DE102008028329A1

DE102008028329A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von kompaktierten Formlingen

Info

Publication number: DE102008028329A1
Application number: DE200810028329
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dr. Haack
Original assignee: BMA Braunschweigische Maschinenbauanstalt AG
Current assignee: BMA Braunschweigische Maschinenbauanstalt AG
Priority date: 2008-06-13
Filing date: 2008-06-13
Publication date: 2009-12-17
Also published as: EP2288437A1; WO2009149677A1

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von kompaktierten Formlingen aus zumindest überwiegend natürlichen Rohstoffen oder Rohstoffgemischen beschrieben, wobei der in eine verformbare Masse überführte Rohstoff zur Erzeugung einer Vielzahl von einzelnen Stoffsträngen durch Kanäle eines Form gebenden Werkzeuges gepresst wird und aus den entstehenden Stoffsträngen stückige Formlinge gebildet werden. Charakteristisch ist dabei, dass die aus dem Form gebenden Werkzeug austretenden, durch die Reibarbeit im Werkzeug in ihren Außenrandzonen verfestigten Stoffsträngen durch ein dem Form gebenden Werkzeug eng benachbartes und diesem bezüglich der Anordnung der Kanäle zumindest im Wesentlichen entsprechendes, jedoch deutlich geringere Kanallängen aufweisendes Stützwerkzeug geführt werden, und dass die Stoffstränge in dem Spalt zwischen den beiden Werkzeugen zur Schaffung von Sollbruchstellen in den aus dem Stützwerkzeug austretenden Stoffsträngen durch Trennschnitte durchbrochen werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von kompaktierten Formlingen aus zumindest überwiegend natürlichen Rohstoffen oder Rohstoffgemischen, bei dem der in eine verformbare Masse überführte Rohstoff zur Erzeugung einer Vielzahl von einzelnen Stoffsträngen durch Kanäle eines Form gebenden Werkzeuges gepresst wird und aus den entstehenden Stoffsträngen stückige Formlinge gebildet werden.
Zur Herstellung kompaktierter Formlinge oder Pellets aus natürlichen Rohstoffen ist es bekannt, diese Rohstoffe mittels geeigneter Vorrichtungen in durchgehende Bohrungen einer Lochscheibe zu pressen und zu verdichten, wobei diese Rohstoffe dann an der Lochscheibenrückseite in hoch verdichteter Form als kompakte Stücke in unregelmäßiger Größe austreten.
Bekannt ist es dabei auch, zur Rohstoffförderung und zur Druckerzeugung Förderschnecken zu verwenden und die Bohrungen in den Lochscheiben zumindest zum Teil konisch auszubilden.
Nachteilig ist bei allen bekannten Vorrichtungen vor allem, dass die erhaltenen Formlinge oder Pellets in sehr unregelmäßigen und demgemäß auch nicht definiert vorgebbaren Größen anfallen und aufgrund der für den Pressvorgang erforderlichen hohen Drücke technisch aufwendige und energieintensive Vorrichtungen erforderlich sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs angegebenen Art sowie eine zur Realisierung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung zu schaffen, die es ermöglichen, formstabile Formlinge bzw. Pellets von vorgebbar definierter, d. h. gleich bleibender Größe zu erzeugen und zwar mit vergleichsweise geringem Aufwand an Energie und technischen Mitteln.
In verfahrenstechnischer Hinsicht wird die gestellte Aufgabe nach der Erfindung im Wesentlichen dadurch gelöst, dass die aus dem Form gebenden Werkzeug austretenden, durch die Reibarbeit im Werkzeug in ihren Außenrandzonen verfestigten Stoffstränge durch ein dem Form gebenden Werkzeug eng benachbartes und diesem bezüglich der Anordnung der Kanäle zumindest im wesentlichen entsprechendes, jedoch deutlich geringere Kanallängen aufweisendes Stützwerkzeug geführt werden, und dass die Stoffstränge in dem Raumspalt zwischen den beiden Werkzeugen zur Schaffung von Sollbruchstellen in den aus dem Stützwerkzeug austretenden Stoffsträngen durch Trennschnitte unterbrochen werden.
Mit diesen Verfahrensschritten gelingt es, kompaktierte, eine abriebfeste Außenschicht aufweisende Formlinge definiert vorgebbarer Größe formstabil herzustellen, d. h. Formlinge gleichen Durchmessers und einstellbarer Länge. Die mit Sollbruchstellen versehenen Stoffstränge können nach ihrem Austritt aus dem Stützwerkzeug – soweit sie nicht bereits durch Schwerkrafteinwirkungen in Einzelteile verfallen – mittels geeigneter mechanischer Einrichtungen, wie z. B. Rüttelvorrichtungen, in die einzelnen Formlinge unterteilt werden.
Von besonderem Vorteil für die Weiterbehandlung der Formlinge, insbesondere für deren Trocknung in einem Wirbelbett, ist es, wenn Durchmesser und Länge der Formlinge so gewählt werden, dass deren Form etwa der Kugelform angenähert wird, d. h. Länge und Durchmesser ein Verhältnis von ungefähr 1:1 aufweisen.
Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist, dass die Sollbruchstellen in der Weise erzeugt werden, dass die Stoffstränge in einem druckminimierten Zustand mechanisch kurzzeitig durchtrennt werden, wodurch eigenständige, energetisch vom Stoffstrang abgetrennte Formlinge entstehen, die zwar in dem Stützwerkzeug mit ihren Stirnflächen fördernd aneinandergedrückt werden, aber nach dem Austritt aus dem Stützwerkzeug nicht erneut fest homogen miteinander verbunden sind, sondern durch geringe Brechkräfte vereinzelt werden können.
