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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen und Ablängen von Trockenpellets gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
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In der holzverarbeiteten Industrie fallen große Mengen an Sägenebenprodukten an. Darunter sind in erster Linie Sägespäne, Hobelspäne und Hackschnitzel zu verstehen, aus denen üblicherweise Holzpellets hergestellt werden. Ein solcher stäbchenförmiger Holzpellet hat beispielsweise einen Durchmesser zwischen 4 mm und 10 mm, ist zwischen 5 mm und 45 mm lang, besitzt eine Rohdichte zwischen etwa 1,1 bis 1,3 kg/dm3, und hat eine Energiedichte von etwa 5 kWh/kg. Die Herstellung der Pellets erfolgt in einer bekannten Ring- bzw. Rund- oder Flachmatrizenpresse, in welcher Kollerrollen das Pressgut durch die Bohrungen bzw. Presskanäle der Matrize drücken. Dabei treten Temperaturen von über 120 °C und sehr hohe Drücke auf. Die Drücke sind dabei an den Wandungen der Kanäle am höchsten. Als Folge weist die zylindrische Oberfläche der Pellets eine extrem hohe Dichte bei glatter Oberfläche auf.
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Die Presskanäle weisen auf der Einlaufseite eine wenige Millimeter tiefe konische Einlauf-Fase auf. Betrachtet man einen einzelnen Presskanal, so stellt man fest, dass die Verdichtung des faserigen und feinen Spanmaterials zyklisch bei jedem Vorbeilauf eines Kollers erfolgt. Durch die trichterförmige Fase ergibt sich auch eine trichterförmige Faserstruktur in den Pellets. Deshalb besitzen Pellets an der Vorderseite eine konvexe und an der hinteren Seite eine konkave Stirnfläche. Eine typische 6 mm Holzpellets-Matrize hat bei einer Presskanalbohrung von beispielsweise 6 mm Durchmesser eine Presskanallänge von etwa 40 mm, und weitet sich dann nach außen hin stufenweise nach jeweils 20 Millimetern auf 6,4 mm, 6,8 mm und auf 7,2 mm. Der Hintergrund ist, dass der verpresste Fasermaterialstrang nach dem eigentlichen Presskanalabschnitt mit dem 6 mm Durchmesser noch geführt werden sollen und eine gewisse Materialstärke der Matrize aus Gründen der Materialfestigkeit notwendig ist. Wenn im Folgenden von Bohrungen der Matrizen die Rede ist, sind hierbei Presskanäle bzw. Presskanalbohrungen von einheitlichem oder sich änderndem Querschnitt gemeint.
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Die vorgenannten Stirnflächen weisen eine sehr unregelmäßige, raue und spröde Oberfläche auf. Diese Eigenschaften sind die Ursache dafür, dass die Stirnflächen hauptverantwortlich sind für das Entstehen von störenden Feinanteilen und Staub bei jeder Manipulation von Pellets. Pellets werden in der Regel mittels Silo-Pumpwagen in die Vorratsbunker eingeblasen. Es hat sich gezeigt, dass die langen Pellets in den Blasleitungen in der Mitte des Rohrquerschnitts in einem Winkel von etwa 45° gegen die Luftstromrichtung fast berührungsfrei durch die Schlauchleitungen „fliegen“. Lange Pellets besitzen bessere „Flugeigenschaften“ als kurze Pellets. Deshalb findet man während des Einblasvorgangs die kurzen Pellets und die Bruchstücke eher am Boden der Blasschläuche, wo sie rollend in Kontakt mit der Schlauchunterseite kommen, mit den Schlauchkupplungen kollidieren, und so weiteren Feinanteil erzeugen. Kurze Pellets, Pelletbruch und Staub haben ein deutlich schlechteres Fließverhalten als gleichmäßig lange Pellets. Die Stirnflächen haben eine wesentlich höhere Reibung in Pelletschüttungen als die glatten Zylinderoberflächen. Der prozentuale Anteil der Stirnflächen sinkt linear mit wachsender Durchschnittslänge der Pellets. Die ideale Länge von Pellets liegt für Pellet-Kleinfeuerungen bei etwa 25–35 mm. Die Maximallänge von Holzpellets ist durch die Europanorm EN 14961-2 mit 7,5 × D festgelegt. Bei den für Kleinfeuerungen handelsüblichen Pellets mit 6 mm Durchmesser bedeutet das also eine Maximallänge von 45 mm.
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Insofern ist es ein Ziel bei der Pelletproduktion, möglichst gleichmäßig lange Pellets zu erzeugen und minderwertige, kurze Pellets möglichst zu vermeiden.
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Die am Markt üblicherweise verwendeten Schneidetechniken weisen in dieser Hinsicht einige Schwächen auf. Bei Rundmatrizen sind außen um die Matrize herum im Abstand von etwa 20 cm feststehende Querstege aus Flachstahl angeordnet. Der Abstand zur Matrize ist meist einstellbar. Der Pellet wächst durch den Presskanal aus der Matrize heraus. Sobald ein Pellet lang genug ist, schlägt er während seines Umlaufs mit der Matrize gegen einen Quersteg und wird abgebrochen. Dabei bricht der Pellet ziemlich zufällig oberhalb oder unterhalb der Matrizen-Außenkante.
