zusammen.
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Der
füllenden
Pressfläche
gegenüberliegend befindet
sich eine Absperrfläche.
Sind Verdichtung oder und die Strukturänderung des Abfallgutes im Pressraum
abgeschlossen, wird die Absperrfläche geöffnet, wodurch eine Verbindung
zum Sammelbehälter
hergestellt wird. Jetzt wird die füllende zur ausschiebenden Pressfläche, wobei
ihre Ausschubgeschwindigkeit je nach Bedarf einstellbar ist. Damit kann
das verdichtete Abfallgut gezielt in den Sammelcontainer ausgeworfen
werden.
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Es
ist sehr empfehlenswert die Vorteile der modernen elektronischen
Hydraulik zu nutzen durch Einsatz geeigneter hydraulischen Linear-
und Rotationsantriebe unter Verwendung entsprechender Mess- und
Stelltechnik. Bewegungverläufe
und die Dauer der Fülltakte
in den Pressraum und der Takte des beliebig kombinierbaren Press/Schervorganges sowie
der Takte des Öffnens
der Absperrfläche
und des Ausschiebens des bereits mit Scher- und Normalspannungen
belasteten Füllgutes
können über Weg-
und Winkelmesssensoren durch Beeinflussung mit Ventilen über eine
aufgabenangepasste Software gesteuert werden.
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Ebenso
lassen sich mit einstellbaren Druckventilen Pressdrücke und
Scherspannungen oder über
Sollfunktionen vorgegebene Bewegungsabläufe einstellen.
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Zusammenfassend
lassen sich also folgende Vorteile erreichen:
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Durch
die konsequente Pressraumverkleinerung wird die Pressvorrichtung
vordergründig
kleiner und leichter. Die weit wichtigere Wirkung dieser Maßnahme ist
aber die Verkleinerung der Pressflächen, wodurch mit gleichen
Presskräften
die Spannungen und damit die Verdichtungswirkung um mindestens eine
Größenordnung
verbessert werden kann.
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Durch
das unkonventionelle Gegenüberstellen
von jeweils einer oszillierenden und einer rotierenden Scherfläche lassen
sich zusätzlich
zu den Normal- auch Scherspannungen auf das Abfallgut übertragen.
Dadurch wird der Verdichtungseffekt zusätzlich wesentlich verstärkt und
es ergibt sich die neue Möglichkeit
auch auf die Abfallstruktur gezielt Einfluss zu nehmen z.B. durch
eine anforderungsspezifisch angepasste Strukturierung der Scherfläche.
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Erst
diese Folgewirkungen auf die Verkleinerung des Pressraumes führen zu
einer sehr hohen erreichbaren spezifischen Verdichtungsarbeit, die
es ermöglicht,
in wesentlich verkleinerten Sammelbehältern mindestens die gleiche
Masse an Abfall zu befördern,
wie mit den bisherigen großen
Fahrzeugen. Wesentlich kleinere, leichtere und damit auch flexiblere
Abfallfahrzeuge bis zu geeigneten PKW's hin können jetzt etwa die gleiche
Müllmenge
wie großen
Fahrzeuge transportieren.
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Auch
kleine Stellplätze
können
jetzt von den flexiblen Sammelfahrzeugen bedient werden, so dass
die Umstellung auf ein kundenfreundliches Holsystem problemlos möglich wird.
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Abfall
kann schon bereits vor dem Befüllen des
Sammelfahrzeuges bei Bedarf mit Hilfe einer geeigneten Software
sortengerecht gepresst, je nach Bedarf wieder gelockert und bedarfsspeziflsch
strukturiert werden.
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Nachfolgend
wird die Erfindung an Hand des in den 1 und 2 dargestellten
Ausführungsbeispieles
einer Vorrichtung zum Verdichten von Abfall näher erläutert. 1 zeigt eine
Möglichkeit
der Anordnug des Ausführungsbeispieles
auf dem Rahmen eines flexiblen kleinen Sammelfahrzeuges mit einem
Sammelcontainer 20. Die Vorrichtung zum Verdichten von
Abfall kann auch in beliebig anderem Winkel zum Rahmen und oder
zum Sammelbehälter stehen. 2 geht
näher auf
die zum Ausführungsbeispiel
gehörende
elektrohydraulische Antriebs-, Mess- und Steuerungstechnik ein.
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Der
Pressraum 1 ist als Hohiquader ausgeführt. Im Ausführungsbeispiel
wird er von zwei fest stehenden Wandflächen parallel zur Zeichenebene umgeben.
Die vier beweglichen Flächen
sind die füllende
Pressfläche 2,
die nachpressende Pressfläche 3,
die zugehörige
gegenüberliegende
Scherfläche 4 und
die Absperrfläche 5.