Nach besonders vorteilhaften Ausgestaltungen des Verfahrens gemäß der Erfindung werden die durch die Reibarbeit im Werkzeug in ihren Außenrandzonen verfestigten Stoffstränge ohne Richtungsänderung dem Stützwerkzeug zugeführt und/oder es wird der dem Form gebenden Werkzeug zugeführte, im Regelfall elastisch-plastische Eigenschaften besitzende Rohstoff unmittelbar vor dem Eintritt in das Werkzeug quer zur Förderrichtung verlaufenden Schnittvorgängen unterzogen.
Durch letztere Maßnahme verliert das in Richtung des Formwerkzeugs schiebende, Energie speichernde Volumen aufgrund der Abtrennvorgänge durch die wirksam werdenden Messer den Energiekontakt, so dass ein gleichförmiger Volumenstrom in das Bohrungssystem des Werkzeugs hinein erfolgt.
Die auf dem Formwerkzeug, d. h. auf der Lochscheibe mit einem vorgebbaren Anpressdruck umlaufenden Messer gewährleisten ein ständiges Freiräumen der Eintrittsfläche der Lochscheibe und stellen damit auch den gleichförmigen Volumenstrom durch das Bohrungssystem hindurch sicher.
Das Form gebende, im Regelfall aus einer relativ dicken Lochscheibe bestehende Werkzeug erzeugt über die Reibung an den Bohrungs- bzw. Kanalwandungen einen stabilen Stoffstrang mit eine Formstabilisierung erbringenden Randzonenverfestigung, wobei die Messerschneidzyklen bezogen auf den Fördervorgang die stofflichen und mechanischen Eigenschaften der Strangqualität beeinflussen bzw. bestimmen. Jeder der auf diese Weise durch das Form gebende Werkzeug gebildete Strang kann demgemäß unter Beachtung der vorher eingetragenen Förderenergie als energetisch geschlossene, verdichtete Masse betrachtet werden.
Jeder dieser Stoffstränge wird in dem kurzen drucklosen Bereich zwischen dem Form gebenden Werkzeug und dem die weitere Führung des jeweiligen Stoffstranges übernehmenden Stützwerkzeug mittels aufeinander folgender Trennschnitte durchtrennt, wodurch jeweils eine Partikel- oder Formlingslänge vom Stoffstrang energetisch abgetrennt wird.
Eine durchgehende Wiedervereinigung des Stoffstranges wird durch die durch das Trennmesser bewirkte Abstandshaltung und die geringe Kanallänge im Stützwerkzeug verhindert, d. h. durch den jeweiligen Trennschnitt wird eine sowohl stoffliche als auch energetische Unterbrechung der sonst geschlossenen Strangform erreicht, wodurch die angestrebten Sollbruchstellen erhalten werden, da die durch die Trennschnitte gebildeten Formlinge zwar in dem Stützwerkzeug mit ihren Stirnflächen fördernd aneinandergedrückt, jedoch nicht mehr zu einem Feststrang miteinander verbunden werden.
Die diese Sollbruchstellen aufweisenden Formstränge werden nach dem Austritt aus dem Stützwerkzeug sowohl durch die frei im Raum stehenden Messer mit ihrer Hebelwirkung, als auch durch mechanische Krafteinwirkung an den Sollbruchstellen gebrochen, so dass durchgehend gleiche, mechanisch und geometrisch stabile Formlinge mit den jeweils gewünschten für die Art des jeweiligen Materials und dessen Verwendung optimale Abmessungen erhalten werden.
Eine vorteilhafte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung zeichnet sich aus durch eine Form gebende erste Lochscheibe mit einer Vielzahl von sich in Achsrichtung der Form-Lochscheibe erstreckenden Kanälen, eine bezüglich der Form-Lochscheibe durch einen Raumspalt beabstandete zweite, als Stütz-Lochscheibe dienende Lochscheibe, deren Kanäle mit den Kanälen der Form-Lochscheibe gegenseitig ausgerichtet sind und einen Bruchteil der Länge der Kanäle der Form-Lochscheibe aufweisen, sowie ein im Raumspalt zwischen Form-Lochscheibe und Stütz-Lochscheibe umlaufendes und in seiner axialen Dicke an die Spaltbreite angepasstes Trennmesser.
Mit einer derart ausgestalteten, mittels technisch bewährter Komponenten realisierbarer Vorrichtung ist es möglich, mit hoher Produktionsleistung in ihren Abmessungen durchgehend gleiche, formstabile Pellets oder Formlinge aus unterschiedlichsten Ausgangsstoffen herzustellen.
Bevorzugt wird dabei der Form-Lochscheibe zuführseitig ein mit der Form-Lochscheibe zusammenwirkendes, umlaufendes Messer zugeordnet, das die Erzielung eines gleichförmigen Volumenstroms in das Bohrungssystem der Form-Lochscheibe hinein wesentlich begünstigt.
Dazu wird zwischen dem Ende der der Form-Lochscheibe vorgeordneten Verdichtungseinheit, insbesondere einem Schneckenförderer mit zumindest einer motorisch angetriebenen Förderschnecke, und der Form-Lochscheibe eine Schnittregion mit einem umlaufenden, insbesondere als Ringmesser mit einer Mehrzahl von Schneidklingen ausgebildeten Messer vorgesehen. Die Schneidklingen des Messers, die mit einem vorgebbaren Druck an der Eintrittsfläche der Lochscheibe anliegen, stellen sicher, dass die Lochscheibeneintrittsfläche stets freigeräumt wird, was eine wesentliche Voraussetzung dafür ist, dass ein kontinuierlicher Volumenstrom in die Lochscheibe hinein gewährleistet werden kann.
