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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Pressvorrichtungen, insbesondere auf Pelletiervorrichtungen.
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In der konventionellen Technik ist eine Vielzahl von Pressvorrichtungen bekannt. Beispielsweise kann die Herstellung von Holzpellets durch Pressen erfolgen. Die Rohstoffe werden zunächst zerkleinert, z. B. durch eine Hammermühle. In einer Pelletieranlage (Pelletpresse) können dann die Pellets geformt werden. Das Material wird unter hohem Druck durch eine Stahlmatrize (Rund- oder Flachmatrize) mit Bohrungen im gewünschten Pelletdurchmesser (je nach Matrize 6 bis 10 mm, ggf. größer) gepresst. Im fall von Holz findet durch den Druck eine Erwärmung statt, die das im Holz enthaltene Lignin erhitzt und verflüssigt, so dass es als Bindemittel fungieren kann. Unter Umständen ist eine Zugabe von weiterem Bindemittel (Stärke oder Melasse) mit Anteilen von 0,2 bis 2% notwendig. Beim Austreten aus der Matrize schneidet ein Abstreifmesser die Stränge zu Pellets der gewünschten Länge (10 bis 30 mm).
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Pelletieranlagen, die mit einer Ringmatrize arbeiten, haben in der Regel mindestens zwei Koller die das zu pelletierende Gut nach dem Prinzip der Pressagglomeration durch eine Matrize pressen. Eine solche Pelletieranlage ist vereinfacht in der 7 dargestellt. Die Pelletieranlage 700 zeigt das zu pressende Material 710 und drei Koller 720, 721 und 722. Bei dem zu pressenden Material 710 kann es sich zum Beispiel um Pelletiergut wie Holz handeln. Die drei Koller 720, 721 und 722 sind entlang ihrer Rotationsachsen 730, 731 und 732 entsprechend gelagert und pressen das Material 710 gegen eine Ringmatrize 740. Dabei kann die Ringmatrize 740 sich beispielsweise im Uhrzeigersinn drehen. Die drei Koller 720,721, 722 können sich beispielsweise im Gegenuhrzeigersinn um ihre feststehenden Achsen 730, 731 und 732 drehen.
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Bei diesem Pressvorgang entstehen radiale und axiale Kräfte, die auf die Lager der Koller wirken. Dementsprechend unterliegen diese Lager einem hohen Verschleiß und müssen häufig gewechselt werden. Die Lagerung der Koller zeigt häufig schon nach einer relativ kurzen Zeit von 500 bis ca. 2000 Stunden kapitale Lagerschäden, die durch die sehr hohe Last und die unvorhersehbaren Stöße, die beim Pressen entstehen, vor allem in radialer Richtung hervorgerufen werden. Daher werden die Lager in den Kollern häufig (alle 500 bis 2000 Stunden) gewechselt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein verbessertes Konzept für Pressen, insbesondere für Pelletieranlagen, zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung, eine Walze und eine Stützwalze gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
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Ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung liegt darin, die radialen Kräfte die beim Pressen des Materials in einer Pelletieranlage entstehen, auf mehrere Lager zu verteilen. Gemäß obiger Beschreibung entstehen beispielsweise in Pelletieranlagen hohe radiale Kräfte, wenn Material zwischen einem Koller und einer Ringmatritze gepresst wird. Diese Kräfte können beispielsweise durch eine Stützwalze zumindest zum Teil kompensiert werden. Die Stützwalze kann dabei mit ihrer Rotationsachse parallel zur Rotationsachse der Walze angeordnet sein. Dabei kann die radiale Kraft auf nunmehr zwei Lager, nämlich zum einen auf das Lager der eigentlichen Walze oder des Kollers und zum anderen auf das Lager der Stützwalze aufgeteilt werden. In Ausführungsbeispielen ist es selbstverständlich auch denkbar, mehrere Stützwalzen einzusetzen und so die radiale Kraft, die auf das Lager des Kollers oder der Walze wirkt, auf eine Mehrzahl von verschiedenen Lager aufzuteilen. Durch die Aufteilung der Radialkraft auf mehrere Lager wird die Beanspruchung des einzelnen Lagers reduziert und dessen Lebensdauer erhöht.
