-
Die Erfindung bezieht sich auf eine Pelletierpresse zur Herstellung von Pellets nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2.
-
Die Herstellung von Pellets, auch Presslinge oder Granulat genannt, aus Feingut oder verdichtetem und/oder aufgeschmolzenem Material ist bereits bekannt. Die Herstellung von Pellets, respektive Holzpellets, aus vorzugsweise zerkleinerter Biomasse, wie Sägespäne, Staub oder dergleichen ist ebenfalls bereits hinreichend bekannt und wird im Bereich der erneuerbaren Energien als zukunftsweisende Technologie für den Klimaschutz, besonders in Europa, propagiert. Als Rohstoff wird in der Regel Spanmaterial aus der holzverarbeitenden Industrie genutzt, es können aber auch frisch geschlagene Bestände oder in der holzverarbeitenden Industrie nicht verwertbare Holzarten oder Abfallstoffe verwertet werden. Für den Markt an Holzpellets zur Versorgung von Kleinfeuerungsanlagen in Ein- oder Mehrfamilienhäusern ist vorzugsweise schadstofffreies Grundmaterial zu verwenden. Blockkraftwerke oder spezielle Hochtemperaturfeuerungsanlagen zur Wärmeerzeugung und/oder elektrischen Energie Gewinnung (Kombikraftwerke) können aber auch in geringen Mengen schadstoffbelastetes Material (Pellets aus Span- oder MDF-Platten mit oder ohne einer Beschichtung oder einer Lackierung) sauber verbrennen.
-
Die Holzpellets werden üblicherweise in so genannten Pelletierpressen hergestellt, in denen das zu verpressende Material durch bewegte und/oder aktive abrollende Walzen, auch Kollerrollen genannt, durch Bohrungen einer Matrize gedrückt wird. Durch die Bohrungen wird das Material (Biomasse) geformt und als Stränge aus den Bohrungen ausgetragen. Unter Bohrungen werden alle Öffnungen verstanden, die, vorzugsweise im Wesentlichen zylindrisch ausgeführt, in einer Matrize zur Durchleitung und Formung des Materials angeordnet sind. Die Bohrungen können dabei auch größere Einlaufbereiche (Senkungen) zur Verbesserung des Pressvorganges aufweisen und gehärtet sein oder gehärtete Hülsen in den Bohrungen aufweisen. Im Bereich der Matrizen werden Flach- und Ringmatrizen unterschieden. An Ringmatrizen laufen zur Verpressung außen oder innen Walzen um, an Flachmatrizen rollen die Kollerwalzen kreisförmig (Mühlenbauweise) oder linear reversierend ab. Die Erfindung befasst sich vorzugsweise mit Flachmatrizen letzterer Bauart, kann aber ggf. auch bei Ringmatrizen verwendet werden. Auf die Möglichkeiten der Aufbereitung und der Streuung der Biomasse, bzw. der Nachbereitung (Zerkleinerung der Stränge, Kühlung, Lagerung, Transport) der Pellets muss nicht weiter eingegangen werden. Hierzu wird auf den Stand der Technik verwiesen.
-
Durch die mittlerweile weltweit anerkannte Klimaerwärmung ist die Industrie gezwungen die großindustrielle Herstellung von Holzpellets zu forcieren. Gerade aber bei großen Produktionsanlagen, die teilweise dem Sondermaschinen- oder Schwermaschinenbau zuzuordnen sind, werden große und schwere Maschinenteile verwendet.
-
Bekannte Pelletierpressen mit einer oder mehreren auf einer kreisförmigen Flachmatrize umlaufenden Kollerwalzen weisen in der Regel einen Antrieb auf, der über eine durch die Flachmatrize hindurch tretende Hohlwelle die Flachmatrize oder die Kollerwalzen antreibt. In der Regel sind die umlaufenden Kollerwalzen fliegend an der Hohlwelle oder dem Antrieb über von der Hohlwelle abstehende Steckachsen gelagert.