Das in der Schnittregion vorgesehene Messer wird bevorzugt mittels eines gleichzeitig die Verdichtungseinheit antreibenden Motors angetrieben, welcher auf der Verdichtungseinheit bevorzugt auf der der Form-Lochscheibe gegenüberliegenden Seite angeordnet ist.
Die axiale Dicke der Form-Lochscheibe und damit die Länge der die Stoffstränge bildenden Kanäle wird in Abhängigkeit von der Art des jeweiligen Rohstoffes derart gewählt, dass am Ausgang der Form-Lochscheibe verdichtete und stabile Stoffstränge mit geschlossenen und verfestigten Randzonen erhalten werden.
Diese verfestigten und damit auch abriebfesten Randzonen stellen sicher, dass bei der späteren Weiterbehandlung der Formlinge keinerlei Zusammenbackeffekte und auch keine unerwünschte, durch Abrieb bedingte Staubbildungseffekte auftreten.
Im Vergleich zur Form-Lochscheibe besitzt die in Förderrichtung auf die Form-Lochscheibe folgende, von dieser jedoch durch einen Raumspalt beabstandete Stütz-Lochscheibe eine deutlich geringere axiale Dicke, da diese Stütz-Lochscheibe nicht zur Bildung stabiler Stoffstränge benötigt wird, sondern vor allem dazu dient, einerseits einen Schneidspalt zu schaffen, in dem die beidseitig durch die Lochscheiben geführten und gestützten Stoffstränge durchtrennt werden können und andererseits eine Weiterleitung und Führung der energetisch unterteilten Stoffstränge unter Verhinderung einer Wiedervereinigung des Stoffstranges zu gewährleisten.
Aufgrund der unterschiedlichen Aufgaben und Funktionen der beiden Lochscheiben besitzt die Stützlochscheibe bevorzugt eine axiale Dicke von weniger als einem Drittel und insbesondere weniger als einem Viertel der axialen Dicke der Form-Lochscheibe.
Das dem Raumspalt zwischen Form-Lochscheibe und Stütz-Lochscheibe zugeordnete Messer besteht vorteilhafterweise aus einem Ringmesser mit mehreren zwischen Messernabe und Außenring vorgesehenen Schneidklingen, und dieses Ringmesser ist vorzugsweise an zumindest einer Stelle über seinen Außenring angetrieben, der dazu als verzahnter Außenring oder als mit einem Zahnring verbundener Außenring ausgebildet ist.
Der Antrieb des dem Raumspalt zugeordneten Ringmessers von außen über einen verzahnten Messerlaufring ermöglicht aufgrund der dabei erreichten großen Hebelwirkung die Verwendung eines sehr schmalen bzw. dünnen Trennmessers, das beispielsweise eine axiale Dicke von etwa 4 bis 6 mm besitzen kann. Die erzielbare große Hebelwirkung führt dabei vor allem auch zu einer entsprechend großen Reduzierung des Kraftbedarfs und ermöglicht den Einsatz relativ kleiner Motoren. Die dabei vorliegenden geringen Massen ermöglichen dabei schnelle technische Stellgrößen.
Der Antrieb des dem Raumspalt zugeordneten Ringmessers kann auch axial erfolgen, wobei in diesem Falle die Antriebswelle innerhalb eines im Einzelnen noch zu erläuternden, ausgangsseitig vorgesehenen Stützrohrs angeordnet werden kann.
Die Ringmesser besitzen durchgehende, sich von der Nabe zum Außenring erstreckende Schneidklingen und/oder stehende oder hängende, sich nur über einen Teilbereich des Abstands zwischen Nabe und Außenring erstreckende Schneidklingen. Diese Schneid- oder Messerklingen können bezüglich der Radialen eine Neigung im Bereich von 0° bis 45° besitzen. Diese Neigung der Messerklingen hat den Vorteil, dass die Messerklingen eine zusätzliche Förderaufgabe erfüllen können, da durch diese Schrägstellung der größte Formmassenanteil an den äußeren Umfangsbereich der Form-Lochscheibe bewegt werden kann, wo die Bohrungsdichte am größten ist.
Obwohl dies keine funktionsbedingte Notwendigkeit darstellt, werden bevorzugt die der Form-Lochscheibe und dem Raumspalt zwischen Form-Lochscheibe und Stütz-Lochscheibe zugeordneten Ringmesser identisch ausgestaltet, um einen ungestörten Stoffstrom bei entsprechend zeitgesteuertem Trennprozess zu gewährleisten.
Jedes Ringmesser und insbesondere auch das dem Raumspalt zugeordnete Ringmesser ist zur Schaffung eines eigenen, nach außen dichten Schutzraumes von einem Ringbauteil umschlossen, das mit den angrenzenden Bauteilen, insbesondere der zugehörigen Lochscheibe fest verspannt ist.
Ein weiterer vorteilhafter Aspekt der Erfindung ist in einem die Laufparallelität zwischen Messern und Lochscheiben gewährleistenden Stützsystem zu sehen.
