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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Presse und ein Verfahren zur Erzeugung von rechteckigen Ballen nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
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Alle heutigen landwirtschaftlichen Ballenpressen für die Erzeugung rechteckiger Ballen, ob Kleinballenpressen oder Großballenpressen, arbeiten nach dem „Strangpress-Prinzip“, das in Deutschland unter der Patentnummer 2171 im Jahre 1877 für Peter Keils Dederick, Abany, USA patentiert wurde mit dem Titel: „Presse für Heu, Stroh oder Baumwolle mit Göpelbetrieb, wobei ein vorverdichteter Ballen den nachgiebigen Widerstand für jede neue Pressung bildet.“
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Neben der damals neuen kontinuierlichen Arbeitsweise hat das Strangpressverfahren im Laufe der Zeit den zentralen Vorteil deutlich werden lassen, dass alle eingebrachten Pressgutmengen bei ihrer ersten Verdichtung durch den Kolben in eine flachgedrückte Halmlage gebracht werden und sich dabei bis an die Presskanal-Wände ausdehnen. Dieses zeigt sich in dem erwünschten eckigen Ballen-Querschnitt. Dabei ist wichtig, dass der zuführende Raffer eine hinreichende Halmgutmenge vorgelegt bekommen hat und diese einigermaßen gleichmäßig über die Querschnittsfläche verteilt. Weitere Verdichtungen ändern dann nicht mehr den Querschnitt der Packungen sondern verringern nur deren Dicke und erhöhen ihre Dichte.
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Die Bindung erfolgte ursprünglich mithilfe von eingelegten Teilbrettern von Hand im Kanalmittelbereich im optimalen Dichtebereich, allerdings unter schwierigsten Arbeitsbedingungen. Seit fast 100 Jahren haben sich automatische Bindungen durchgesetzt: Nadelschwingen führen die Bindemittel Garn oder Draht heute von unten nach oben in den Bereich von Knotern bzw. Verdrillern, die auf einer Binderwelle angeordnet sind, um durch eine Knotenbildung die Bindung und damit die Ballenbildung abzuschließen. Da natürlich die Nadeln nicht jederzeit mit dem Bindemittel durch den Presskanal und die darin sich zumeist befindliche Pressgutmasse hindurch gestoßen werden können, nutzt man vorgesehene Schlitze im Kolben zur geeigneten Zeit aus, wenn sich dieser in die vordere Lage begibt und das Pressgut verdichtet, sodass die Nadeln geschützt nach oben zu bewegen sind.
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Zur Ballen-Längen-Festlegung verwenden die Pressen überwiegend Weg-messende Zackenräder, die in der Mitte des Presskanals im oberen oder unteren Bereich den Vorschub des Pressstranges erfassen. Ist ein vorgegebener Zielwert erreicht, wird der Bindevorgang ausgelöst. Allerdings ergeben sich in der Praxis oftmals unbefriedigende unterschiedliche Ballenlängen, die einem geordneten Stapeln für Transport und Einlagerung entgegenstehen. Die Ursachen für die nachteiligen Längenunterschiede liegen neben vermeidbaren Unzulänglichkeiten in der Anordnung und Ausführung des Zackenrades und seiner mechanischen Elemente in folgenden zwei Punkten:
- - Nach dem Bindesignal, das im Normalfall während eines Pressgut-Einschubes vom Zackenrad erfolgt, wird mit dieser unbestimmten Menge noch eine weitere, ebenfalls nicht erfasste letzte Pressgutmenge mit dem Bindehub vor den hochgehenden Nadeln mit dem Bindemittel (z.B. Garn) in den Ballen eingebunden.
- - Zudem ergeben sich unkontrollierbare Rückexpansionen des Pressgutstranges beim und nach dem Bindevorgang.
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Zur Lösung dieser Problematiken sind verschiedene Lösungen vorgeschlagen geworden:
- In der europäischen Patentschrift EP 0 876 753 B1 ist vorgesehen, dass das Zackenrad als Längen-Messrad elektronische Signale an eine spezielle AuswerteElektronik abgibt, die den optimalen Auslösezeitpunkt der Bindung errechnet und bestimmt.
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Die europäische Patentschrift
EP 1 491 086 B1 berücksichtigt bei einer GroßballenPresse mit gesteuerter Vorpresszufuhr auf elektronischem Wege die Messung aller eingebrachten Verdichtungshübe im Pressstrang und errechnet aus diesen den optimalen Bindungszeitpunkt unter Berücksichtigung des letzten, bei dem Bindehub vorhersehbaren Presshubes und kann so auch berücksichtigen, ob der zu erwartende letzte Hub eine Pressgutmenge bringen wird oder eine von der Zufuhrsteuerung verursachte Null-Menge sein wird.
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Die deutsche Patentschrift
DE 198 55 632 C1 zeigt eine Festkammerpresse für größere Quaderballen in einheitlichen Abmessungen mit einer Beschickung von unten her in faltender Form. Die Faltenbildung insbesondere in der Endlage kann allerdings nicht die exakte Ausformung wie bei der oben genannten vorteilhaften Schichtenbildung der ersten Verdichtung des Strangpressverfahrens erreichen, weshalb sich dieses Verfahren nicht durchsetzen konnte.
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Die deutschen Offenlegungsschriften
DE 26 47 472 A1 und
DE 26 47 473 A1 zeigen ebenfalls Festkammerpressen für große Ballen mit einer Beschickung von unten und einer waagerechten Hauptverdichtung. Da auch hier nicht die optimale erste Schichtenbildung des Strangpressverfahrens genutzt wird, konnten sich diese Maschinen nicht dauerhaft durchsetzen.