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Bei dieser bekannten Form des Ablängens von Pellets treten zusammengefasst folgende Nachteile auf:
- 1. Die Fasermaterialstränge wachsen 2 mm pro Koller, schlagen also mit einem Längenüberschuss von 0–2 mm gegen einen Quersteg. Durch die konvexe Stirnfläche im Vorderteil des Strangs werden auch axiale Kräfte auf diesen ausgeübt. Dadurch brechen die Pellets oft in mehrere Teilstücke und bis in die Rückbohrungen hinein.
- 2. Die Pellets sind noch sehr heiß (knapp unter 100°C), mechanisch instabil und noch weich. Die Bahngeschwindigkeit einer Rundmatrize beträgt etwa 7,5 m/sec. Die Pellets werden beim Abschlagen von dem stehenden Quersteg also stark beschleunigt und in Rotation versetzt, schlagen oft mit noch hoher Geschwindigkeit gegen weitere Querstege, brechen auseinander und erzeugen Bruch und Staub.
- 3. Die Fasermaterialstränge ragen sehr ungleichmäßig und zufällig weit aus der Matrize heraus. Das bedeutet, dass der Pellet, welcher nun lang genug ist, um einen Quersteg zu berühren, von diesem abgeschlagen wird, während benachbarte Pellets oft noch unterschiedlich kurz sind. Der Abstand zwischen den Pellets auf der Außenseite der Matrize beträgt nur wenige Millimeter. Somit kann es vorkommen, dass der abgeschlagene, rotierende Pellet andere, insbesondere auch kürzere, Pellets berührt und diese herausbricht und dabei selbst in weitere Teile zerbricht.
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Der gemäß der bekannten Schneidetechnik erzeugte Feinanteil beträgt etwa 6%–10% bei einem Rundlochsieb mit 6 mm Lochdurchmesser. Dieser Feinanteil wird hinter den Pressen und nach der Kühlung wieder ausgesiebt, im Kreis geführt und dem Rohstoff vor den Pressen wieder zugegeben.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Lösung zur Herstellung von Trockenpellets aus faserigen Ausgangsstoffen mit einer definierten und einstellbaren Länge zu erreichen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Die Vorteile der vorliegenden Erfindung liegen insbesondere darin, dass mit ihr der Feinanteil nach dem Pressen um etwa 80% reduziert werden kann, so dass die Produktionskosten gesenkt und der Durchsatz erhöht werden kann.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zeichnen sich dadurch aus, dass die Pellets über mindestens ein vorzugsweise axial, möglicherweise auch radial auslenkbares, Lochblech abgeknickt werden, das an der Außenseite der sich drehenden Rundmatrize (und sich entsprechend mitdreht) oder an der Unterseite der stationären (oder sich ggf. auch drehenden) Flachmatrize angebracht ist. Im nicht ausgelenkten Zustand sind die Löcher des mindestens einen Lochblechs mit den Matrizenbohrungen (Presskanälen) deckungsgleich ausgerichtet. „Deckungsgleich“ bedeutet hierbei, dass ein Materialstrang ungehindert in radialer Richtung durch die Bohrung und durch das zugehörige Loch treten kann. Zum Ablängen wird dieses mindestens eine Lochblech ausgelenkt, wobei die durch die Löcher des Blechs hindurchtretenden Pellets an der Öffnungskante des Presskanals abgeknickt werden. Hierdurch sind Pellets mit definierter, kaum schwankender Länge erhältlich. Die Öffnungsweite der Löcher ist zweckmäßigerweise größer als der Durchmesser der Bohrungen, um die Pellets beim Abknicken nicht einzuklemmen.
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Besonders bevorzugt sind mehrere Lochbleche vorgesehen, die im Wesentlichen nebeneinander und mit geringem Abstand zueinander angeordnet sind. Durch diese Segmentierung, d.h. die Aufteilung der Löcher auf mehrere kleinere Lochbleche, kann insbesondere vermieden werden, dass das Ablängen der Pellets direkt in den Kollerbereichen erfolgt. Dies wäre deshalb ungünstig, weil dort die Pellets aus den Presskanälen herauswachsen und sich die Pellets dann unter das verschobene Lochblech schieben würden. Je mehr Lochbleche vorgesehen sind, umso geringer sind die bewegten Massen; allerdings sind dann selbstverständlich auch mehr mechanische Einzelteile notwendig.
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Bevorzugt sind die Lochbleche derart unmittelbar aufeinander folgend angeordnet, dass sie durch die Auslenkeinrichtung auch in dieser Reihenfolge nacheinander ausgelenkt werden.
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Grundsätzlich ist es unerheblich, ob das Lochblech axial oder radial verschoben wird. Die axiale Verschiebung bietet nach jetzigem Kenntnisstand aber deutliche Vorteile, da ein präziseres Ablängen ermöglicht wird.