Dieses Stützsystem wird gebildet von einem axial angeordneten Stützrohr, welches an seinem einen Endbereich mit der Form-Lochscheibe kraftschlüssig und drehfest verbunden, insbesondere verschraubt ist und über eine auf dem Stützrohr vorgesehene Stützschraube einen ortsfesten Anschlag für die Stütz-Lochscheibe bildet. Zu diesem System gehören weiterhin mehrere Stützstreben, die sich zwischen den miteinander verspannten Umfangskomponenten des gehäuselosen Schneid- und Formsatzes und einer auf dem anderen Endbereich des Stützrohrs angeordneten Rohrhülse erstrecken, die auf dem Stützrohr lösbar fixiert ist. Dieses Stützsystem verhindert durch die erzielte Arretierung in beiden Richtungen an zwei Stellen des Schneidkopfes die Verformung der Lochscheiben bzw. ein Auftreten von Schwingungen der Lochscheiben. Der spannungsneutrale Einbau des geschilderten Stützsystems erzeugt die höchstmögliche Laufparallelität zwischen Messern und Lochscheiben und stellt damit auch einen minimalen Werkzeugverschleiß sicher.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und werden auch anhand des nachstehend geschilderten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung aufgezeigt und erläutert.
In der Zeichnung zeigt:
1 eine schematische, teilweise in Form eines Axialschnitts dargestellte Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,
2 eine Stirnansicht der Vorrichtung nach 1,
3 eine Darstellung der in der Vorrichtung nach 1 verwendeten Form-Lochscheibe mit zugehörigem Ringmesser,
4 eine Darstellung eines Trennmessers zur Stoffstrangunterteilung mit einer Eingriffsstelle für ein Antriebs-Zahnritzel, und
5 eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines derartigen Trennmessers.
Das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Herstellung von kompaktierten Formlingen oder Pellets umfasst anschließend an eine nicht gezeigte Anordnung zur Materialaufbereitung eine zylindrische Zuführkammer 1 mit dem Endbereich einer Förder- und Verdichtungseinheit 2, auf die eine Schnittregion 3 folgt, in der ein Ringmesser 4 angeordnet ist, das mit einer Form-Lochscheibe 5 zusammenwirkt.
Die Förder- und Verdichtungseinheit 2 besteht im dargestellten Beispiel aus einem Schneckenförderer, der über eine Antriebswelle angetrieben wird, wobei der mit dem Ende der Antriebswelle gekuppelte Motor in 1 nicht gezeigt ist. Die angetriebene Welle des Schneckenförderers treibt gleichzeitig das in der Schnittregion 3 umlaufende Ringmesser 4 über eine im schraffierten Bereich dargestellte Passfederverbindung an. Die Verbindung zwischen der Schneckenwelle und dem Ringmesser 4 ist dabei so gestaltet, dass das Trennmesser 4 mit vorgebbarem Druck an der Form-Lochscheibe 5 anliegt, so dass dieses Ringmesser neben seiner Schneidfunktion auch die Funktion des ständigen Freiräumens der Bohrungen der Form-Lochscheibe 5 erfüllen kann.
Das Ringmesser 4 ist zur Bildung eines eigenen, nach außen dichten Schutzraumes von einem Ringbauteil 8 umschlossen, das mit den übrigen Außenkomponenten der gehäuselosen Einheit axial verspannt ist.
Beabstandet zur Form-Lochscheibe 5 ist unter Ausbildung eines schmalen Raumspaltes 7 eine Stütz-Lochscheibe 6 angeordnet, deren Kanäle mit den Kanälen der Form-Lochscheibe 5 ausgerichtet, jedoch deutlich kürzer ausgeführt sind, da die Stütz-Lochscheibe 6 lediglich eine Axialerstreckung bzw. Dicke aufweist, die etwa 20% bis 50% und vorzugsweise 30% bis 40% der axialen Dicke der Form-Lochscheibe 5 beträgt.
In dem Raumspalt 7 zwischen Form-Lochscheibe 5 und Stütz-Lochscheibe 6 ist drehbar ein weiteres Ringmesser gelagert, das die Funktion eines Trennmessers 10 besitzt und über seinen Außenumfang angetrieben wird.
Obwohl der Antrieb dieses weiteren Ringmessers über seinen Außenumfang bevorzugt ist, kann dieses Ringmesser auch axial antrieben sein, und zwar entweder unabhängig von dem Antrieb des der Form-Lochscheibe 5 zugeordneten Ringmessers oder gemeinsam, so dass beide Ringmesser mit der gleichen Antriebswelle verbunden sind.
Das dem Raumspalt 7 zugeordnete Trennmesser weist bevorzugt eine axiale Dicke von etwa 20% bis 60%, vorzugsweise 30% bis 40% der axialen Dicke der Form-Lochscheibe 5 auf und kann bevorzugt in seiner geometrischen Gestaltung dem der Form-Lochscheibe 5 zugeordneten Ringmesser 4 entsprechen.
Auch diesem im Raumspalt 7 umlaufenden Trennmesser 10 ist zur Schaffung eines nach außen dichten Schutzraumes ein Ringbauteil 9 zugeordnet, das mit der Stütz-Lochscheibe sowie den weiteren Außenkomponenten der Einheit fest verspannt bzw. verschraubt ist.
Angetrieben wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel das Trennmesser 10 über einen eigenen Motor 21, der hinsichtlich seiner Drehzahl steuerbar ist und über ein Getriebe ein Ritzel antreibt, das kämmend in den gezahnten Außenumfang des Trennmessers 10 eingreift.