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Die deutsche Patentschrift
DE 1 084 512 von 1960 offenbart eine Bindevorrichtung einer Ballenpresse nach dem Strangpressprinzip, die ein Abbinden des erzeugten Pressgutstranges im Zeitpunkt der höchsten Dichte, d.h. in vorderer Totpunktlage des Kolbens ermöglicht. Damit wird die oben erwähnte problematische Rückexpansion minimiert und es ergeben sich besonders feste und gut geformte Ballen. Diese Maschinen haben anfänglich Eingang in die Praxis gefunden und ihre Vorzüge bewiesen. Allerdings haben die hierfür notwendigen Steuerelemente sich auf Dauer als nicht praxistauglich erwiesen.
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Die deutsche Patentschrift
DE 199 15 312 C1 offenbart eine Großballenpresse zur Herstellung quaderförmiger Ballen, wobei auf einer quer zur Pressrichtung zeigenden Welle drehfest angebrachte Sternräder vorgesehen sind, die nur in Pressrichtung verdrehfähig sind.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 100 60 211 A1 befasst sich mit einer Bindevorrichtung für Ballenpressen, wobei vorgeschlagen wird, dass Übersetzungsmittel zwischen einer Eintourenkuppplung und einer Knoterwelle angeordnet sind, sodass die Knoterwelle während einer ganzen Umdrehung der Eintourenkupplung ebenfalls eine ganze Umdrehung, jedoch schneller als die Eintourenkupplung, ausführt.
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Die deutsche Auslegeschrift
DE 10 84 512 A beschreibt eine Vorrichtung an Ballenpressen zum Freihalten des Füllabschnitts des Presskanals vom Bindemittel, wobei ein zwischen Bindenadel und Bindevorrichtung gestrecktes Bindemittel in eine Lage außerhalb des Füllbereichs des Presskanals bewegt wird.
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Demgegenüber stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine verbesserte Presse und ein verbessertes Verfahren zur Erzeugung von rechteckigen Ballen aus Erntegut in kontinuierlicher Arbeitsweise bereitzustellen, wobei eine gleichmäßige Länge der erzeugten Ballen sichergestellt ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Presse und durch ein Verfahren gelöst, die sich aus den unabhängigen Ansprüchen ergeben. Vorteilhafte Ausführungsformen der Presse und Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Die erfindungsgemäße Presse ist zur Erzeugung von rechteckigen Ballen aus Pressgut, insbesondere aus landwirtschaftlichem Erntegut, vorgesehen. Die Presse arbeitet im Prinzip nach dem oben bereits beschriebenen Strangpressverfahren, wobei zumindest phasenweise gepresstes Pressgut als nachgiebiger Widerstand bei der Pressung weiteren Pressguts dient. Die Presse kann mit einer Aufnahmeeinrichtung (Aufsammler) für das Pressgut ausgestattet sein, wobei das Pressgut in der Regel vom Boden aufgenommen wird. Weiterhin ist eine übliche Pressgutzuführung vorgesehen. Das Pressgut wird in einen Presskanal der Presse geführt und mittels eines Verdichtungskolbens in an sich bekannter Weise verdichtet. Für den Betrieb der Presse ist ein an sich bekanntes Antriebsgetriebe vorgesehen, das über eine Kurbel den Verdichtungskolben antreibt. Weiterhin umfasst die Presse eine Bindeeinrichtung, um das verdichtete Pressgut in Form eines rechteckigen Ballens binden zu können. Der fertige Ballen wird in der Regel über eine an sich bekannte Schurre ausgestoßen. Kernpunkt der Erfindung ist, dass die Presse mit Arretierungsmitteln ausgestattet ist, die für eine temporäre Arretierung von gepresstem Pressgut zumindest während des Bindevorgangs vorgesehen sind.
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Die Erfindung begegnet hiermit der Problematik, dass beim bisherigen Strangpressverfahren nach Auslösung der Bindung noch ein Teil des Auslösehubes und die jeweilige kleine oder große Menge des Bindungshubes in den Ballen unkontrolliert eingebunden werden und so zu unvorhersehbarer Ballenverlängerung führen. Durch die erfindungsgemäße vorgesehene temporäre Arretierung des zu bindenden Ballens bzw. des verdichteten Pressguts während des Bindevorgangs ermöglicht die Erfindung, dass mit dem Bindungs-Auslösesignal sofort der Presskanalvorschub im Bereich des hinteren Ballenendes gestoppt wird. Hierdurch werden diese beiden Mengen (Pressgut des Auslösehubes und Pressgut des Bindehubes) zwar auch noch in den Ballen eingebunden, sie verlängern aber nicht mehr den Ballen sondern erhöhen stattdessen seine Dichte. Dabei ist besonders vorteilhaft, dass durch diese Dichterhöhung keine zusätzliche Zugbelastung der in den Garnhaltern der Bindeeinrichtung gefangenen Oberfäden verursacht wird, da keine Pressstrangverschiebung in dem Bereich auftritt, in dem die Oberfäden von unten durch den Pressstrang nach oben verlaufen.
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Die Arretierungsmittel werden von Blockierungsmitteln gebildet, die oben und/oder unten und/oder seitlich des Presskanals angeordnet sind und die den Pressstrangvorschub durch seitliches (und/oder von oben und/oder unten) Eingreifen in den zu bindenden Ballen blockieren. Die Blockierungsmittel sind vorzugsweise in Pressrichtung stromabwärts der Bindeeinrichtung angeordnet sind und befinden sich vorzugsweise in dem Bereich des Presskanals, in dem das verdichtete Pressgut während des Bindevorgangs liegt. Dieser Bereich kann beispielsweise zwischen der Position liegen, in dem die Nadeln der Bindeeinrichtung den Presskanal durchstoßen und der Position, an der aufwärts gerichtete Bindegarnstränge den Presskanal durchlaufen.