-
Bei einem anderen Antriebsprinzip bleiben die Kollerwalzen stationär gelagert und die Matrize wird über eine Hohlwelle oder direkt über ein mittelbares Getriebe eines Antriebes angetrieben.
-
Hauptproblematik bei der Antriebsgestaltung ist neben der Wahl des Getriebes der Standort des Antriebes und dessen Leistungskapazität. Üblicherweise wird der Antrieb einer Pelletierpresse mit einer hohen Leistung ausgelegt.
-
Gleichzeitig erhöht ab eine derartige hohe Auslegung des Antriebes wiederum die Gesamtkosten in der Anschaffung und auch des Betriebes. Weiter werden die bisherigen Pelletierpressen über eine zentrale Antriebswelle und/oder eine zentrale Hohlwelle angetrieben, dass bedeutet, die Antriebskräfte werden weit entfernt in das System eingeleitet und gebündelt und dann an die Walzen oder die Matrize zur Bewegung übertragen.
-
Bei großindustriellen Pressen mit einem Innendurchmesser der Matrize von mehr als einem Meter stößt man hier an mechanische und technologische Grenzen bei der Übertragung der Antriebsleistung.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin eine Pelletierpresse zur Herstellung von Pellets zu schaffen, die in der Lage ist auch bei einem Matrizendurchmesser von mehr als 1.000 mm Durchmesser zuverlässig und kostengünstig die Matrize und/oder die Walzen anzutreiben.
-
Eine erste Lösung der Aufgabe für eine Pelletierpresse besteht darin, dass zur Aufnahme der Antriebskräfte von zumindest zwei Antrieben ein im Wesentlichen ringförmiges Aufnahmemittel mit der bewegbaren Matrize und/oder den Walzen unmittelbar oder mittelbar in Wirkverbindung angeordnet ist, dass zur Einleitung der Antriebskräfte in das Aufnahmemittel entsprechend der Anzahl der Antriebe voneinander beabstandete Krafteinleitungsbereiche angeordnet sind, und dass die Krafteinleitungsbereiche im Wesentlichen in einem Übertragungsbereich angeordnet sind, wobei der geeignete Übertragungsbereich zwischen der Matrizenebene und zumindest einer weiteren im Wesentlichen parallelen beabstandeten Begrenzungsebene liegt und der Abstand zwischen der Matrizenebene und der Begrenzungsebene 28 +/– 500 mm entlang der Matrizenachse beträgt.
-
In einer zweiten Lösung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass zur Aufnahme der Antriebskräfte von zumindest zwei Antrieben ein im Wesentlichen ringförmiges Aufnahmemittel mit der bewegbaren Matrize 4 und/oder den Walzen unmittelbar oder mittelbar in Wirkverbindung angeordnet ist, dass zur Einleitung der Antriebskräfte in das Aufnahmemittel entsprechend der Anzahl der Antriebe voneinander beabstandete Krafteinleitungsbereiche angeordnet sind, und dass die Krafteinleitungsbereiche im Wesentlichen in einem Übertragungsbereich angeordnet sind, wobei der geeignete Übertragungsbereich zwischen der Matrizenebene und zumindest einer weiteren im Wesentlichen parallelen beabstandeten Begrenzungsebene liegt und wobei die Begrenzungsebene mit einem Begrenzungswinkel von 0 bis 30° bezogen auf die Matrizenebene angeordnet ist und mit der Matrizenebene einen gemeinsamen Schnittpunkt S an der Matrizenachse hat.
-
Besonders bevorzugt ist dabei ein Begrenzungswinkel von 0 bis 25°, insbesondere von 0 bis 20°.