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Die Auslenkeinrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie die Lochbleche zyklisch auszulenken vermag. Bei einer kontinuierlichen Pelletproduktion bietet sich diese Ausgestaltung an. Hierzu ist vorzugsweise auf der jeweiligen Matrize ein Signalgeber befestigt, der die Winkelposition der Matrize übermittelt und dann mechanisch oder mit Hilfe einer Steuerungselektronik den Auslenkmechanismus aktiviert.
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Die Auslenkeinrichtung umfasst vorteilhafterweise eine, vorzugsweise passive, Rückstelleinrichtung, mittels derer die Lochbleche in ihre Position der Deckungsgleichheit mit den Matrizenbohrungen zurückgebracht werden. Hier bieten sich Federelemente an, welche das jeweilige Lochblech nach dem Auslenken in die Position der Deckungsgleichheit der Löcher zurückdrücken. Eine solche Konstruktion ist relativ einfach und kostengünstig zu realisieren.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Auslenkeinheit eine Exzenter- bzw. Nockensteuerung mit einem Hebelarm auf, der auf ein Lochblech wirkt und dieses auszulenken vermag. Wenn beispielsweise der vorgenannte Winkelsensor eingesetzt wird, kann durch eine elektronische Steuerungseinrichtung eine Welle angesteuert werden, an deren Ende der besagte Nocken angeordnet ist. Wird die Welle und damit der Nocken in Drehbewegung versetzt, wird der Hebelarm aktiviert und das entsprechende Lochblech verschoben.
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Vorzugsweise ist das mindestens eine Lochblech bzw. sind die Lochbleche im Falle einer Rundmatrize an dieser befestigt und rotieren mit dieser mit. Ein eigener Antrieb für die Lochbleche erübrigt sich hierdurch, was die Konstruktion erheblich vereinfacht.
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Die Löcher der Knick- bzw. Lochbleche weisen bevorzugt Rundlöcher auf. Prinzipiell sind auch andere Formen denkbar. Da die Pellets aber möglichst schonend in einem gewissen Abstand von der Matrize geknickt werden sollen, ist eine Lochform ideal, welche sich der zylindrischen Mantelfläche des Pellets gut „anschmiegt“. Beobachtungen haben nämlich gezeigt, dass, wenn man Trockenpellets aus Fasermaterial mit den Fingern abknickt, diese an sehr unterschiedlichen und überraschenden Stellen brechen, meist nicht in der zu erwartenden Mitte. Das liegt an der Eigenschaft von faserigen Trockenpellets im Allgemeinen und ganz besonders an den Eigenschaften von Holzpellets, die aus konkav übereinanderliegenden, faserigen und scheibenförmigen Presslagen bestehen (s.o.). Die Dicke der Lagen entspricht dem Hub eines Kollers, liegt also für Holzpellets bei etwa 2 mm. Die aneinandergereihten Lagen ergeben den Pellet. Die Bindungskräfte der Lagen untereinander sind unterschiedlich. Pellets brechen beim Knicken fast immer zwischen den einzelnen Lagen, und zwar dort, wo die Bindungskräfte niedriger sind. Die Bindungskräfte zwischen den Ebenen werden beeinflusst durch die dortige Partikelgröße, Partikelfeuchte, Faserstruktur, Bindemittelgehalt usw.
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Daher ist das mindestens eine Lochblech besonders bevorzugt in einem gewissen Abstand über der Matrize positioniert, wobei die Wahl des Abstands, der vorzugsweise einstellbar ist, eine große Bedeutung hat. Andernfalls würden die Pellets gequetscht bzw. abgeschert, und nicht geknickt. Dies ist speziell bei Holzpellets nicht vorteilhaft.
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Diesbezüglich ist der Abstand der Lochbleche zur Matrize bevorzugt zwischen 0,4 × D und 3,5 × D eingestellt, wobei „D“ der Durchmesser der Trockenpellets ist.
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Als sehr gut geeignet hat sich ein Abstand von 0,8 × D erwiesen. Bei diesem Abstand ergibt sich ein nötiger Verschiebeweg für die Lochbleche von etwa 1,0 × D (s.a. die Erläuterungen weiter unten zu den Figuren). Die Pellets sind nämlich nur bedingt elastisch und brechen meist bereits bei einer Biegung von > 10° ab. Das bedeutet, dass, um eine sichere A bscherung der Pellets zu gewährleisten, der Knickwinkel bei > 20°, bevorz ugt bei etwa 35° liegen sollte.
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Der Lochblechabstand von 0,8 × D hat den Vorteil, dass sich ein Pellet nur sehr schwer unter das Lochblech schieben kann. Passiert es in Ausnahmefällen doch einmal, dann wird er durch die Blechbewegungen zerkleinert, und die Feinteile können durch die Löcher über die Fliehkraft entweichen – der Raum zwischen Matrize und Lochblech verstopft also nicht. Bei noch kleineren Abständen treten unerwünschtermaßen höhere Beschleunigungskräfte auf, welche auf den Pellet während des Abknickens wirken. Bei größeren Abständen können sich noch ganze, zylindrische Pellets in den Zwischenraum zwischen Matrize und Lochblech schieben und den Austritt der Pellets behindern. Zusätzlich wird der Wegbedarf für die Blechauslenkung größer.