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Die Arretierungsmittel oder Blockierungsmittel sind vorzugsweise am Presskanal angeordnete, insbesondere seitlich angeordnet. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um steuerbare Arme und/oder steuerbare Zackenräder und/oder steuerbare Klappen und/oder steuerbare Platten und/oder steuerbare Gurte sind. Vorzugsweise sind die Arretierungsmittel schwenkbar. Weiterhin sind die Arretierungsmittel vorzugsweise mit Eingriffsmitteln zum Eingriff in das verdichtete und zu bindende Pressgut ausgestattet. Zweckmäßigerweise ist die Wandung des Presskanals an den entsprechenden Stellen mit Aussparungen versehen, damit die Eingriffsmittel der Arretierungsmittel das Pressgut erreichen können. In einem besonders bevorzugten Beispiel handelt es sich bei den Arretierungsmittel um seitlich am Presskanal angeordnete schwenkbare Stop-Arme mit Eingriffszähnen.
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Es gibt verschiedene Wege, die gezeigte Steuerung für eine Stop-Funktion bzw. für entsprechende Arretierungsmittel zu realisieren. Die vorliegende beispielhafte Ausführung dient nur dem Zweck, das Prinzip der Steuerung des Presskanals zu erläutern, um damit die inakzeptablen Längentoleranzen von Ballen bei hohen Durchsätzen in eine Dichteerhöhung umzuwandeln.
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Möglich sind zum Beispiel auch:
- • am Preßkanal angeordnete Zackenräder, gesteuert durch Bremse oder Klinke von Längen-Meßeinrichtung
- • beispielsweise hydraulische oder elektrische Press-Klappe(n) mit gesteuerter Bremssteuerung
- • Bremsplatten mit Noppen, einschwenkend gesteuert
- • Gummigurt mitlaufend, Bremswirkung gesteuert durch zum Beispiel Klinke oder Bremse
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Weiterhin ist die erfindungsgemäße Presse mit einem oder mehreren Mitteln zur Längenmessung des gepressten Pressguts ausgestattet. Die Arretierungsmittel sind dabei in Abhängigkeit von der Längenmessung auslösbar, sodass bei Erreichen der vorgebbaren Länge des zu bindenden Ballens die Arretierungsmittel oder Blockierungsmittel ausgelöst werden und der Pressstrangvorschub blockiert wird. Gleichzeitig wird in Abhängigkeit von der Längenmessung, also bei Erreichen der vorgebbaren Länge des zu bindenden Ballens, die Bindeeinrichtung aktiviert, sodass das arretierte gepresste Pressgut gebunden werden kann. In bevorzugter Weise kann es sich bei dem Mittel zur Längenmessung um ein an sich bekanntes Wegmessendes Zackenrad handeln.
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In einer anderen prinzipiellen Ausführungsform handelt es sich bei den Arretierungsmitteln um wenigstens ein Abteilungsmittel, insbesondere eine oder mehrere Klappen oder Türen, die den Presskanal in Ausschieberichtung der gepressten und gebundenen Ballen temporär verschließen bzw. abteilen. In dieser Ausführungsform wird gewissermaßen vorübergehend im Presskanal eine Art Festkammer gebildet. Vorzugsweise werden die Abteilungmittel von wenigstens zwei Klappen gebildet, die schwenkbar an horizontalen oder vertikalen Achsen gelagert sind. Beispielsweise kann die eine Klappe im geöffneten Zustand auf der Ebene der Oberseite des Presskanals und die andere Klappe im geöffneten Zustand auf der Ebene der Unterseite des Presskanals ausgerichtet sein. Im geschlossenen Zustand verschließen die Klappen den Presskanal und bilden dabei eine rückwärtige Wand, gegen die die Verdichtung des Pressguts erfolgt.
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Es ist vorzugsweise vorgesehen, dass Mittel zur Druckmessung vorhanden sind, die den Druck im Presskanal erfassen können. So kann in Abhängigkeit von der Druckmessung, also insbesondere dann, wenn ein vorgesehener Druck erreicht wird, die Bindeeinrichtung ausgelöst werden. Dies ist besonders vorteilhaft, da der Druck als Maß für die Verdichtung gewertet werden kann, sodass mittels der Druckerfassung ermittelt werden kann, wann die erforderliche Pressdichte des Pressguts erreicht ist. In einer beispielhaften Ausgestaltung, bei der die den Presskanal temporär verschließenden Klappen über Zylinder betätigt werden, kann eine Druckmessung, die vor allem Presskraftspitzen erfassen kann, durch die Anordnung von Messzylindern an den Zylindern der Klappen erfolgen. Wenn der erforderliche Druck erreicht ist, wird dann die Bindung ausgelöst. Nach erfolgter Bindung können die Klappen geöffnet werden und der Vorschub des Ballens erfolgt wieder nach dem bekannten Strangpressverfahren.
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Vor allem in der beschriebenen zweiten prinzipiellen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Presse sind vorzugsweise Mittel zum Herausziehen von gepressten und gebundenen Ballen aus dem Presskanal vorgesehen, die den Vorschub des Ballens unterstützen. Das Herausziehen des gebundenen Ballens erfolgt also bei geöffneter Festkammer bzw. bei geöffneten Klappen. In dem dann realisierten Strangpressverfahren werden solange weitere Pressgutmengen vom Verdichtungskolben in den geöffneten Presskanal (die geöffnete Festkammer) gepresst, bis der gebundene Ballen beispielsweise mehr als die Hälfte seiner Länge ausgeschoben ist. Dann kann er von den an entsprechender Position angebrachten Mitteln zur Herausziehen, beispielsweise oberhalb und unterhalb angebrachten Auszugswalzen, erfasst und weitertransportiert werden.