-
Insbesondere soll es in einer Erweiterung der Aufgabe nun eine modulare Gestaltung der Pelletierpresse, insbesonderen von übergroßen Pelletierpressen, verbessert werden. Beispielsweise kann eine Pelletierpresse aus mehreren Pressengestellen aufgebaut sein. Sollen zum Beispiel anstatt anfänglicher vier Pressengestelle noch zwei weitere Pressengestelle verbaut werden, kann es sein, dass die bisherige Antriebsleistung nicht mehr ausreicht. In diesem Fall wird an oder separat zu den Pressengestellen ein weiterer Motor verbaut und unterstützend in Betrieb genommen. Somit kann beispielsweise eine Pelletierpresse ohne weiteres nachgerüstet werden, wenn diese anfänglich mit einer geringen Anzahl an Walzen arbeiten und später mit einer höheren Anzahl an Walzen das Material verpressen sollen um die Produktion zu steigern. Es muss hierzu nicht mehr bereits anfänglich ein sehr teurer Antrieb vorgesehen sein oder ein zu schwacher Antrieb gegen einen teureren Antrieb ausgetauscht werden. Vorzugsweise sind bei einer großen Pelletierpresse mit mehr als drei, bevorzugt mit mehr als fünf, insbesondere bevorzugt mit mehr als sieben Kollerwalzen zumindest zwei oder sogar mehr Antriebe angeordnet.
-
Vorzugsweise kann als Pressvorrichtung ein ein- oder ein mehrteiliges Pressengestell angeordnet sein. Ein einteiliges Pressengestell kann aus zumindest einem C-Rahmen oder einem Fensterrahmen bestehen. Bevorzugt ist aber ein mehrteiliges Pressengestell angeordnet, das zumindest aus einem Querhaupt und zwei Zuglaschen gebildet wird. Das zweite Querhaupt kann entweder eigenständig oder durch die Anordnung zumindest einer Walze oder der Matrize respektive deren Lagerungen substituiert sein. Bevorzugt ist in diesem Zusammenhang der mehrteiligen Pressengestelle, dass diese durch schnell ver- und entriegelbare Verbindungen, besonders bevorzugt Bolzen, verbunden sind, um zumindest Teile des Pressengestells schnell und einfach aus oder in die Pelletierpresse zu verbringen.
-
Besonders bevorzugt ist die Anwendung der Lehre der Erfindung bei austragsvariablen Pelletierpressen. Bei diesen Pelletierpressen können während eines längeren Produktionszeitraumes die Produktionskapazität durch Variation der Pressvorrichtungen/Pressengestelle je nach Bedarf angepasst werden, so dass in einfacher Art und Weise Mehr- oder Minderkapazitäten an zu liefernden Pellets vermieden werden können. Je nach Art der Antriebe ist das Verhältnis natürlich flexibel, also beispielsweise je Walze ein Antrieb oder alle 3 Walzen ein Antrieb usw. Besonders bevorzugt weist bei einer modularen Pelletierpresse mit mehreren Pressvorrichtungen bzw. Pressengestellen das Pressengestell Vorrichtungen zur Aufnahme eines Motors auf.
-
Weil die Antriebe in der Regel mehrere zu bewegende Walzen oder eine Matrize bewegen, ist es besonders bevorzugt, dass die Antriebe zur Ausführung der Relativbewegung mittels zumindest einer Getriebestufe zwangsgekoppelt sind. Als Getriebestufe wird hierbei zumindest ein Getriebe und/oder zumindest einem Momente übertragenden Maschinenelement angesehen, wobei das Maschinenelement auch beispielsweise eine Welle sein kann, an der zumindest zwei Motoren angreifen und die Matrize oder die gesamten Walzen in eine Bewegung versetzen. Vorzugsweise sind die Walze in einem durch die Antriebe bewegbaren Rahmen angeordnet. Die Matrize kann auf zumindest einem, vorzugsweise zwei, bewegbaren Stützringen angeordnet sein. Dabei bildet bevorzugt ein Stützring eine Verzahnung aus, an der eine Getriebe oder die Ritzel verschiedener Antriebe oder eine Welle mit mehreren Antrieben über ein Ritzel angreifen könnte. Vorzugsweise sind aber die Antriebe gleichmäßig entlang des Rahmens, der Matrize und/oder des Stützringes angeordnet.
-
Besonders bevorzugt werden die Antriebe modular mit den Pressengestellen angeordnet, so dass an oder separat zu einem oder mehreren Pressengestellen je ein Antrieb angeordnet wird.