Von besonderer Bedeutung für die erfindungsgemäße Vorrichtung und die Vermeidung von Funktionsstörungen ist ein spannungsneutraler Einbau eines Stützsystems, das die höchstmögliche Laufparallelität zwischen Messern und Lochscheiben gewährleistet und damit auch den geringsten Werkzeugverschleiß gewährleistet.
Dieses Stützsystem wird gebildet von einem koaxialen Stützrohr 13, welches an einem Endbereich fest mit der Form-Lochscheibe 5 verbunden, insbesondere verschraubt ist. Auf diesem Stützrohr 13 ist ein Anschlag 24 vorgesehen, der am radial inneren Bereich der Stütz-Lochscheibe 6 kraftschlüssig anliegt. Bei diesem Anschlag 24 kann es sich bevorzugt um eine Schraubmutter handeln, die in der erforderlichen Position auf dem Stützrohr 13 fixierbar ist und somit einen ortsfesten Anschlag für die Stütz-Lochscheibe 6 bildet. Des Weiteren sind mehrere Stützstreben 25 vorgesehen, die sich zwischen den miteinander verspannten Umfangskomponenten des gehäuselosen Schneidsatzes und einer auf dem anderen Endbereich des Stützrohres 13 angeordneten Rohrhülse 26 erstrecken, die auf dem Stützrohr 13 lösbar fixiert ist. Diese Fixierung der Rohrhülse 26 auf dem Stützrohr 13 erfolgt bevorzugt mittels eines Clampflansch-Systems 27 mit Verdrehsicherung. Mittels dieses Clampflansch-Systems wird die mit den Stützstreben 25 fest verbundene Hülse mit dem Stützrohr 13 form- und kraftschlüssig verklemmt. Auf diese Weise wird ein Schneidkopf erhalten, der eine in sich geschlossene Funktionseinheit aus Messern, Lochscheiben, Antrieben und Stützsystem bildet. Durch das Stützsystem wird verhindert, dass die Messer und Lochscheiben voneinander abheben und das saubere Zusammenwirken zwischen Messer und Lochscheiben unterbrochen wird, was dazu führen würde, dass Messer und Lochscheiben gegeneinander schlagen könnten und als Folge davon Funktionsstörungen in Kauf genommen werden müssten.
Das Stützsystem verhindert durch Arretierung in beiden Richtungen eine Verformung der Lochscheiben infolge schwankender Drücke. Dies wird durch das Stützrohr 13 mit zwei Stützkomponenten am Lochscheibensystem erreicht, das formschlüssig im spannungsfreien Zustand eingespannt und dann mit den erwähnten lagegesicherten Elementen in diesem Zustand verspannt wird. Im Einbauzustand stören sich die geometrischen Schwingungsamplituden und kompensieren jegliches Aufschwingen. Die Stirnansicht nach 2 zeigt oberhalb der Zerkleinerungseinheit 12 mit zugehörigem Antriebsmotor 14 das Trennmesser 10, das mit einem Umfangs-Zahnring 19 fest verbunden ist, der über eine im Gehäuse vorgesehene Eingriffstelle mit einem Ritzel 20 kämmt, das über den Motor 21 angetrieben wird.
Von besonderer Bedeutung ist die gehäuselose Bauweise der auch als Schneidkopf bezeichneten Vorrichtung, wie sie in den 1 und 2 gezeigt ist. Diese gehäuselose Bauweise wird dadurch erreicht, dass die Ringmesser 4, 10 jeweils einen eigenen, nach außen dichten Schutzraum resultierend aus den Ringbauteilen 8, 9 aufweisen, die mit den Lochscheiben 5, 6, einem Adapter sowie dem Stützsystem fest verschraubt sind und damit dicht werden. Der Schutzraum erfüllt die Funktion der Abstandhaltung und Zustellgenauigkeit zur Lochscheibe als Gegenschneide zum Messer.
Dabei ist es von besonderem Vorteil, dass die Ringbauteile 8, 9 und die zugehörigen Messer 4, 10 durch gemeinsames Schleifen auf ein Mindestmaß toleriert werden können, so dass auch das jeweilige Messer quasi frei umläuft. Mittels dieser definierten Distanzierung sind lange Nutzungszeiten durch fehlende Blockspannungen zwischen Messer 4 und der Oberfläche der Form-Lochscheibe 5 erzielbar.
Neben den um etwa 90° gegeneinander versetzten Stützstreben 25 ist in 2 auch eine nach unten offene Haube 22 zu sehen, die sich zum Formlingsabgabebereich hin öffnet. Die Vereinzelung der Formlinge geschieht im Wesentlichen bereits durch Schwerkrafteinwirkung auf die mit den Sollbruchstellen versehenen Formlingsstränge, aber es kann auch noch eine mechanische Unterstützung des Trennvorgangs erfolgen, z. B. mittels einer Rüttelflächenanordnung.