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In weiteren Ausführungsbeispielen ist es darüber hinaus denkbar, die Stützwalze dazu einzusetzen, eine radiale Kraft von einer Walze auf eine andere Walze zu übertragen. Die Stützwalze wirkt dann als Vermittlungs- oder Übertragungselement. Hierbei ist der Kerngedanke, die Lager mehrerer Walzen oder Koller zum Abfangen der radialen Kräfte zu verwenden. Nachdem sich die Laufflächen, die Verzahnungen aufweisen können, der einzelnen Walzen nicht berühren, können Stützwalzen zum Vermitteln der radialen Kräfte einzelner Walzen oder Koller verwendet werden.
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Durch den Einsatz einer oder mehrerer sich zum Teil selbst zentrierender Stützwalzen, kann die Last z. B. auf die gegenüberliegenden Koller verteilt und so zum Teil kompensiert werden. Generell können in Ausführungsbeispielen mehrere Stützwalzen und mehrere Walzen bzw. Koller zum Einsatz kommen. Mit anderen Worten können in Ausführungsbeispielen radiale Kräfte, die an einem Koller oder einer Walze entstehen auf eine Vielzahl von Stützwalzen und andere Walzen bzw. Koller vermittelt werden. Somit ist es in Ausführungsbeispielen auch denkbar, eine radiale Kraft, die an einer Walze entsteht auf eine Vielzahl von anderen Walzen, und damit auf eine Vielzahl von anderen Lager zu verteilen.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden durch die beiliegenden Figuren im Detail erläutert. Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Pressen;
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2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Pressen;
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3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Pressen;
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4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Pressen;
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5 ein Ausführungsbeispiel einer flexibel einstellbaren zweigeteilten Stützwalze;
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6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Stützwalze; und
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7 eine konventionelle Vorrichtung zum Pressen.
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1 zeigt eine Vorrichtung 100 zum Pressen eines Materials 110. Bei dem Material 110 kann es sich beispielsweise um Holz handeln, wie zum Beispiel bei der Herstellung von Pellets. Die Vorrichtung 100 umfasst eine Walze 120, die entlang ihrer Rotationsachse 130 in einem Lager gelagert ist. Bei diesem Lager kann es sich um ein herkömmliches Wälzlager, wie zum Beispiel ein Nadel- oder Kugellager handeln. Oftmals werden jedoch Kegelrollenlager oder Pendelrollenlager eingesetzt. Ausführungsbeispiele sind nicht hinsichtlich der Wahl dieses Lagers eingeschränkt. Die 1 zeigt ferner eine Ringmatrize 140, wobei die Walze 120 in der Ringmatrize 140 derart ausgebildet ist, dass das Material 110 zwischen der Walze 120 und der Ringmatrize 140 pressbar ist. Wie schon anhand des Standes der Technik, vergleiche 7, erläutert, kann das Material 110 zwischen der Walze 120 und der Ringmatrize 140 eingeklemmt, bzw. gepresst werden. In Ausführungsbeispielen ist es denkbar, dass die Walze 120 auf ihrer Lauffläche eine Verzahnung aufweist, so dass das Material 110 auch gemahlen oder zerkleinert werden kann. In Ausführungsbeispielen können die Drehrichtungen der Ringmatrize 140 und der Walzen 120 bzw. Koller gleich- oder entgegengerichtet sein. Ausführungsbeispiele sollen dabei nicht auf bestimmte Drehrichtungen oder Drehkonstellationen beschränkt sein. Beispielsweise kann sich die Ringmatrize 140 im Uhrzeigersinn drehen und die Walze 120 gegen den Uhrzeigersinn.
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Ausführungsbeispiele sind dabei nicht auf die Art der genauen Verarbeitung eingeschränkt. Die 1 illustriert durch den Pfeil 160 die radiale Kraft, die entsteht, wenn das Material 110 zwischen der Walze 120 und der Ringmatrize 140 eingeklemmt wird. Diese Kraft 160 wirkt unmittelbar auf die Walze 120 und damit auch unmittelbar auf deren Rotationsachse 130. Das Lager der Walze 120 wird somit ebenso unmittelbar belastet.