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Folgende Abstände wurden erfinderseitig ermittelt und bewertet:
Sehr geeignete Abstände: | 0,7 × D bis 0,9 × D |
Vorteilhafte Abstände: | 0,5 × D bis 2 × D |
Mögliche Abstände: | 0,3 × D bis 0,5 × Lsoll |
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Bei Abständen kleiner als 0,3 × D überwiegt die Quetsch- und Scherwirkung, die Pellets zerbröseln über eine Länge von mehreren Millimetern, was den verbleibenden Pellet insgesamt verletzt und in seiner Festigkeit beeinträchtigt. Auch bringt der erzeugte Bruch große Materialverluste mit sich.
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Bei Blechabständen von mehr als der Hälfte der eingestellten Solllänge (Lsoll) bleiben zu viele Pellets zwischen Blech und Matrize hängen und die Wege für das Verschieben der Blechsegmente werden zu groß.
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Ist das Lochblech-Segment im geeigneten Abstand angebracht, kann es die Pellets durch eine möglichst langsame Auslenkung schonend über die Kante der Matrize knicken. Auch hier zeigt sich analog zum Handversuch, dass die Pellets nicht immer direkt über die Presskanal-Austrittskante brechen, sondern oftmals auch einige wenige Millimeter oberhalb oder auch unterhalb. Die Lochgröße des Lochblechs und die Größe des Auslenkweges müssen so gewählt sein, dass die Pellets sicher abknicken und bei der Auslenkung zum erforderlichen Knickwinkel auch nicht im Loch des Lochblechs eingeklemmt werden können. Lochgröße, Pelletdurchmesser und Blechdicke sind also für optimale Ergebnisse aufeinander abzustimmen.
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Es hat sich herausgestellt, dass die Abknickwirkung des bzw. der Lochbleche noch gesteigert werden kann, wenn die Löcherränder auf der der Matrize zugewandten Seite (stromaufwärtige Seite) trichterförmig angefast sind, wobei der Fasenwinkel auf den Knickwinkel und den Pelletdurchmesser angepasst ist.
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Vorzugsweise ist im Falle einer Rundmatrize über den Lochblechen ein stationäres, vorzugsweise hinsichtlich des Abstands zum mindestens einen Lochblech einstellbares, Leitblech angeordnet, um die abgelängten Pellets schonend aufzufangen, abwärts im Kreis zu führen und abgebremst nach unten auszuschleusen.
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Aus Überlegungen der Matrizenfestigkeit sind die Löcher in einer Rundmatrize zumeist V-förmig versetzt angeordnet. Der Winkel zur Drehachse beträgt hierbei in aller Regel 35°. Bei einer solchen Ausge staltung ist es von Nachteil, wenn die Lochblech-Segmente als Rechtecke ausgeformt sind, da ansonsten die Kanten zwei benachbarter Bleche über dieselben Matrizenbohrungen laufen würden. Stattdessen ist es bevorzugt, wenn im Falle einer Rundmatrize die Lochbleche als Trapeze oder als Parallelogramme ausgebildet sind, wobei deren Kanten geradlinig entlang dem Lochverlauf der Matrizenbohrungen ausgebildet sind, also bei dem genannten Winkel von 35° zur Drehachse der Rundmatrize in genau diesem Winkel.
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Im Falle einer stationären (ggf. sich drehenden) Flachmatrize, bei der zwei oder mehr Koller um die Mittelachse der Flachmatrize rotieren, sind die stromabwärts, also unterhalb der Matrize, angeordneten Lochbleche hingegen vorzugsweise als Teilkreise ausgebildet, die um die Drehachse der Flachmatrize als Mittelpunkt angeordnet sind. Diese Lochblechsegmente sind vorzugsweise einzeln auslenkbar. Wie auch im Falle der Rundmatrizen werden die Lochbleche dann ausgelenkt, wenn sich gerade kein Koller über ihnen befindet. Die zeitgenaue Auslenkung kann wiederum mit einer Steuerung realisiert werden, der mit Hilfe eines Signalgebers die Winkelposition der rotierenden Koller übermittelt wird.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen schematischen Querschnitt durch eine modifizierte Rundmatrizenpresse mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung zum Ablängen;
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2 eine schematische Draufsicht auf Lochbleche in Form von Parallelogrammen für die Rundmatrize gemäß 1, mit einem Auslenkwinkel von 35° zur Drehrichtung;
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3 eine Detailansicht eines einzelnen, abgeknickten Pellets;
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4 eine schematische Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform der Lochbleche, hier in Form von Trapezen, mit einem Auslenkwinkel von 90° zur Drehrichtung;
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5 eine schematische Schnittansicht durch eine dritte Ausführungsform der Lochbleche, und
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6 eine Draufsicht auf die Lochbleche gemäß der 5.