3 zeigt die Form-Lochscheibe 5 mit angepasstem Ringbauteil 8, wobei diese Form-Lochscheibe 5 mit einer Vielzahl von sich in Axialrichtung durch diese Lochscheibe erstreckenden, vorzugsweise zylindrischen Kanälen versehen ist. Ebenfalls erkennbar ist in der Darstellung nach 3 das mit der Form-Lochscheibe 5 zusammenwirkende Ringmesser 4. Dieses Ringmesser 4 weist hängende, sich von der Nabe 15 zum Außenring 16 erstreckende Schneidklingen 17 sowie stehende, sich nur über einen Teilbereich des Abstands zwischen Nabe 15 und Außenring 16 erstreckende Schneidklingen 18 auf. Zwischen in Umfangsrichtung aufeinander folgenden, sich von der Nabe 15 zum Außenring 16 erstreckenden Schneidkanten bzw. den diese Schneidkanten tragenden Stegen wird jeweils eine Förderzelle gebildet. Neben dieser Förderzellenbildung, die über die Anzahl der Klingen den Trennzeitpunkt gemeinsam mit der Drehzahl erzeugt, haben diese Klingen noch die Aufgabe, den Stoffverteilungsgrad auf der Form-Lochscheibe 5 zu regulieren. Dies spielt vor allem dann eine Rolle, wenn das Förderbild, z. B. der Förderschnecke, als Kreisfläche kleiner ist als die Masse abnehmende Form-Lochscheibe 5. Auf diese Weise können verschiedene Massekonzentrationen zwischen Lochscheibenzentrum und Peripherie der Lochscheibenfläche entstehen. Dies wird dadurch verhindert, dass anstelle eines radialen Verlaufs der Schneidkanten ein Schneidkantenverlauf vorgesehen wird, der mit der Radialrichtung einen Winkel bis zu etwa 45° vorsieht. Auf diese Weise wird erreicht, dass der größte Formmassenanteil radial nach außen transportiert wird, nämlich in den Bereich der Formlochscheibe 4, der die höchste Anzahl von Kanalbohrungen aufweist.
4 zeigt eine Ausführungsform eines Trennmessers 10 in Form eines Ringmessers, das entsprechend dem der Form-Lochscheibe 5 zugeordneten Ringmesser 4 ausgebildet ist. Auch dieses Trennmesser 10 ist in der bereits erläuterten Weise von einem Ringbauteil 9 umgeben und es ist an seinem Außenumfang über mehrere Kopplungsstellen mit einem Umfangs-Zahnring 19 fest verbunden. Dieser Zahnring 19 steht über eine Eingriffsöffnung mit dem angetriebenen Ritzel 20 in Verbindung, das einen Umfangsantrieb des Trennmessers 10 mit einer sehr großen Getriebe- und Hebelwirkung ermöglicht. Diese Form des Antriebs lässt sehr dünne Trennmesser zu und sichert damit die Stoffübergabeströme zwischen den beiden Lochscheiben 5, 6.
Die im Vergleich zu einem Achsantrieb geänderten Hebelverhältnisse führen zu einer entscheidenden Verringerung des Kraftbedarfs, so dass Antriebsleistungen ohne weiteres um den Faktor 10 verringert werden können. Die geringen Massen lassen dabei schnelle technische Stellgrößen zu.
5 zeigt ein Trennmesser 10 in Form eines Ringmessers, das im Vergleich zu den Trennmessern nach 4 die doppelte Anzahl von Schneidklingen 17, 18 und demgemäß auch die doppelte Anzahl von Förderzellen 23 aufweist. Damit wird verdeutlicht, dass je nach Aufgabenstellung unterschiedlich gestaltete Ringmesser 4, 10 verwendet werden können, dass jedoch zur Gewährleistung eines einwandfreien Stoffflusses die beiden Ringmesser stets in einander entsprechender Weise ausgebildet sein müssen.
Nachfolgend werden noch wesentliche Aspekte der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert.
Die der Vorrichtung zugeführten Rohstoffe oder Gemische von Rohstoffen mit ihren plastisch-elastischen Formungseigenschaften werden jeweils in der Zuführkammer 1 verdichtet, wobei der Rohstoffvorschub die Verformungsenergie erbringt, um Rohstoffanteile in die Bohrungen der Formlochscheibe 4 einzupressen. Das schiebende, Energie speichernde Volumen wird durch die einzelnen Messer des Ringmessers 4 abgetrennt und verliert so den Energiekontakt. Damit entsteht zunächst ein gleichmäßiger Volumenstrom in das Bohrungssystem der Formlochscheibe 5 hinein, während mit dem Trennschnitt der über das Bohrbild fixierte Gesamtstoffstrom wieder in einen spannungsfreien bzw. spannungsarmen Zustand versetzt wird. So kann im geförderten Gesamtmassestrom die freie Raumbeweglichkeit der Teilmengen bzw. die Summe der Partikel in den Fördermengen vor der Lochscheibe gesichert werden.
Die einzelnen Messer des jeweiligen Ringmessers erfüllen jeweils auch die Aufgabe des Freiräumens der Bohrungen der Lochscheibe, so dass diese Bohrungen stets funktionsgerecht arbeiten können.
Die Dicke der Form-Lochscheibe 5 wird so gewählt, dass eine ausreichende Kanallänge vorliegt, um über die Reibung an den Kanalwänden stabile Formstränge mit definierter Randzonenverfestigung zu schaffen. Dabei bestimmen die Messerschneidzyklen bezogen auf den Fördervorgang die stofflichen und mechanischen Eigenschaften der Strangqualität. Die erhaltenen Einzelstränge am Ausgang der Form-Lochscheibe 5 können unter Beachtung der vorher eingetragenen Förderenergie als energetisch geschlossene, verdichtete Masse betrachtet werden. Erst ein erneutes Durchtrennen dieser Formstränge bei gleichzeitiger Stützfunktion, er bracht durch die zur Form-Lochscheibe 5 geringfügig beabstandete Stütz-Lochscheibe 6, ermöglicht es, auch formfeste Stoffstränge in durch Sollbruchstellen portionierter Form zu erzeugen.