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Um dieser radialen Kraft entgegenzuwirken, weist die Vorrichtung 100 in der 1 ferner eine Stützwalze 150 auf, die derart bezüglich der Walze 120 angeordnet ist, dass die radiale Kraft 160 auf das Lager der Walze 120, die durch das Pressen des Materials 110 zwischen der Ringmatrize 140 und der Walze 120 entsteht, durch die Stützwalze 150 zumindest teilweise kompensierbar ist. Dies ist in der 1 durch die Kraft 170 skizziert, die ebenfalls durch einen Pfeil symbolisiert wird. In anderen Worten kann die Stützwalze 150 eine zu der Radialkraft 160 entgegengerichtete Kraft 170 auf die Walze 120 ausüben. Je nachdem, wie sich die Beträge dieser beiden Kräfte 160 und 170 verhalten, wird die auf die Walze 120 wirkende radiale Kraft 160 zum Teil oder vollständig kompensiert.
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Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass solche Kräfte vektoriell vorliegen. Die genaue radiale Richtung der Kraft 160 hängt unter anderem von der Beschaffenheit des Materials ab. Wie der 1 zu entnehmen ist, wird das Entstehen der Kraft 160 unter anderem von der Korngröße des Materials 110 abhängen, so dass die Kräfte 160 und 170 nicht immer zwingend gegengerichtet sein müssen. Insofern ist, wenn in dieser Beschreibung von teilweise kompensierbar die Rede ist, davon auszugehen, dass Beträge oder Richtungen der jeweiligen Kräfte nicht hundertprozentig übereinstimmen müssen, bzw. nicht hundertprozentig entgegengesetzt sein müssen. Dies ist im praktischen Einsatz auch nicht notwendig, da eine teilweise Kompensation der beim Pressen entstehenden Radialkräfte bereits dazu führen kann, den Lagerverschleiß erheblich zu reduzieren.
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Die 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 100. Die Vorrichtung 100 in der 2 weist ferner ein oder mehrere weitere Stützwalzen 250 350 auf, die derart bezüglich der Walze 120 angeordnet sind, dass eine radiale Kraft 160 auf das Lager der Walze 120 durch die Stützwalze 150 und die weiteren Stützwalzen 250 350 zumindest teilweise kompensierbar ist. In anderen Worten zeigt die 2 eine Anordnung, in der weitere Stützwalzen 250 und 350 benutzt werden, um die an der Walze 120 angreifende radiale Kraft 160 zumindest zum Teil zu kompensieren. Dabei kann jede einzelne der insgesamt drei Stützwalzen 150, 250 und 350 einen Teil oder eine Teilkomponente einer Kompensationskraft liefern, die in der 2 mit dem Zeichen 270 versehen ist und der punktierte Kreis die Summe dieser Kräfte darstellt. Auch hier sei darauf hingewiesen, dass diese Summe vektoriell zu betrachten ist. Wie bereits oben näher erläutert, kann die Kraft 160 weder ihrer Richtung noch ihres Betrages nach immer vollständig vorhergesagt werden. Daher ist auch hier die teilweise Kompensation der Kraft 160 so zu verstehen, dass hinsichtlich der durch die Stützwalzen 150, 250 und 350 ausgeübten Kompensationskräfte Abweichungen in Betrag und Richtung im Vergleich zur Kraft 160 auftreten können. In anderen Worten ist die Summe der durch die Stützwalzen ausgeübten Kraft nicht zwangsläufig der zu kompensierenden radialen Kraft 160 entgegengerichtet.