Die füllende
Pressfläche 2 kann
von einem Teleskopzylinder 34 über das Wegeventil 12 oszillierend
bewegt werden. Wird sie in einem ersten Takt bis zu einem Anschlag
nach links bewegt, wird der Füllraum 8 freigegeben,
so dass der im großen
Trichter 9 befindliche Abfall jetzt in den Füllraum 8 rutschen
kann. Die füllende Pressfläche 2 wird
im nächsten
Takt weiter nach rechts in Richtung geschlossener Absperrfläche 5 so
lange bewegt, bis der mit dem Druckventil 10 eingestellte
Füllpressdruck
den Abfall entsprechend verdichtet hat und die füllende Pressfläche 2 zum
Stehen bringt. Im nächsten
Takt wird mit dem Wegeventil 12 diese Pressfläche 2 wieder
nach links bis zum Anschlag bewegt, so dass weiterer Abfall in den
Füllraum 8 nachrutschen kann.
Die oszillierende Bewegung der füllenden Pressfläche 2 dauert
so lange, bis der Pressraum 1 dem eingestellten Füllpressdruck
entsprechend gefüllt
ist. Soll eine größere Verdichtung
erreicht werden, dann wirken die Bremsventile 13 als ein
mit dem Wegeventil 12 sperr- und entsperrbarer Anschlag, der
die Pressfläche 2 in
Mittelstellung arretieren kann. Die nachpressende Pressfläche 3 wird
wegen Verringerung der Bauhöhe
von einem Teleskopzylinder 33 angetrieben und über das
Wegeventil 14 bis zum Erreichen eines mit dem Druckventil 11 eingestellten
Nachpressdruckes in den Pressraum nach oben bewegt. Soll die Verdichtungsarbeit
noch weiter erhöht
werden, dann wird über
das Wegeventil 15 der Hydraulikmotor 16 mit Drucköl beaufschlagt
und somit über
das vorgeschaltete Getriebe 17 und das Schwerlastlager 6 die
Scherfläche 4 in
Umdrehungen beliebiger Frequenz und Richtung versetzt. Durch ein abgestimmtes
Einstellen mehrerer Lasten wie des Drehmomentes der Scherfläche 4 und
damit der Scherspannung über
das Druckventil 18 und der vertikalen Normalkraft mit dem über das
Druckventil 11 eingestellten Nachpressdruck an der Pressfläche 3 vergrößert sich
der Verdichtungsweg weiter bis zum eingestellten Wert bzw. bis zur
gewünschten
Strukturänderung.
Nach verrichteter Verdichtungsarbeit werden die Pressfläche 3 über das
Wegeventil 14 nach unten gefahren und die Rotation der
Scherfläche 4 über das
Wegeventil 15 beendet. Mit dem Wegeventil 19 kann
jetzt die Absperrfläche 5 nach
unten geöffnet
werden, wodurch eine Verbindung zum Sammelcontainer 20 hergestellt
wird. Mit dem Wegeventil 12 wird die Pressfläche 2 über die
Mittelstellung hinweg nach rechts bewegt zum Ausschieben des verdichteten
Abfalls in den Sammelcontainer 20. Mit dem Wegeventil 12 kann
die Ausschiebegeschwindigkeit der Pressfläche 2 und damit die
Auswurfweite des Inhaltes des Pressraumes dem momentanen Füllstand
des Sammelcontainers laufend angepasst werden. Die Oderventile 21 und
die Messwerte der Drucksensoren 22 bewirken, dass immer
gerade der Verbraucher mit dem größten Betriebsdruck, also die entsprechende
Press- oder Scherfläche 2, 3 oder 4 den
effektivsten Schwenkwinkel der Verstellpumpe 23 über den
Wegsensor 24 und die Servosteuerung 25 einstellt.
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Die
Wegsensoren 26 und 27 sowie der Winkelsensor 28 ermöglichen
einen weg- bzw. winkelgeregelten und die Drucksensoren 29, 30, 31 und 32 einen
druckgeregelten Betrieb der oszillierenden Pressflächen 2 und 3 sowie
der rotierenden Scherfläche 4.
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- 1
- Pressraum
- 2
- Pressfläche
- 3
- Pressfläche
- 4
- Scherfläche
- 5
- Absperrfläche
- 6
- Schwerlastlager
- 7
- Arbeitszylinder
- 8
- Füllraum
- 9
- Trichter
- 10
- Druckventil
- 11
- Druckventil
- 12
- Wegeventil
- 13
- Bremsventil
- 14
- Wegeventil
- 15
- Wegeventil
- 16
- Hydraulikmotor
- 17
- Getriebe
- 18
- Druckventil
- 19
- Wegeventil
- 20
- Sammelcontainer
- 21
- Oderventil
- 22
- Drucksensor
- 23
- Verstellpumpe
- 24
- Wegsensor
- 25
- Servosteuerung
- 26
- Wegsensor
- 27
- Wegsensor
- 28
- Winkelsensor
- 29
- Drucksensor
- 30
- Drucksensor
- 31
- Drucksensor
- 32
- Drucksensor
- 33
- Teleskopzylinder
- 34
- Teleskopzylinder