Durch die Dicke des im Spalt zwischen Form-Lochscheibe 5 und Stütz-Lochscheibe 6 wirksamen Trennmessers 10 und die Umlaufzeit wird jeweils ein Formling bestimmter Länge vom aus der Form-Lochscheibe 5 austretenden jeweiligen Strang energetisch abgetrennt. Mit der auch als Dünn-Lochscheibe zu bezeichnenden Stütz-Lochscheibe 6 wird eine Wiedervereinigung des jeweiligen Stoffstrangs durch Abstandshaltung über die Trennmesserdicke und den kürzest möglichen Austritt aus der Lochscheibe verhindert.
Zur Schaffung der gewünschten Volumengeometrie stehen demgemäß als Variable der Bohrungsdurchmesser und die durch die Messereingriffszeit gegebene Teilchenlänge zur Verfügung.
Mit dem jeweiligen Trennschnitt wird sowohl stofflich als auch energetisch eine Unterbrechung der zunächst geschlossenen Strangform erhalten. Diese Unterbrechung bildet die Bruchstelle, die die Länge der Formlinge bestimmt. Die formstabile Stückigkeit lässt sich dabei dadurch erreichen, dass zunächst durch die Pressung in den entsprechend lang dimensionierten Kanälen der Form-Lochscheibe 5 formfeste Teilstränge erhalten werden und dann zwischen den beiden Lochscheiben 5, 6 gleicher Geometrie ein zeitgesteuerter Trennprozess bezüglich des jeweiligen Stoffstranges durchgeführt wird. Erst nach dieser Schnittstelle werden die einzelnen Teile erneut, und zwar mit geringfügigem Druck, stirnseitig aneinander gepresst und dabei nach außen gefördert, wobei aber die Sollbruchstelle erhalten bleibt, da der aus der Form-Lochscheibe 5 austreten de Formstrang durch den jeweiligen Trennschnitt in seiner einheitlichen Strukturmechanik unterbrochen wird.
Beim Austritt aus der Stütz-Lochscheibe 6 entstehen somit portionierte, mechanisch und geometrisch feste Teilstücke bzw. Formlinge. Die geringen Bindekräfte zwischen den Formlingen an den Sollbruchstellen können problemfrei beispielsweise durch die sich nach einer vorgebbaren Freifallstrecke ergebenden Aufprallkräfte aufgebrochen werden.

1: Zuführkammer
2: Förder- und Verdichtungseinheit
3: Schnittregion
4: Ringmesser
5: Form-Lochscheibe
6: Stütz-Lochscheibe
7: Raumspalt
8: Ringbauteil
9: Ringbauteil
10: Ringtrennmesser
13: Stützrohr
15: Nabe
16: Außenring
17: Schneidklinge
18: Schneidklinge
19: Umfangs-Zahnring
20: Ritzel
21: Motor
22: Haube
23: Förderzelle
24: Stützschraube
25: Stützstrebe
26: Rohrhülse
27: Clampflansch-System

Claims

Verfahren zur Herstellung von kompaktierten Formlingen aus zumindest überwiegend natürlichen Rohstoffen oder Rohstoffgemischen, bei dem der in eine verformbare Masse überführte Rohstoff zur Erzeugung einer Vielzahl von einzelnen Stoffsträngen durch Kanäle eines Form gebenden Werkzeuges gepresst wird und aus den entstehenden Stoffsträngen stückige Formlinge gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Form gebenden Werkzeug austretenden, durch die Reibarbeit im Werkzeug in ihren Außenrandzonen verfestigten Stoffstränge durch ein dem Form gebenden Werkzeug eng benachbartes und diesem bezüglich der Anordnung der Kanäle zumindest im wesentlichen entsprechendes, jedoch deutlich geringere Kanallängen aufweisendes Stützwerkzeug geführt werden, und dass die Stoffstränge in dem Raumspalt zwischen den beiden Werkzeugen zur Schaffung von Sollbruchstellen in den aus dem Stützwerkzeug austretenden Stoffsträngen durch Trennschnitte unterbrochen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschnittfolge zur Schaffung definierter Formlingslängen einstellbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Form gebenden Werkzeug zugeführte Rohstoff unmittelbar vor dem Eintritt in das Werkzeug quer zur Förderrichtung verlaufenden Schnittvorgängen unterzogen und dabei durch die Schneidmesser die Eintrittsfläche des Werkzeugs kontinuierlich freigeräumt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschnitte im Raumspalt zwischen dem Form gebenden Werkzeug und dem Stützwerkzeug mit den zuführseitigen Schnittvorgängen unter Berücksichtigung der Formstrangbewegung zwischen den beiden Schneidebenen synchronisiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Form gebenden Werkzeug austretenden Stoffstränge ohne Richtungsänderung durch das dem Form gebenden Werkzeug eng benachbarte Stützwerkzeug geführt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formstränge nach dem Austritt aus dem Stützwerkzeug durch mechanische Krafteinwirkung an den Sollbruchstellen gebrochen und in formstabile Formlinge mit definierten Abmessungen überführt werden.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Form gebende erste Lochscheibe (5) mit einer Vielzahl von sich in Achsrichtung der Form-Lochscheibe erstreckenden Kanälen, eine bezüglich der Form-Lochscheibe (5) zuführseitig vorgesehene Förder- und Verdichtungseinheit (2), eine bezüglich der Form-Lochscheibe (5) durch einen Raumspalt (7) beabstandete Stütz-Lochscheibe (6), deren Kanäle mit den Kanälen der Form-Lochscheibe (5) gegenseitig ausgerichtet sind und einen Bruchteil der Länge der Kanäle der Form-Lochscheibe (5) aufweisen, sowie ein im Raumspalt (7) zwischen Form-Lochscheibe (5) und Stütz-Lochscheibe (6) umlaufendes und in seiner axialen Dicke an die Raumspaltbreite angepasstes Trennmesser (10).