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In der 1 ist eine Presse 1 mit einer sich im Innenraum 2 der Presse 1 um die Achse 6 drehenden Rundmatrize 10 (s. Pfeil f1) in einem schematischen Querschnitt dargestellt. Im Innenraum der Presse 1 rotieren zwei sich gegenüberliegende Koller 3 – vorzugsweise ohne eigenen Antrieb, sondern durch Reibungsmitnahme – um feste Achsen (s. Pfeile f2), die in den Innenraum zugeführtes faserhaltiges Trockenmaterial T in die Spalte zwischen Kolleroberfläche und Innenseite 13 der Rundmatrize 10 ziehen, um das Trockenmaterial dann durch Bohrungen 11 (auch Presskanäle genannt) in der Rundmatrize 10 zu pressen.
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In den Bohrungen 11 bilden sich somit kontinuierliche Stränge an verpresstem Trockenmaterial, das auf der Außenseite 14 der Rundmatrize 10 austritt und dort abgelängt werden muss. Es sei angemerkt, dass in der 1 der Einfachheit halber nicht in allen Bohrungen 11 Trockenmaterialstränge dargestellt sind. Die besagte Ablängung geschieht bei Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik mittels stationär angeordneter Messer, gegen welche die Materialstränge beim Rotieren der Rundmatrize 10 anlaufen.
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Erfindungsgemäß sind nun um den Außenumfang der Rundmatrize 10 segmentierte Lochbleche 15 vorgesehen, die entsprechend dem Umfang der Rundmatrize 10 gebogen und alle in gleichem radialen Abstand zur Achse 6 der Presse 1 angeordnet sind. Die Lochbleche 15 sind an der Rundmatrize 10 mittels nicht näher spezifizierter Befestigungsmittel 16 verbunden, so dass sich die Lochbleche 15 zusammen mit der Rundmatrize 10 in Richtung des Pfeils f1 drehen. Diese Verbindungen sind allerdings nicht starr ausgeführt, um die Lochbleche 15 zyklisch um kleine Wegstrecken auslenken zu können, was im Folgenden näher erläutert wird.
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In den Lochblechen 15, welche über der Umfangsfläche der Rundmatrize 10 verlaufende Querkanten 15a sowie in Umfangsrichtung verlaufende Längskanten 15b aufweisen, sind eine Vielzahl von Löchern 17 vorgesehen, welche im nicht ausgelenkten Zustand der Lochbleche 15 deckungsgleich mit den Bohrungen 11 der Rundmatrize 10 angeordnet sind. Die Öffnungsweite der Löcher 17 ist hierbei größer als der Durchmesser der Bohrungen 11 (s. 3). Weiterhin sind die Löcher 17 in einem Winkel α von 35° zur Achse 6 angeordnet. Die aus den Bohrungen 11 austretenden Trockenmaterialstränge treten demnach auch durch die jeweils deckungsgleich angeordneten Löcher 17 der Lochbleche 15.
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Zum Ablängen des Trockenmaterials zu Pellets P definierter Länge ist eine stationär angeordnete Auslenkeinrichtung 25 vorgesehen, welche seitlich an den vorbeirotierenden Lochblechen 15 anzugreifen vermag und diese dann nacheinander in Axialrichtung, bezogen auf die Achse 6 der Rundmatrize 10, auslenkt.
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Die Auslenkvorrichtung 25 umfasst hierzu vorliegend einen radial aus dem Gehäuse 2 der Presse 1 herausragenden exzentrischen Auslenkhebel 26, der an seinem äußeren freien Ende einen Schwenkarm 27 aufweist, an dem ein nur schematisch angedeutetes Betätigungselement 42 angreift und den Auslenkhebel 26 rotierend auslenkt (s. Pfeil f3 in der 1). Am anderen, in dem Gehäuse 2 der Presse 1 angeordneten Ende ist ein exzentrisch ausgebildeter Nocken 28 angeordnet (s.a. 2 und 3), der somit bei Drehung des Auslenkhebels 26 ebenfalls in Drehung versetzt wird (s. Pfeil f4 in 2). Gegen den Nocken 28 liegt ein Ende eines entlang dem Umfang der Rundmatrize 10 gekrümmten Hebelarms 29, hier in Form eines Flacheisens, an. Das andere Ende des Hebelarms 29 ist stationär drehbar gelagert (s. Pfeil f5), wobei die Drehachse 30 radial zur Achse 6 der Presse 1 angeordnet ist (senkrecht zur Bildebene in 2). Der Hebelarm 29 geht in ein radial zur Achse 6 verlängertes, aus dem Gehäuse 2 der Presse 1 hinausragendes Griffelement 32 über, das vorliegend herausziehbar oder herausdrehbar ausgestaltet ist, um über eine nicht dargestellte Öffnung an die Rundmatrize 10 zu gelangen.
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In dem Ausführungsbeispiel gemäß der 1 ist die Auslenkeinrichtung 25 derart angeordnet und sind die Lochbleche 15 derart segmentiert, dass kein Lochblech 15 über einem Koller 3 ausgelenkt wird. Eine Auslenkung erfolgt also nicht während des unmittelbaren Pressmoments, in dem der Pellet P in radialer Bewegung ist.