-
Hinsichtlich der Auslegung des Übertragungsbereiches zur Einleitung der Kräfte in ein Aufnahmemittel ist es bevorzugt, dass die Matrizenebene in der Ebene der Abrollfläche der Matrize angeordnet ist. Weiter ist bevorzugt, dass als Aufnahmemittel die Matrize, zumindest ein Stützring, und/oder eine Tragplatte angeordnet sind. Die Krafteinleitungsbereiche sind im Wesentlichen Linienförmig oder flächenförmig ausgebildet, weil diese bevorzugt als Getriebeelemente, besonders bevorzugt als Zahnräder ausgebildet sind. Es kann beispielsweise das Aufnahmemittel als Zahnrad oder Zahnring ausgeführt sein. Bevorzugt weisen die Antriebe zur Erzeugung einer gestaffelten Antriebsleistung im Wesentlichen die gleiche Antriebsleistung auf. Weiter sollten die Antriebevorzugsweise gleichmäßig entlang des Aufnahmemittels angeordnet sein.
-
Weiter können die Antriebe zur Aufhebung der Reaktionsdrehmomente an einer geschlossenen Drehmomentstützvorrichtung angeordnet sind.
-
Weitere vorteilhafte Maßnahmen und Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung mit der Zeichnung hervor.
-
Es zeigen:
-
1 eine Draufsicht auf eine kreisförmige Flachmatrize und mehreren darauf abrollenden Walzen in vier Pressvorrichtungen bzw. Pressengestellen, wobei die Flachmatrize in dieser bevorzugten Ausführungsform beweglich in den Pressengestellen gelagert ist und um ihre Achse rotiert,
-
2 zwei seitliche Schnittansichten entsprechend der Schnittlinien nach 1 durch ein Pressengestell (links) und einen Antrieb (rechts) an einer Matrize,
-
3 eine weitere Ausführungsform der Anordnung eines Antriebes an einem Aufnahmemittel der Matrize,
-
4 eine weitere Variation des Antriebes mit einer erweiterten Getriebestufe und eine veränderten Aufnahmemittel,
-
5 eine alternative Pelletierpresse mit durch ein zentrales Aufnahmemittel der Antriebskräfte innerhalb des Innendurchmessers der Matrize zur Bewegung der Walzen,
-
6 einer entsprechenden Schnittansicht nach 5 mit Darstellung des zentralen Aufnahmemittels und des bevorzugten Krafteinleitungsbereiches bezogen auf die Matrizenebene und möglichen beabstandeten Begrenzungsebenen,
-
7 eine entsprechende Anordnung eines außen angeordneten Aufnahmemittels mit Darstellung des bevorzugten Krafteinleitungsbereiches und
-
8 eine Darstellung des bevorzugten Krafteinleitungsbereiches mit einer alternativen Bemessungsregel bezogen auf die Matrizenachse und die Matrizenebene.
-
In 1 ist in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Pelletierpresse 3 mit vier Pressvorrichtungen 12 dargestellt. Bevorzugt können aber, teilweise abhängig vom Innen- bzw. Außendurchmesser der Matrize eine Vielzahl von Pressvorrichtungen 12 in der Pelletierpresse 3 angeordnet sein. In vorliegendem bevorzugtem Ausführungsbeispiel ist dabei die Matrize 4 mit der Abrollfläche 19 für die Walzen 5 beweglich in den Pressvorrichtungen 12 gelagert und wird durch zumindest einen Antrieb 18 zur Ausführung einer kreisförmigen Bewegung um die Achse der Matrize 4 angetrieben.