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Die 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 100. Die Vorrichtung 100 gemäß der 3 weist ferner ein oder mehrere weitere Walzen 220 auf, die entlang ihrer Rotationsachsen 230 in ein oder mehreren weiteren Lagern gelagert sind und die in der Ringmatrize 140 derart ausgebildet sind, dass das Material 110 zwischen den ein oder mehreren weiteren Walzen 220 und der Ringmatrize 140 pressbar ist, wobei die Stützwalze 150 derart bezüglich der Walze 120 und der ein oder mehreren weiteren Walzen 220 angeordnet ist, dass eine radiale Kraft 160 auf das Lager der Walze 120 durch die ein oder mehreren weiteren Walzen 220 zumindest teilweise kompensierbar ist. Das Ausführungsbeispiel der 3 unterscheidet sich insofern von den oben erläuterten Ausführungsbeispielen, als dass die Stützwalze 150 nun in Kräfte zwischen den beiden Walzen 120 und 220 vermittelt. Dies ist in der 3 durch die beiden Kräfte 160 und 260 angedeutet. Wirkt eine radiale Kraft 160 auf die in der 3 unten dargestellte Walze 120, so wird diese Kraft auf die Stützwalze 150 und von der Stützwalze 150 auf die Walze 220 übertragen. Auch hier wird von dem Prinzip Gebrauch gemacht, dass die radiale Kraft 160 nicht vollständig von einem Lager der Walze 120 aufgenommen werden muss, sondern zumindest auf ein weiteres Lager, hier das Lager der Walze 220 weiter verteilt wird. Das Ausführungsbeispiel der 3 ist kann auch derart ausgeführt sein, dass ein Teil der Kraft 160 vom Lager der Stützwalze 150 kompensiert wird und ein weiterer Teil vom Lager der oben angeordneten Walze 220.
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In Ausführungsbeispielen kann die Stützwalze 150 flexibel zwischen den Walzen 120 und 220 gelagert sein. Dies ist so zu verstehen, dass die Stützwalze 150 in einem gewissen Maße nachgeben kann. In dem Ausführungsbeispiel der 3 würde dies bedeuten, dass die radiale Kraft 160 der Walze 120 über die Stützwalze 150 auf die zweite Walze 220 vermittelt wird, ohne dass die Stützwalze 150 selbst einen Teil dieser Kraft 160 kompensiert. Die Kompensation der Kraft 160 geschieht dann durch die zweite Walze 220 über die Kraft 260. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Stützwalze 150 selbstverständlich auch starr gelagert sein und so zumindest eine Teilkraft zur Kompensation beitragen. Ausführungsbeispiele sind nicht durch die Lagerung der Stützwalze 150 eingeschränkt. Es ist so auch denkbar, die Stützwalze gar nicht zu lagern, zumal diese durch die Koller positioniert wird. Ein solches Ausführungsbeispiel soll anhand der 4 näher erläutert werden.
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Schließlich zeigt die 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100. In der 4 sind drei Walzen 120, 220 und 320 dargestellt, die um die Stützwalze 150 herum angeordnet sind. Die Walzen sind entlang ihrer Rotationsachsen 130, 230 und 330 entsprechend gelagert. In dem Ausführungsbeispiel der 4 ist die Stützwalze 150 ausgebildet, um sich zwischen den Walzen zu zentrieren. In anderen Worten, kann die Stützwalze 150 derart flexibel gelagert sein, dass sie sich zwischen den Walzen selbst zentriert. In einem extremen Ausführungsbeispiel kann die Stützwalze 150 auch ungelagert sein.
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Alternativ zu Darstellung der 4 kann die Stützwalze 150 auch mit deutlich größerem Durchmesser ausgeführt sein als die Walzen 120, 220 und 320. Dann können insbesondere weitere Walzen oder Koller im äußeren Bereich angeordnet sein.
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Im Folgenden soll anhand von Ausführungsbeispielen die Kraftübertragung zwischen der Stützwalze 150 und den Walzen, zum Beispiel der Walze 120, näher erläutert werden. In Ausführungsbeispielen kann die Walze 120 eine Auflagefläche zur Kraftübertragung aufweisen, die gegenüber ihrer Rotationsachse abgeschrägt ist und zur Übertragung einer zumindest teilweise radialen Kraft angepasst ist. Dies ist in der 5 dargestellt. 5 zeigt eine zweigeteilte Stützwalze 150 bzw. Stützlager, wobei die beiden Teile mit 150a und 150b bezeichnet sind. Beide Teile des Stützlagers 150 weisen Auflageflächen 510 zur Kraftübertragung, d. h. zur Abstützung, auf. Die Stützwalze 150 ist insofern an die Auflageflächen der Walze 120 angepasst. Die Auflagefläche der Stützwalze 150 zur Kraftübertragung kann demnach ebenfalls gegenüber ihrer Rotationsachse abgeschrägt sein und zur Übertragung einer zumindest teilweise radialen Kraft angepasst sein. In dem Ausführungsbeispiel der 5 bezieht sich dies auf beide Teile der Stützwalze 150, d. h. 150a und 150b und die Walze 120.