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In der 2 sind weitere Details eines Ausführungsbeispiels der Lochbleche 15 und der Auslenkeinrichtung 25 genauer dargestellt. Die in einem einheitlichen Radius gebogenen Lochbleche 15 weisen gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Parallelogrammform auf, die hier der Übersichtlichkeit halber in einer Ebene ausgewalzt und in der Draufsicht dargestellt sind. Wie in der 1 gezeigt, sind die Lochbleche 15 entlang des Außenumfangs der Rundmatrize 10 mit geringfügigem Abstand hintereinander angeordnet, wobei die Löcher 17 der Lochbleche 15 deckungsgleich mit den Austrittslöchern der Bohrungen 11 der Rundmatrize 10 ausgeführt sind. Auf beiden Längskanten 15b weisen die Lochbleche 15 jeweils zwei beabstandete Ansätze 18 auf, mit denen das jeweilige Lochblech 15 in stationären Parallelführungen 20 verschiebbar geführt wird. Auf der dem Auslenkhebel 26 abgewandten Längskante 15b von jedem Lochblech 15 ist über jeden der beiden Ansätze 18 eine Spiralfeder 19 geführt (alternativ ist ein vulkanisiertes Gummi verwendbar), die sich einerseits gegen einen Endanschlag 21 der zugehörigen Parallelführung 20 und andererseits gegen die entsprechende Längskante 15b des Lochblechs 15 abstützt.
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Durch Auslenkung des vorgenannten Auslenkhebels 26 wird bei rotierender Rundmatrize 10 der Nocken 28 gedreht und dadurch der Hebelarm 29 ausgelenkt, der wiederum auf einen mittig an der zugehörigen Längskante 15b angeordneten Fortsatz 22 des Lochblechs 15 eine axiale Kraft ausübt, so dass das Lochblech 15 axial in Bezug auf die Achse 6 beispielsweise etwa 6 mm ausgelenkt wird. Dadurch werden die gleichlangen Materialstränge, welche aus der Rundmatrize herausragen und durch das Lochblech 15 stechen über die Austrittskante 12 der Bohrungen 11 der Rundmatrize 10 zu Pellets P abgeknickt. Die Spiralfedern 19 sorgen dafür, dass die Lochbleche 15 und auch der Hebelarm 29 nach Auslenkung durch den gesteuerten Nocken 28 wieder in die Grundstellung zurückgeführt werden und nach dem Abknicken der Pellets P wieder über den Löchern 17 platziert werden.
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Aufgrund des besagtes Winkels α von 35° gegenüber der Achse 6 werden die parallelförmigen Lochbleche 15 zum Abknicken der Pellets P auch in Richtung dieses 35°-Winkels ausgelenkt (s. Pfeil f6 in 2). Die Ruhelage der Lochbleche 45 (Deckungsgleichheit der Löcher 17 und der Bohrungen 11) ist durch senkrechte gestrichelte Linien angedeutet.
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Der Abknickvorgang ist in der 3 genauer dargestellt. Mit einem Abstand d ist das Lochblech 15 über der Rundmatrize 10 angeordnet, die hier der Einfachheit halber auch linear abgerollt dargestellt ist. Der Abstand d beträgt vorzugsweise zwischen 0,4 × D und 3,5 × D, wobei D der Durchmesser der Trockenpellets ist. Als sehr vorteilhaft hat sich ein Abstand zwischen 0,7 × D bis 0,9 × D herausgestellt. Zur Steigerung der Abknickwirkung weisen die Löcherränder auf der zur Matrize 10 gewandten Seite trichterförmige Fasen 24 auf, wobei der Fasenwinkel dem Knickwinkel und dem Pelletdurchmesser angepasst ist. Die Pellets P werden durch eine Auslenkung des Lochblechs 15 über die Austrittskanten 12 aus den Presskanälen bzw. Matrizenbohrungen 11 abgeknickt, wie dies in 3 im Detail dargestellt ist. Die Pellets P werden also vorliegend nicht geschnitten, sondern geknickt und dann durch die Fliehkraft der sich drehenden Matrize 10 und der Lochbleche 15 in Richtung der Leitbleche 35 gefördert.
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Zur Regelung des Systems ist auf der Rundmatrize 10 ein in 1 schematisch dargestellter Signalgeber 40 befestigt, welcher die Winkelposition der Rundmatrize 10 an eine Steuerung 41 übermittelt. Diese wiederum wirkt auf das nur schematisch angedeutete Betätigungselement 42, wie oben beschrieben.
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Zurückkommend auf die 1 sind über den Lochblechen 15 in einem einstellbaren Abstand stationäre, nicht rotierende, die Lochbleche 15 abdeckende Leitbleche 35 angeordnet, welche die abgelängten Pellets P schonend abbremsen, im Kreis führen und nach unten ausschleusen. Der Abstand der Leitbleche 35 wird über Stellelemente 36 eingestellt und fixiert. Der Abstand dieser feststehenden Leitbleche 35 kann als Maximallängenbegrenzung dienen. Das heißt, wenn ein Pellet P durch eine Schwachstelle (Riss o.ä.) in der Bohrung 11 einmal von selbst abbrechen sollte, wird es vom Leitblech 35 am Herausfallen aus der Bohrung 11 gehindert. So können Überlängen zuverlässig vermieden werden.