-
In 2 erkennt man das Fundament 14 der Pelletierpresse 3, wobei in der schematischen Schnittdarstellung links ein Pressengestell 21 mit einem mehrteiligen Pressenrahmen, der zumindest aus einem unteren Querhaupt 7 und zwei Zuglaschen 6 besteht, angeordnet ist, wobei die in den Zuglaschen 6 gelagerte Achse 16 der Walze 5 mit Hilfe entsprechender Maschinenelemente, respektive Lager und Stellvorrichtungen, beweglich gehalten ist. Während des Abrollens auf der Abrollfläche 19 der Matrize 4 wird die Biomasse 1 durch die Bohrungen 13 zu Pellets 10 verpresst. Der Eintrag der Biomasse 1 zwischen die Seitenwände 11 der Pelletierpresse 3 ist nur schematisch dargestellt. Die in diesem Beispiel angetriebene Matrize 4 ist mittels Lager 9 auf dem unteren Querhaupt 7 abgestützt und schließt somit effektiv und gleichmäßig den vorliegenden Lastfluss. Neben dem Eigengewicht der Walzen 5 können auch Stellvorrichtungen angeordnet sein, die neben einer ggf. notwendigen Abstandseinstellung zwischen Walze 5 und Matrize 4 auch für eine notwendige Krafteinleitung auf das zu verpressende Material, respektive die Biomasse 1, sorgen können. In einer möglichen Varianten eines gebauten Pressengestells 21 kann die Pressvorrichtung 12 ein eigenes oberes Querhaupt (nicht dargestellt) aufweisen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen mehrteilige Pressengestelle 21 Verriegelungen bzw. Bolzen 15 auf, mit denen diese schnell zerlegt werden können. Dabei ist es hilfreich, wenn Teile des Pressengestells 21 Angriffsflächen aufweisen, mit denen eine Hebevorrichtung, beispielsweise ein Kranhaken und/oder zumindest eine Gabelstaplergabel, mit einem Teil des Pressengestells 21 wirkverbunden wird und zumindest diesen Teil aus der Pelletierpresse 3 einfach entfernen oder auch einbringen kann. Werden beispielsweise die Bolzen 15 am unteren Querhaupt 7 des Pressengestells 7 gelöst, können die zwei Zuglaschen 6 mit der Walze 5 und deren Achse 16 problemlos aus der Pelletierpresse 3 nach oben herausgezogen werden. Besonders vorteilhaft ist dieses Verfahren, weil das untere Querhaupt 7 weiterhin auf dem Fundament 14 verbleiben kann und die Lagerung der Matrize 4 während eines wieder aufgenommenen Betriebes der Pelletierpresse 3 weiterhin durchführen kann. Besonders bevorzugt ist diese Variante mit einem zusätzlichen oder im Falle der Ein- oder Ausbringung eines Segmentes des mehrteiligen Pressengestells 21 aufsteckbaren oder vorhandenen oberen Querhauptes. Es wird darauf hingewiesen, dass bei Verwendung einer mehrteiligen ringförmigen Matrize, diese zerlegt werden kann und ein geschlossener Fensterrahmen 20 ebenfalls aus der Pelletierpresse 3 entnommen werden kann, wenn notwendig.
-
In den 1 und 2 ist nun nach der Lehre der Erfindung ersichtlich, dass in einer bevorzugten Ausführungsform je Pressengestell 21 mit einer Walze 5 ein Antrieb 18 über ein Getriebe 17 die Matrize 5 antreibt. Das Verhältnis dieser Anordnungen kann unterschiedlich gestaltet sein, beispielsweise sind auch drei Pressengestelle 21 je einem Antrieb 18 denkbar. In einer nicht dargestellten Ausführungsform können die Antriebe 18 auch innerhalb des Pressengestells 21 angeordnet werden, oder beispielsweise jedes dritte Pressengestell 21 weist einen Antrieb 18 auf. In 2 ist rechts eine mögliche Krafteinleitung des Antriebes 18 auf die Matrize 4 dargestellt, wobei die Matrize 4 direkt oder indirekt über ihre mechanische Festlegung in der Pelletierpresse 3 eine Verzahnung 20 ausbildet und dort das Ritzel oder ein Getriebe 17 eines Antriebes 18 angreift.
-
3 stellt einen indirekten Antrieb der Matrize 4 dar, die auf zumindest einem, vorzugsweise zwei konzentrisch gelagerten Stützringen 8, gelagert ist. Dabei bildet zumindest einer der Stützringe 8 eine Verzahnung 20 oder andere geeignete Mittel zur Momentenübertragung aus und wird mittels des Antriebes 18 und ggf. einem Getriebe 17 angetrieben.