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In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung dieser prinzipiellen Ausführungsform ist wenigstens ein Sensormittel zur Erfassung des herausgezogenen Ballens vorgesehen. Dies hat den Vorteil, dass in Abhängigkeit von einem Signal des Sensormittels das wenigstens eine Abteilungsmittel, also beispielsweise die Klappen, betätigbar ist und wieder geschlossen werden können.
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In dieser zweiten prinzipiellen Ausführungsform wird das Strangpressverfahren also dadurch verbessernd abgewandelt, dass der Pressstrang im Bereich der vorgesehenen Ballenlänge unterteilt und mit Klappen oder Türen abgetrennt zu einer Art Festkammerpresse ausgeführt ist. Hier gibt es dann keine einstellbare Ballenlänge mehr sondern eine fest vorgegebene Presskanallänge entsprechend einer dazugehörigen Ballenlänge. Es werden in den Presskanal dieser Presse, in dem sich schon einige gepresste und geformte Schichten befinden, solange weitere Pressgutmengen zugeführt und in die am Ende verschlossene Kammer gepresst, bis eine vorgegebene Dichte erreicht ist, die über einen speziellen Drucksensor den Bindevorgang ausgelöst. Die auslösende Packung und die folgende Bindepackung werden noch erfasst und mit eingebunden. Mit Bindungsabschluss werden die Klappen oder Türen der Kammer in Strangrichtung geöffnet und weitere Pressmengen schieben unter jetzt verringertem Reibungsdruck den gebundenen Ballen so weit vor sich her, bis ein Auszugssystem diesen erfassen und herausziehen kann. Dadurch wird Raum geschaffen für das Schließen der Klappen (Endklappen) oder Türen. Weitere Pressgutmengen füllen dann wieder die Festkammer und steigern die Dichte bis zur erneuten Bindungsauslösung.
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Vorteilhaft ist bei dieser Ausführung, dass die Türen oder Klappen ein sicheres Abstoppen des Pressstranges auch bei großen Ballenquerschnitten erlauben. Besondere Belastungen des Oberfadens, die bei herkömmlichen Großballenpressen aufwendige Doppelknoter-Systeme erforderlich machen, treten hier nicht auf. Durch die geringeren Drücke beim Ausschieben der gebundenen Ballen lassen sich ein Großteil der Ausschiebearbeit einsparen, wodurch der Betriebsmittelverbrauch reduziert wird.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein verbesserter Bindevorgang und eine verbesserte Bindeeinrichtung. Die verbesserte Bindeeinrichtung hat besondere Vorteile im Zusammenhang mit der beschriebenen Presse. Die Bindeeinrichtung kann aber auch für andere Pressen, die nach dem Strangpressverfahren arbeiten, mit Vorteil eingesetzt werden. Die Erfindung umfasst daher eine Presse gemäß der obigen Beschreibung für rechteckige Ballen aus Pressgut, insbesondere aus landwirtschaftlichem Erntegut, nach einem Strangpressverfahren, wobei zumindest phasenweise gepresstes Pressgut als nachgiebiger Widerstand bei der Pressung weiteren Pressguts dient und wobei die Presse gegebenenfalls eine Aufnahmeeinrichtung (Aufsammler), eine Pressgutzuführung, einen Presskanal, einen Verdichtungskolben und eine Bindeeinrichtung umfasst. Bei derartigen Pressen werden dabei in der Regel der Verdichtungskolben und die Bindeeinrichtung über einen gemeinsamen Antrieb angetrieben. In dieser bevorzugten Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die Bindeeinrichtung eine Nadelschwinge umfasst, wobei der Antrieb für die Nadelschwinge so ausgelegt ist, dass eine Binderwelle der Bindeeinrichtung mit einer mehrfachen Drehzahl, beispielsweise zweifach oder dreifach, in Bezug auf den Hub des Verdichtungskolbens antreibbar ist. Dies hat den Vorteil, dass der Bindevorgang deutlich schneller und robuster als bei herkömmlichen Pressen dieser Gattung durchgeführt werden kann. In bevorzugter Weise wird dieser Antrieb für die Nadelschwinge dadurch realisiert, dass der Antrieb für die Nadelschwinge ein Mehrgelenkgetriebe mit fünf oder mehr Gelenken umfasst. Hierdurch ist es möglich, dass der Antrieb in der Startphase einen großen Abstand der Zuglinie zum Nadelschwinge-Drehpunkt aufweist. Dieser Abstand nimmt dann im weiteren Verlauf ab. Durch die mittels dieser Bindeeinrichtung mögliche sehr schnelle Ausführung des Bindevorgang ist es möglich, die Bindung in der vorderen Totpunktlage des Verdichtungskolbens auszuführen bzw. den Bindevorgang zu diesem Zeitpunkt insbesondere durch einen Knoten abzuschließen und damit den Ballen im Zustand der maximalen Verdichtung zu fixieren. Hierdurch wird in besonders vorteilhafter Weise eine ungewollte Rückexpansion des gebundenen Ballens zuverlässig vermieden. Durch eine Kombination dieser vorteilhaften Bindeeinrichtung, die einen Abschluss des Bindevorgangs in der vorderen Totpunktlage bei maximaler Verdichtung erlaubt, mit der beschriebenen temporären Arretierung des zu pressenden Pressguts während des Bindevorgangs wird eine besonders vorteilhafte Presse realisiert, die zur Erzeugung von gleichmäßig langen Ballen auch bei Ungleichmäßigkeiten des aufgenommenen Pressguts in kontinuierlicher Arbeitsweise in der Lage ist.