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Die in der 1 dargestellte Vorrichtung arbeitet wie folgt: Durch eine axiale Verschiebung der an der Rundmatrize 10 befestigten und mir ihr rotierenden Lochbleche 15 um wenige Millimeter werden die Pellets P schonend abgeknickt. Die Geschwindigkeit der Auslenkung der Lochbleche 15 ist durch die Verwendung des Hebelarms 29 gering und kann je nach technischer Umsetzung auf bis zu etwa 0,05 m/sec reduziert werden. Das Abknicken erfolgt also langsam und schonend. Die einzelnen Pellets P wachsen weitgehend gleichmäßig schnell und ragen einheitlich lang aus der Rundmatrize 10 durch die Lochbleche 15, wo sie zyklisch und gleichzeitig während einer definierten Umdrehung abgeknickt werden. Die abzulängenden Pellets P prallen also im Gegensatz zum Stand der Technik nicht gegen stehende Hindernisse wie beispielsweise Querstege. Das feststehende, wenige Zentimeter über den Lochblechen angebrachte Leitblech 35 fängt die an der immer gleichen Stelle (Position des auslenkenden Nockens oder Zylinders) abgeschnittenen Pellets P auf, führt sie auf einem Teilkreis und bremst sie schonend ab, bevor sie über einen Übergangsbereich 4 und einen Ausleitschacht 5 in einen nicht dargestellten Kühler gelangen. Die Pelletlänge ist über die Nockensteuerung einstellbar. Beispielsweise können – bei einem 4 mm Vorschub pro Umdrehung – Pellets alle sechs Umdrehungen, resultierend in einer Pelletlänge von 24 mm, oder alle acht Umdrehungen, was eine Pelletlänge von 32 mm Pelletlänge ergibt, erzeugt werden.
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In der 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für Lochbleche gezeigt, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichwirkende Elemente bezeichnen. In diesem Fall sind die Lochbleche 45 trapezförmig ausgestaltet, wobei die Bleche 45 alternierend angeordnet sind. Auch bei dieser Ausführungsform weisen die Längskanten 15b der Lochbleche 45 Ansätze 18 auf, die in stationären Parallelführungen 20 gegen die Federkraft von Spiralfedern 19 geführt sind und durch einen von einem Nocken 28 ausgelenkten Hebelarm 29, der auf einen Fortsatz 22 wirkt, in Richtung auf einen Endanschlag 21 verschoben werden (s. Pfeil f7). Es besteht bei dieser Ausführungsform die Möglichkeit, zwei benachbarte Lochbleche 45 gleichzeitig oder nacheinander auszulenken (in der 4 die mittleren beiden). Die Ruhelage der Lochbleche 45 (Deckungsgleichheit der Löcher 17 und der Bohrungen 11) ist durch senkrechte gestrichelte Linien angedeutet.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in den 5 und 6 dargestellt.
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In 5 ist ein Teilquerschnitt durch eine – wieder in einer Ebene ausgerollten – Rundmatrize 10 sowie ein Lochblech 55 zu sehen. 6 zeigt dieselbe Ausführung in einer Draufsicht. Im Unterschied zu den ersten beiden Ausführungsbeispielen sind hier die Lochbleche 55 über in einem Winkel α von 35° zur Achse 6 ausgerichtete Langlöcher 56 ver schiebbar. In diesen Langlöchern 56 laufen Bolzen 57, die auf der Rundmatrize 10 befestigt sind. Diese Bolzen 57 sind mittels je einer Zugfeder 59 mit einem im Bereich der Längskanten 15b auf dem Lochblech 55 befestigten Bolzen 58 verbunden. Die Langlöcher 56 ermöglichen eine 35°- Schrägausle nkung (s. Pfeil f8) von etwa 6 mm für Pellets P mit 6 mm Durchmesser. Die 35° ergeben sich hier wiederum aus der Reihenanordnung der Matrizenbohrungen 11, welche auf der Matrize 10 in Laufrichtung in V-Form unter einem Winkel von 35° angeordnet sind.
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Beispielspielsweise werden bei der Ausführungsform gemäß der 5 und 6 sieben Lochbleche 55 mit je 440 Löchern verwendet. Die Lochbleche 55 werden nach der Auslenkung durch die Zugfedern 59 zurückgestellt. Die Auslenkung erfolgt analog zu den anderen beiden Ausführungsbeispielen über einen exzentrischen Nocken, der zur Verlängerung der Auslenkstrecke einen Hebelarm, wie beispielsweise wiederum ein Flacheisen, auslenkt, s. Pfeil f9 in der 6, der die Richtung der Krafteinwirkung auf den Fortsatz 22 angibt – Hebelarm und Nocken sind in der 6 der Einfachheit halber nicht eingezeichnet.