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In dem Ausführungsbeispiel, das in der 5 dargestellt ist, sind die beiden Teile des Stützlagers 150 ferner gegeneinander verschiebbar angeordnet. Der Pfeil 520 deutet an, dass die beiden Teile 150a und 150b aufeinander zu, bzw. voneinander weg verschoben werden können. Sie können den nötigen Spalt/Kontakt zwischen Walzen 120 und Ringmatrize 140 definieren und so auf verschiedene Walzen 120, bzw. Koller oder Kollerfelgen, eingestellt werden. Die beiden Teile 150a und 150b können dabei miteinander verbunden werden. Der Pfeil 530 in der 5 deutet an, dass eine etwaige Verzahnung der Walze 120, nicht mit der Stützwalze 150 in Verbindung steht. Die Verzahnung der Kollerfelge 120 berührt die Stützwalze 150 nicht. In Ausführungsbeispielen kann die Stützwalze 150 demnach zwei zueinander in axialer Richtung der Walze 120 verschiebbare Teile 150a und 150b aufweisen.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in der 6 gezeigt. Die 6 zeigt die Walze 120, bzw. Kollerfelge, sowie eine nunmehr einteilig ausgeführte Stützwalze 150. In Ausführungsbeispielen kann auch diese Stützwalze 150 zweiteilig ausgeführt sein. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 5 sind die Auflageflächen 510 der Kollerfelge 120 nunmehr parallel zur Rotationsachse ausgerichtet. Dadurch eignen sie sich zur Übertragung radialer Kräfte. In Ausführungsbeispielen kann auch hier die Stützwalze 150 so ausgelegt sein, dass eine etwaige Verzahnung 530 der Kollerfelge 120 die Stützwalze 150 nicht berührt.
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In Ausführungsbeispielen können die Auflageflächen 510 sowohl an der Walze 120 als auch an der Stützwalze 150 derart ausgeführt sein, dass diese ineinandergreifen so dass eine kraftschlüssige Verbindung steht. Diese Verbindung können Ausführungsbeispielen auch zum Antrieb der jeweiligen Walzen verwendet werden, wobei dies nicht zwingend so vorgesehen sein muss.
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Wie bereits oben erwähnt, können Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 100 als Pelletierpresse und die Walze 120 als Koller ausgeführt sein. Ausführungsbeispiele können einen Koller 120 für eine Presse umfassen, der eine Auflagefläche zur Kraftübertragung aufweist, die gegenüber seiner Rotationsachse abgeschrägt ist und zur Übertragung einer zumindest teilweise radialen Kraft angepasst ist. Ferner können Ausführungsbeispiele eine Stützwalze 150 für eine Presse umfassen, die eine Auflagefläche zur Kraftübertragung aufweist, die gegenüber ihrer Rotationsachse abgeschrägt ist und zur Übertragung einer zumindest teilweise radialen Kraft angepasst ist.
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Durch den Einsatz der Stützwalze 150 kann die Lebensdauer der Lager der Walze 120, bzw. der Koller, vervielfacht werden, da so eine Lastreduzierung erreicht werden kann. Mit dieser Erhöhung der Lebensdauer der Lager kann der Aufwand zum Lager/Kollerwechsel stark reduziert und ein Produktionsausfall vermieden werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Vorrichtung
- 110
- Material
- 120
- Walze/Koller
- 130
- Rotationsachse
- 140
- Ringmatrize
- 150
- Stützwalze
- 150a
- Stützwalzenteil
- 150b
- Stützwalzenteil
- 160
- Radialkraft
- 170
- Kompensationskraft
- 220
- Walze/Koller
- 230
- Rotationsachse
- 250
- Stützwalze
- 260
- Kompensationskraft
- 270
- Kompensationskraft
- 320
- Walze/Koller
- 330
- Rotationsachse
- 350
- Stützwalze
- 510
- Auflagefläche/Abstützung
- 530
- Verzahnung
- 700
- Presse
- 710
- Material
- 720
- Walze/Koller
- 721
- Walze/Koller
- 722
- Walze/Koller
- 730
- Rotationsachse
- 731
- Rotationsachse
- 732
- Rotationsachse
- 740
- Ringmatrize