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Die vorliegende Erfindung löst die Rückexpansions-Problematik mithilfe der Totpunktbindung, die insbesondere durch zweifache oder auch dreifache Binderwellen-Drehzahl gekennzeichnet ist und damit auf anfällige Steuerelemente verzichten kann. Bisher verwendete Knoter, Garnhalter, Garnschieber und ähnliches können für sich ohne weiteres mit erhöhter Drehzahl betrieben werden, da diese Bauteile eine geringe Masse aufweisen. Der herkömmliche Antrieb der Nadelschwinge ist aber schon bei der Normaldrehzahl problematisch, so dass zur Endlagen-Stabilisierung Dämpfungsmittel wie Scheibenbremsen oder ähnliches bisher eingesetzt wurden. Für den Nadelschwingen-Antrieb gemäß der Erfindung wird ein optimiertes System vorgeschlagen, das mit geringeren Beschleunigungen und damit Kräften in der Anfangs- und Endphase die höhere Binderwellen-Drehzahl zulässt. Dies wird vorzugsweise durch einen Antrieb der Nadelschwinge mit fünf oder mehr Gelenken realisiert. Hierbei sind vorzugsweise zumindest ein Zwischenlenker (Kurzlenker) und ein Haltelenker, der gestellfest gelagert ist, vorgesehen.
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Die Erfindung umfasst schließlich ein Verfahren zur Erzeugung von rechteckigen Ballen aus Pressgut, insbesondere aus landwirtschaftlichem Erntegut, nach einem Strangpressverfahren, wobei zumindest phasenweise gepresstes Pressgut als nachgiebiger Widerstand bei der Pressung von weiterem Pressgut dient und wobei das Pressgut in einen Presskanal eingebracht wird und verdichtet und gebunden wird. Bei diesem Verfahren wird das verdichtete Pressgut zumindest während des Bindevorgangs temporär arretiert. Der Pressstrangvorschub wird erfasst und in Abhängigkeit von dem erfassten Pressstrangvorschub wird die Bindung ausgelöst, wobei für die Zeit des Bindevorgangs das verdichtete Pressgut arretiert wird, indem in Abhängigkeit von einer Längenmessung des gepressten Pressguts Arretierungsmittel ausgelöst werden. Die Arretierung erfolgt durch seitlich und/oder von oben und/oder von unten angreifende Blockierungsmittel.
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In einer anderen prinzipiellen Ausgestaltung des Verfahrens wird der Presskanal während der Verdichtung phasenweise in Richtung des Ausschubs von gebundenen Ballen verschlossen. Das verdichtete Pressgut wird damit arretiert. Nach Abschluss des Bindevorgangs wird der Presskanal wieder geöffnet. In besonders bevorzugter Weise wird die Bindung in Abhängigkeit von dem sich während der Verdichtung aufbauenden Druck ausgelöst wird. Dies geschieht bei verschlossenem Presskanal.
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Vorteilhafterweise erfolgt der Abschluss der Bindung bei maximaler Verdichtung des Pressguts, bezogen auf einen Presshub. Unter Abschluss der Bindung ist insbesondere die abschließende Knotenbildung oder Verknotung im Zuge des Bindevorgangs zu verstehen. Durch diesen Abschluss der Bindung wird der Ballen letztendlich fixiert. Die maximale Verdichtung findet während der vorderen Totpunktlage des Verdichtungskolbens statt, also in dem Zeitraum, in dem der Kolben sich im Bereich seiner in Pressrichtung gesehen vorderen Bewegungsumkehr befindet.
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Mit Vorteil wird bei dem Bindevorgang eine Binderwelle eingesetzt, die mit einer mehrfachen Drehzahl gegenüber der Hubzahl eines Verdichtungskolbens bei der Verdichtung des Pressguts angetrieben wird.
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Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren mit einer Presse, wie sie oben beschrieben ist, durchgeführt. Das Verfahren kann dabei beispielsweise als Steuerprogramm für die Presse ausgeführt sein. Zudem ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens aus der obigen Beschreibung im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Presse.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Hierbei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander verwirklicht sein.
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In den Zeichnungen zeigen:
- 1 schräge Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Presse;
- 2 schräge Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Presse;
- 3 Detailansicht einer Einrichtung zur Arretierung von gepresstem Pressgut gemäß der Erfindung;
- 4 weitere Detailansicht der Einrichtung aus 3;
- 5 Detailansicht einer weiteren Ausführungsform einer Einrichtung zur Arretierung von gepresstem Pressgut;
- 6 weitere Detailansicht der Einrichtung aus 5;
- 7 Detailansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Bindeeinrichtung;
- 8 Detailansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer Bindeeinrichtung und
- 9 Detailansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer Bindeeinrichtung.
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1 zeigt eine isometrische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Ballenpresse 100 für sogenannte Kleinballen nach dem Strangpress-Prinzip gemäß der beschriebenen ersten prinzipiellen Ausgestaltung der Erfindung. Neben den üblichen Baugruppen Fahrwerk 101, Getriebe 102, Kurbel 103, Pleuel 104, Kolben 105 und Zuführung 106 besitzt die Presse 100 einen Presskanal 200, der ergänzt ist um eine steuerbare Strang-Stop-Einrichtung 201, die die Arretierungsmittel gemäß einer ersten prinzipiellen Ausführungsform der Erfindung realisiert. Die Bindung ist hier als spezielle Totpunkt-Bindung durch die Bindeeinrichtung 300 ausgeführt.
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Die Pressgutzuführung 106 für das Pressgut ist bei dieser Presse 100 seitlich vorgegeben. Es kann aber ebenso, wie bei Längsfluss-Ballenpressen üblich, die Zufuhr von unten oder auch oben erfolgen. Der Presskanal 200 weist in dem dargestellten Beispiel den Querschnitt für Kleinballen von ca. 0,36 m x 0,48 m auf, kann aber ebenso noch kleiner sein oder auch größer sein, beispielsweise bis zu bekannten Großballen-Formaten.