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Nachfolgend soll ein konkretes Beispiel für eine Nachrüstung einer bestehenden Presse gegeben werden. Eine bekannte Presse mit einer Leistung von 4 to/h stammt beispielsweise vom Hersteller CPM. Ihr Matrizendurchmesser beträgt 960 mm, wobei zwei Koller sich gegenüberliegen. Es sind 3080 Löcher vorgesehen, wobei die Arbeitsbreite (Bereich mit Löchern) 110 mm beträgt. Die benötigte Kraft, um einen einzelnen Pellet abzuscheren, liegt für noch heiße, frisch gepresste Pellets bei etwa 10–20 g/Stück. Wählt man als Anzahl der Bleche beispielsweise sieben Parallelogramm-Bleche, so sind bei einer Gesamtzahl von 3080 Löchern jeweils pro Blech 440 Löcher vorzusehen. Es ergibt sich also ein Kraftaufwand von etwa 4,4 bis 8,8 kg für das Abknicken der 440 Pellets.
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Die genannte 4-Tonnen-Presse dreht mit 2,5 U/sec. Dies bedeutet bei zwei gegenüberliegenden Kollern 3 und 2 mm pro Koller einen Vorschub von 10 mm pro Sekunde oder 4 mm Vorschub pro Umdrehung. Bei einer eingestellten Solllänge (Lsoll) der Pellets von 32 mm sind die Lochbleche 15 daher alle acht Umdrehungen der Rundmatrize 10 auszulenken. Die Pelletlänge ist mit der erfindungsgemäßen Technik also bei dieser bekannten Presse in 4 mm Schritten (Vorschub pro Umdrehung) einstellbar. Allgemein ist die Schrittbreite abhängig vom pressentypischen Vorschub pro Umdrehung. Es sei angemerkt, dass es auch Rundmatrizenpressen gibt, welche mit drei Kollern arbeiten. Bei diesen Pressen ist der Vorschub pro Koller etwas kleiner.
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Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass weitestgehend Schneide-, Scher- oder Quetschkräfte bei der Pelletablängung vermieden werden können. Vielmehr werden die Pellets durch Hebelwirkung abgeknickt, wobei die Hebellänge hierbei vom Abstand d der jeweiligen Öffnung 17 des Lochblechs 15, 45, 55 zur Austrittskante 12 der zugehörigen Bohrung 11 der Rundmatrize 10 gebildet wird. Die Leitbleche 35 begrenzen die maximale Pelletlänge und dienen zum schonenden Ausleiten der Pellets aus der Presse 1.
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Bei Flachmatrizenpressen ist das erfindungsgemäße Prinzip analog anwendbar. Bekannte, kreisförmig ausgestaltete Flachmatrizen drehen sich nicht; vielmehr drehen sich hier die Koller, vorzugsweise passiv, um eine durch den Mittelpunkt der Flachmatrize drehende Welle. Die erfindungsgemäßen Lochbleche werden vorzugsweise als Kreissegmente unter der Flachmatrize verschiebbar angebracht und vorzugsweise radial ausgelenkt. Hierbei ist der Exzenter, beispielsweise der exzentrisch ausgebildete Nocken, innen und vorteilhafterweise auf der Welle angeordnet, so dass die Lochbleche radial nach außen geschoben werden. Die Auslenkhebel können alternativ auch außen sitzen, so dass die Lochbleche radial nach außen gezogen werden. Das Leitblech dreht sich hierbei jeweils vorteilhafterweise mit, die Pellets werden durch die Fliehkraft nach außen transportiert.
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Die Erfindung wurde anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Abwandlungen innerhalb der Ansprüche sind ohne Weiteres möglich. So kann beispielsweise die Auslenkeinrichtung auch dergestalt ausgebildet sein, dass eine der Längskanten eines Lochblechs gegen eine stationäre steile Rampe anläuft, das Lochblech dementsprechend axial (quer) ausgelenkt wird und nach dem Rampendurchlauf wieder in seine Ruheposition zurückkehrt. Auch kann die Anordnung der Löcher auf den Lochblechen von den gezeigten 35°-Ausrichtungen selbstverständlich abweichen. Die verschiedensten Lochgeometrien können realisiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Presse
- 2
- Gehäuse
- 3
- Koller
- 4
- Übergangsbereich
- 5
- Ausleitschacht
- 6
- Achse
- 10
- Rundmatrize
- 11
- Bohrungen
- 12
- Austrittskante
- 13
- Innenseite
- 14
- Außenseite
- 15
- Lochblech
- 15a
- Querkanten
- 15b
- Längskanten
- 16
- Befestigungsmittel
- 17
- Löcher
- 18
- Ansatz
- 19
- Spiralfeder
- 20
- Parallelführungen
- 21
- Endanschlag
- 22
- Fortsatz
- 24
- Fase
- 25
- Auslenkeinrichtung
- 26
- Auslenkhebel
- 27
- Schwenkarm
- 28
- Nocken
- 29
- Hebelarm
- 30
- Drehachse
- 32
- Griffelement
- 35
- Leitblech
- 36
- Stellschraube
- 37
- Lagerung
- 40
- Signalgeber
- 41
- Steuerung
- 42
- Betätigungselement
- 45
- Lochblech
- 55
- Lochblech
- 56
- Langloch
- 57
- Bolzen
- 58
- Bolzen
- 59
- Zugfeder
- T
- Trockenmaterial
- P
- Pellets
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Europanorm EN 14961-2 [0004]