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtungseinheit (1) aus einem Schneckenförderer mit zumindest einer motorisch angetriebenen Förderschnecke besteht, und dass zwischen dem höchsten Punkt des Schneckenganges und der Form-Lochscheibe (5) eine Schnittregion mit einem umlaufenden, mit der Form-Lochscheibe (5) zusammenwirkenden Messer (4) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Schnittregion vorgesehene Messer (4) mittels eines gleichzeitig den Schneckenförderer (2) antreibenden Motors ange trieben und dieser Antriebsmotor vorzugsweise auf der dem Schneckenförderer (2) gegenüberliegenden Seite der Form-Lochscheibe (5) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die die Länge der Kanäle bestimmende Dicke der Form-Lochscheibe (5) in Abhängigkeit von der Art des Rohstoffes derart gewählt ist, dass am Ausgang der Form-Lochscheibe (5) verdichtete und stabile Stoffstränge mit geschlossenen und verfestigten Randzonen erhalten werden.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die die Stoffstränge aus der Form-Lochscheibe (5) aufnehmende Stütz-Lochscheibe (6) eine axiale Dicke im Bereich von etwa 20% bis 50%, vorzugsweise 30% bis 40% der axialen Dicke der Form-Lochscheibe (5) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Form-Lochscheibe (5) und Stütz-Lochscheibe (6) unter Zwischenschaltung zumindest eines den Raumspalt (7) für die Messeraufnahme bestimmenden Distanzelements gegeneinander verspannt sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Raumspalt zugeordnete Messer (10) aus einem Ringmesser mit mehreren zwischen Messernabe (15) und Außenring (16) vorgesehenen Schneidklingen (17, 18) besteht und dass dieses Messer (10) zentral oder über seinen Außenring (16) angetrieben ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Ringmesser (4, 10) hängende, sich von der Nabe (15) zum Außenring (16) erstreckende Schneidklingen (17) und/oder stehende, mit der Nabe oder dem Außenring verbundene und sich nur über einen Teilbereich des Abstands zwischen Nabe (15) und Außenring (16) erstreckende Schneidklingen (18) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Breite des dem Raumspalt (7) zugeordneten Ringmessers (10) etwa 20% bis 60%, vorzugsweise 30% bis 40% der axialen Breite der Form-Lochscheibe (5) beträgt und der Außenring (16) des Ringmessers mit einem Zahnring (19) verbunden ist, der mit zumindest einem Antriebsritzel (20) kämmt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das der Form-Lochscheibe (5) zugeordnete Messer (4) aus einem Ringmesser besteht, das hängende, sich von der Nabe (15 ) zum Außenring (16) erstreckende Schneidklingen (17) und/oder stehende sich nur über einen Teilbereich des Abstands zwischen Nabe (15) und Außenring (16) erstreckende Schneidklingen (18) aufweist, und dass dieses Ringmesser (4) mittels einer Passfeder formschlüssig derart mit der zugehörigen Antriebswelle verbunden ist, dass es mit vorgebbarem Druck an der Form-Lochscheibe (5) anliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das der Form-Lochscheibe (5) zugeordnete Ringmesser (4) und das dem Raumspalt (7) zugeordnete Ringmesser (10) die gleiche Schneidgeometrie besitzen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Ringmesser (4, 10) zur Schaffung eines eigenen, nach außen dichten Schutzraumes von einem Ringbauteil (8, 9) umschlossen ist, das mit den angrenzenden Bauteilen, insbesondere der zugehörigen Lochscheibe fest verspannt, insbesondere verschraubt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringmesser (4, 10) Messerklingen aufweisen, die bezüglich der Radialen eine Neigung im Bereich von 0° bis 45° besitzen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringmesser (4, 10) Kraft tragende, volle und am Außenring (16) vorgesehene hängende und/oder stehende Messerklingen (18) aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkellage der Messerklingen (17, 18) beider Ringmesser (4, 10) im Betrieb relativ zueinander einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Dicke der Form-Lochscheibe (5) durch Kombination mehrerer identischer Einzel-Lochscheiben vorgebbar ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein die Laufparallelität zwischen Messern (4, 10) und Lochscheiben (5, 6) gewährleistendes Stützsystem, das gebildet wird von einem axial angeordneten Stützrohr (13), welches an einem Endbereich mit der Form-Lochschraube (5) drehfest verbunden, insbesondere verschraubt ist und über eine auf dem Stützrohr (13) vorgesehene Stützschraube (24) einen ortsfesten Anschlag für die Stütz-Lochscheibe (6) bildet, sowie mehreren Stützstreben (25), die sich zwischen den miteinander verspannten Umfangskomponenten des gehäuselosen Schneidsatzes und einer auf dem anderen Endbereich des Stützrohrs (13) angeordneten Rohrhülse (26) erstrecken, die auf dem Stützrohr (13) lösbar fixiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrhülse (26) auf dem Stützrohr (13) mittels eines Clampflansch-Systems (27) mit Verdrehsicherung fixierbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Schneckendrehzahl und die Umlaufgeschwindigkeiten der Messer charakterisierenden Steuerparameter in Stoffdatenbanken hinterlegt sind, in denen auch die stofflichen Verformungsparameter gespeichert sind.