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2 zeigt eine Presse 500, die gemäß einer zweiten prinzipiellen Ausführungsform ausgestaltet ist. In vielen Teilen ist die Presse 500 mit der Presse 100 vergleichbar. Die entsprechenden Teile sind daher mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Im Unterschied zu der Presse 100 ist die Presse 500 jedoch mit einer Ergänzung des Presskanals 200 um eine Strang-Abteil-Einrichtung 400 ausgestattet, die eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Arretierungsmittel darstellt, die in diesem Fall als Klappen ausgestaltet sind, die die Abteilungsmittel darstellen, mit denen der Presskanal temporär verschlossen wird. Diese Ausführungsform hat insbesondere bei großen Ballenquerschnitten Vorteile.
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3 stellt die Strang-Stop-Einrichtung 201 aus 1 im Detail dar, wobei die Seitenwände des Presskanals 200 dieser Einrichtung hier der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt sind. Wesentliches Element der erfindungsgemäßen Arretierungsmittel sind hierbei die Stop-Arme 211 und 218 mit den Stop-Zähnen 214. Am Presskanalaustritt ist noch ein Teil des vorher gepressten und gebundenen Ballens 202 sichtbar. Erkennbar sind weiterhin die Pressgutpackungen 203a bis 203f, zu denen der Kolben 105 auf seinem Vorwärtsweg die neue Pressgutpackung 204 hinzu pressen wird. Die Darstellung gibt einen Zeitpunkt wieder, in dem das die Vorschub-Länge messende Zackenrad 205 den Auslösehebel 206 nach oben schiebend hat abrollen lassen. Durch diese Aufwärtsbewegung erfährt die Steuerstange 207 eine kleine Drehung um ihre Lagerungsachse in den Zackenradabdeckungen 208, wovon die vordere Lagerungs-Hälfte hier unsichtbar ist. Diese Drehbewegung überträgt sich auf die Gegenseite, um den Rasthebel 209 zu betätigen. Dieser Rasthebel 209, der unter der Kraft einer hier unsichtbaren kleinen Feder steht, löst die Rolle 210 des Stop-Armes 211 aus, der um die senkrechte Achse 212 schwenkend von Feder 213 zum Einfallen der Stop-Zähne 214 in die Pressgutpackung 203b veranlasst wird. Die Kugelstange 215 verbindet den Stop-Arm 211 mit der Stop-Schwinge 216. Diese ist beweglich um die waagerechte Drehachse 217 und synchronisiert so alle Bewegungen auf die gegenseitige Presskanalseite über eine zweite Gelenkstange 215 zum spiegelbildlichen Stop-Arm 218. Durch diese vom Zackenrad 205 veranlasste beidseitige Aktion ist damit jetzt der Pressstrangvorschub gestoppt, so dass die einschiebende Pressgutmenge 204 nicht zur Verlängerung des Ballens beitragen kann, sondern in den Raum der bisherigen Packungen 203c bis 203f eingepresst wird und damit die Dichte im Preßstrang erhöht.
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4 gibt die Strang-Stop-Einrichtung 201 aus 3 in zurückgezogener Form wieder. Die Binderwelle 301 hat bei ihrer Umdrehung für den Bindevorgang mithilfe der Kurvenrolle 219 die obere Schaltfläche an der Stop-Schwinge 216 vorgedrückt und damit über die beiden Kugelstangen 215 die Stop-Arme 211 und 218 soweit zurückgezogen, dass die Stop-Zähne 214 nicht mehr in die vorgesehenen Aussparungen 221 des Presskanals eingreifen. Dabei hat sich die Feder 213 weiter gespannt. Die Rolle 210 am Stop-Arm 211 wurde nahe der Endlage vom Rasthebel 209 aufgegriffen, womit die gespannte Position gesichert ist. Der durch die erfolgte Bindung geschaffene neue Ballen 220 dient nun gemäß dem Strang-Press-Prinzip dem Verdichtungskolben 105 als „nachgiebiger Widerstand“ für neue Pressmengen.
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5 stellt die Strang-Abteil-Einrichtung 400 der Strangpresse 500 aus 2 dar. Auf der Schurre 402 liegt ein fertig gepresster und gebundener Ballen 401, der von der Auszugswalze 407 mit ebensolcher hier unsichtbarer unten dem Ballen befindlicher Auszugswalze bei geöffneten Klappen 403 und 408 herausgezogen worden ist, als er greifbar war. In dieser Darstellung ist die geschlossene Position der Klappen 403 und 408 dargestellt, die in dieser Ausgestaltung die Arretierungsmittel gemäß der Erfindung realisieren und den Presskanal temporär und insbesondere während des Bindevorgangs nach Art einer Festkammer verschließen. Die Seitenwand 412 des Presskanals ist transparent dargestellt. Innerhalb des Presskanals befindet sich der Pressstrang mit den einzelnen Pressgutmengen 405a bis 405d, die von dem Presskolben 105 herein geschobenen wurden. Zwischen der Pressgutmenge 405a und den geschlossenen Klappen 403 und 408 ist noch freier Raum erkennbar. Dass diese Menge auseinanderfallen könnte, verhindern die zwei Bindegarnstränge 413, die beim Strangpressen in an sich bekannter Weise von unten nach oben in den Bereich der Binderwelle 414 führen. Die Klappen 403 und 408 sind am Rahmen 404 angelenkt und jeweils von einem Zylinder 409 beaufsch lagt.