-
4 zeigt hierzu nach 3 einen erweiterten Getriebezweig des Getriebes 17 dar, wobei die Momente zweier Antriebe 18 über ein Getriebe 17 zusammengeführt und nur an einer Stelle in der Pelletierpresse an das zu bewegende Maschinenteil, hier die Matrize 4 respektive ein Stützring 8, die Momente übertragen.
-
5 zeigt eine Pelletierpresse mit einem zentralen Aufnahmemittel 24, dass durch zwei getrennt voneinander angeordnete Getriebe 17 der Antriebe 18 angetrieben wird. Das Aufnahmemittel ist hierbei als ein Zahnring ausgebildet und weist eine Innenverzahnung das Getriebe 17 auf.
-
6 zeigt die bevorzugten Kraftübertragungsbereiche 25 nach der erfindungsgemäßen Lösung. Hierzu werden die Krafteinleitungsbereiche 25 innerhalb eines durch die Matrizenebene 27 und eine Begrenzungsebene 28 gebildeten Raumes angeordnet und treiben dort das Aufnahmemittel 24 an. Die Die Besonderheit liegt darin, dass sich bei übergroßen Matrizen die Verspannungen innerhalb des Aufnahmemittels 24 oder der Matrizenträger in einem akzeptablen Rahmen halten. Deshalb soll der Abstand der Begrenzungsebenen 28 von der Matrizeneben 27 500 mm nicht übersteigen, sofern es die erste Ausführungsform der Bemessungsregel betrifft.
-
7 zeigt eine Alternative mit einem außen angeordneten Aufnahmemittel 24. In 8 ist die Bemessungsregel nach dem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt. Hierzu wird der mögliche Übertragungsbereich 26 durch im Begrenzungswinkel 29 zu der Matrizenebene 27 angestellten Begrenzungsebenen 28 definiert. Dies gilt insbesondere für übergroße Pelletierpressen 3. Es ist ersichtlich, dass sich der mögliche Krafteinleitungsbereich zur Übertragung der Antriebskräfte stetig vergrößert. Die Motoren und Getriebe sind in den 7 und 8 nur noch beispielhaft dargestellt. Die Matrizenebene 27 liegt bevorzugt in der geometrischen Mitte der Matrize 4, ist aber insbesondere bevorzugt mit der Abrollfläche 19 der Matrize identisch. Hinsichtlich der Dimensionen hat sich herausgestellt, dass die Wirkbreite der Walzen 5 zwischen 200 und 500 mm liegen sollte, bevorzugt im Wesentlichen 300 mm. Der Durchmesser der Matrize 4 sollte zwischen 1,5 und 5 m liegen, bevorzugt zwischen 2,5 und 3 m, insbesondere 2,85 m. Ein Kollerdurchmesser von 300 bis 500 mm ist von Vorteil, besonders bevorzugt ist dabei im Wesentlichen ein Durchmesser von 400 mm.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Biomasse
- 2
- Verdichtungsraum
- 3
- Pelletierpresse
- 4
- Matrize
- 5
- Walze
- 6
- Zuglasche
- 7
- unteres Querhaupt
- 8
- Stützringe
- 9
- Lager Matrize
- 10
- Pellets
- 11
- Seitenwand
- 12
- Pressvorrichtung
- 13
- Bohrungen
- 14
- Fundament
- 15
- Bolzen
- 16
- Achse Walze 5
- 17
- Getriebe
- 18
- Antrieb
- 19
- Abrollfläche
- 20
- Verzahnung
- 21
- Pressengestell
- 22
- Tragplatte
- 23
- Matrizenachse
- 24
- Aufnahmemittel
- 25
- Krafteinleitungsbereiche
- 26
- Übertragungsbereich
- 27
- Matrizenebene
- 28
- Begrenzungsebene
- 29
- Begrenzungswinkel