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6 zeigt die in 5 dargestellte Strang-Abteil-Einrichtung 400 von der gegenüberliegenden Seite her gesehen. Auf der Schurre 402 liegt der herausgezogene Ballen 401, hier transparent dargestellt. Dadurch wird die untere Auszugswalze 407a sichtbar, die zusammen mit der oberen Auszugswalze 407 über einen gegensinnig wirkenden, nicht näher erläuterten Antrieb 407b bei Annäherung des Ballens 401 diesen soweit nach hinten geschoben hat, bis der zum Abschalten des Vortriebes vorgesehene Sensor 406, zum Beispiel ein Drucksensor, erreicht wurde. Der noch vorhandene Freiraum zwischen den geschlossenen Klappen 403, 408 und der Pressgutmenge 405a gibt den Blick frei auf den zweiten Bindfaden (Bindegarnstrang) 413. Im Arbeitsablauf drückt nun der Verdichtungskolben 105 durch die Einfüllöffnung 415 für Pressgut von der Pressgutzuführung (hier nicht gezeigt) vorgelegtes Halmgut in den Presskanal, der jetzt durch den Abschluss mit den Klappen 403, 408 als temporäre Festkammer ausgestaltet ist. Alle weiteren Verdichtungshübe finden in dieser Kammer ohne ein Ausschieben statt und ersparen damit die beim herkömmlichen Strangpressverfahren erforderliche erhebliche Verschiebearbeit, die bei höheren Drücken größer ist als die geleistete Verdichtungsarbeit ist. Weiterhin ist vorteilhaft, dass in dieser Festkammer weniger Verluste auftreten, da nur wenig herausfallen kann und auch keine Vorschub-Stöße auftreten, wie sie beim herkömmlichen Strangpressen auftreten. Mit jedem Verdichtungshub durch den Kolben 105 steigt die Presskraftspitze (Presskraftmaximum) an, die sich in Druck auf das Pressgut und die Wandungen der Festkammer auswirkt. Vorteilhafterweise kann die Presskraftspitze für die weitere Steuerung genutzt werden, wobei verschiedene Möglichkeiten bestehen. Hier wird beispielhaft der Druck der den Klappen zugeordneten Zylindern 409 auf einen Messzylinder 420 geleitet. Dieser ist an der Gestellseite 416 angelenkt und wirkt auf einen Auslösehebel 417, der ebenfalls an der Gestellseite 416 angeordnet ist. Der Auslösehebel 417 liegt unter Vorspannung einer Einstell-Feder 418 auf einem Vorsprung 419 des Gestells 416. Sobald die beim Kolbenhub entstehende Presskraftspitze den Auslösehebel 417 anzuheben vermag, drückt dieser eine Auslösestange 410 für die Bindung nach oben und erzeugt ein Abspringen von einer Rastung 411, womit - wie bekannt - der Bindevorgang ausgelöst wird. Die die Presskraftspitze bringende Pressgutmenge wird in die Festkammer hineingepresst und auch die dann noch folgende Pressgutmenge des Bindehubes wird in den Ballen mit eingebunden. Bestandteil der Bindeeinrichtung ist eine an sich bekannte, hier nicht dargestellte Nadelschwinge. Beim Rückgang der Nadelschwinge im Zuge des Bindevorgangs werden über ein Signal die beiden Klappen 403, 408 geöffnet und der Presskanal freigegeben. Das eingebundene Pressgut kann sich jetzt soweit ausdehnen, bis die umschlingenden Garnstränge sich gespannt haben und ein weiteres Expandieren verhindern. Bei den folgenden Kolbenhüben arbeitet das System wieder nach dem gängigen Strangpress-Verfahren. Der neu gebundene Ballen wird - wenn auch wegen der Expansion unter reduziertem Druck - soweit ausgeschoben, bis die Ausziehwalzen 407, 407a ihn erfassen und herausziehen können. Ist der Sensor 406 auf der Schurre 402 erreicht, stoppt dieses den Auszieh-Antrieb 407b und schließt gleichzeitig die Klappen 403, 408. Dadurch ist dann wieder das Strang-Pressprinzip umgeschaltet auf das beschriebene temporäre Festkammer-Prinzip.
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7 stellt die mit 1 bereits angesprochene spezielle Totpunkt-Bindungs-Einrichtung 300 vor und zwar in der grundlegend entscheidenden Phase des Eintritts der Nadeln 301 in die schützenden Kolbenschlitze 302 des Verdichtungskolbens 105, der auf seinem Vorwärtshub ist. Diese Einstellung mit geringen Abständen im Bereich weniger Zentimeter muss bei jeder Ballenpresse, die nach dem Strangpress-Prinzip arbeitet, absolut zuverlässig eingehalten werden, um Brüche und Schäden im Betrieb zu vermeiden. Im vorliegenden Beispiel treibt das Getriebe (hier nicht dargestellt) formschlüssig über die Welle 303, das Winkelgetriebe 1:1 304, die Querwelle 305, das Vorgelege-Zahnrad 306 das Binderantriebsrad 307 an. Dieses Binderantriebsrad 307 ist nach dem Einschaltvorgang der Bindung über eine hier nicht gesondert dargestellte bekannte Eintourenkupplung mit der Binderwelle 414 formschlüssig gekoppelt. Diese ist im Bindergehäuse 309 gelagert und beinhaltet die hier ebenfalls nicht dargestellten bekannten Knoter, Schieber und andere Steuerelemente sowie am Ende die Binderwellenkurbel 310. In bisher bekannten Ausgestaltungen des Nadelschwingen-Antriebs treibt die Binderwellenkurbel über eine Nadelzugstange direkt die Nadelschwinge als Träger der Nadeln an. Da diese Anordnung aus dem Stand der Technik in der Start- und Endphase der Nadelschwinge den geringsten Abstand der Mittellinie der Nadelzugstange zu deren Lagerungsachse hat, ergeben sich hohe Beschleunigungen und Massenkräfte. Demgegenüber sieht die Erfindung ein Mehrgelenkgetriebe 700 mit (in diesem Beispiel) fünf oder mehr Gelenken für den Antrieb der Nadelschwinge 312 (als wichtiger Teil der Bindeeinrichtung), die an der Lagerungsachse 313 gelagert ist, vor. In der hier gezeigten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Antriebs der Nadelschwinge 312, ist ein zwischengeschalteter Kurzlenker 314 und ein gebogener Stützlenker 315 vorgesehen, der sich an seinem hinteren Ende in einer gestellfesten Lagerung 316 befindet, vorgesehen. Dieses sogenannte 6-Lenker-Getriebe gestattet anfangs einen erheblich größeren Abstand der Mittellinie der Nadelzugstange 311 zu der Lagerungsachse 313 und verursacht damit geringere Beschleunigungen und Kräfte, was eine Voraussetzung ist für eine schneller als das herkömmlicherweise ausschließlich gebräuchliche Verhältnis Drehzahl der Binderwelle zu Drehzahl der Kurbel, die die Bindeeinrichtung antreibt, von 1:1 ist. In dem hier gezeigten Beispiel der erfindungsgemäßen Bindeeinrichtung ist ein Verhältnis Drehzahl der Binderwelle 414 zur Drehzahl der Kurbel 103 (siehe 1 und 2) von 2:1 vorgesehen. Dieses erlaubt, die Nadeln 301 so zügig durch die Kolbenschlitze 302 mit dem Bindegarn in den Binderbereich zu ziehen, dass die dort angeordneten Garnhalter (hier nicht näher dargestellt) die Garne für die Knotenbildung fangen können, solange noch der Verdichtungskolben 105 in der Totpunktlage ist, also zum Zeitpunkt der höchsten Ballendichte. Die Nadeln 301 liegen auf ihrem Rückhub bei dieser Übersetzung noch teilweise außerhalb des Kolbenschutzes, allerdings weniger als bei Ballenpressen mit herkömmlicher Bindeeinrichtung.
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Bei dieser erhöhten Drehzahl der Binderwelle 414 ist eine mit Hubzahl der Kurbel 103 (siehe 1 und 2) angetriebene Steuerkurve 317 sehr zweckmäßig (siehe auch 6), die dafür sorgt, dass die Binderwelleneinschaltung nur zur jener Zeit erfolgt, zu der der Verdichtungskolben in der dafür vorgesehenen Position steht.
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Für einen noch weiter verbesserten Schutz der Nadeln 301 kann beispielsweise ein Drehzahl-Verhältnis von 3:1 vorgesehen sein. Hier bleiben die Nadeln 301 auch auf dem Rückweg vollständig in den Schlitzen 302 des rücklaufenden Verdichtungskolbens 105 geschützt.
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Das oben genannte Drehzahlverhältnis von 2:1 wird in dem vorliegenden Beispiel durch folgende Synchronisationskette realisiert: Kurbel 103 = 1; Getriebe 102 zu Welle 303 = 3; über Winkelgetriebe 1:1 304 → Welle 305 = 3; Vorgelegezahnrad 306 = 3; über Zahnradübersetzung Vorgelegezahnrad 306 zu Binderantriebsrad 307 1,5:1 → Binderantriebsrad 307 = 2.
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8 zeigt ausschnittweise eine weitere, ebenfalls bevorzugte Ausgestaltung (Mehrgelenkgetriebe) 800 des Antriebes für die Bindeeinrichtung, also für die Nadelschwinge 352 mit Nadeln 361, wobei sehr günstige Übertragungsverhältnisse für den Antrieb der Nadelschwinge 352 realisiert sind. In einer hier fiktiven Grundplatte 320 (zum Beispiel seitliche Wandung eines Presskanals) ist die Binderwelle 414 gelagert und über eine Binderwellenkurbel 350 und eine Nadelzugstange 351 mit einem Stützhebel 359 gelenkig verbunden, wobei der Stützhebel 359 mit einer Verzahnung ausgerüstet ist. Der Stützhebel 359 ist auf der anderen Seite über eine gestellfeste Lagerung 356 befestigt. Die Nadelschwinge 352, die über die Lagerungsachse 353 gelagert ist, ist mit einem Zahnradteil 358 ausgerüstet, das in die Verzahnungen des Stützhebels 359 greift. Durch geeignete Wahl der Verzahnungen und deren Herstellungsmöglichkeiten durch heutige flexible Laserschnitte sind Übersetzungen möglich, die langsame Endlagen und schnelle Bewegungen der Nadelschwinge 352 dazwischen ermöglichen.
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9 zeigt eine weitere besonders geeignete Anordnung (Mehrgelenkgetriebe) 900 für den Antrieb der Bindeeinrichtung, also den Nadelschwingen-Antrieb. Die Binderwellenkurbel 310a, die Nadelzugstange 311 a, die Nadelschwingenlagerung 313a und die Nadelschwinge 312a sind mit den entsprechenden Elementen aus 7 vergleichbar. Der Kurzlenker wird hier zum etwas längeren Lenker 314a. Der Stützlenker ist als zum Geradlenker 315a ausgeführt und die gestellfeste Lagerung 316a des Geradlenkers 315a ist spiegelbildlich um die Hochachse verlegt auf den in der 9 dargestellten Anlenkpunkt. Den obere Drehpunkt des Getriebes ist mit 370 bezeichnet. In Anfangs- und Endphase des Bindungszyklus von 360° ist der gekennzeichnete Abstand von der Mittellinie der Nadelzugstange 311a zu Lagerungsachse 313a mit X0 recht groß und verkleinert sich beim Anlaufen des Systems schnell auf den kleineren Wert X1. Dieser Zusammenhang ergibt besonders bevorzugte und optimale Bedingungen für einen schnellen Nadelaufgang bei relativ kleinen Start- und Endkräften.
