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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Preßlingen Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Preßlingen aus vorzugsweise pulverförmigem,
körnigem oder spanförmigem Schüttgut mit wechselndem Schüttgewicht unter Verwendung
einer Kurbelpresse, bei dem das jeweils erfaßte, gleichbleibende Volumen zunächst
vorverdichtet und am Ende des Verdichtungsvorganges zur Erzielung eines gleichbleibenden
spezifischen Gewichtes der Preßlinge dem Endpreßdruck unterworfen wird, und die
hierzu notwendige Vorrichtung, also allgemein auf das selbsttätige Steuern eines
periodisch erzeugten Druckes. Solche Verhältnisse liegen z. B. bei Pressen mit zwangläufigem
mechanischem Antrieb vor, bei denen etwa durch einen Kurbeltrieb ein bestimmter
Hub des Preßkolbens festgelegt ist. Bisher mußten beim Herstellen von Preßlingen
aus dem obenerwähnten Schüttgut in solchen Pressen immer eine genaue gewichtsmäßige
Dosierung desselben mittels Waagen oder sonstiger verstellbarer Zuteilvorrichtungen,
wie Zellenräder, Klappen od. dgl., vorgenommen werden, um trotz veränderlicher Dichte
des Preßgutes gleich große Preßlinge mit genügend hohem Endpreßdruck, aber ohne
Überbeanspruchung der mechanischen Antriebsteile der Presse zu erzeugen.
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Es sind Kurbelpressen bekannt, deren zylindrische Preßformen ein beweglich
angeordnetes und mit Vorspannung abgefedertes Widerlager haben. Dieses kann, wenn
der vorgesehene Verdichtungsenddruck des Preßgutes bereits von der Kolbenendlage
erreicht ist, unter Überwindung eines entsprechenden Gegendruckes ausweichen. Dabei
läßt sich durch veränderte Abfederung des Widerlagers auch für Preßlinge verschiedener
Höhe ein annähernd gleicher Verdichtungsenddruck erreichen, allerdings auf Kosten
einer Überdimensionierung der Antriebsteile der Presse.
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Desgleichen wurde schon das Widerlager solcher Pressen mit einer Vorspannung
abgefedert, die geringer als der gewünschte Verdichtungsenddruck ist. In diesem
Falle findet der letzte Teil des Pressenhubes immer unter Mitnahme des Widerlagers
statt. Aber selbst die Wahl verschiedener Federkernnlinien ist nicht geeignet, um
Preßlinge mit sehr verschiedenen Höhen herzustellen. Jedenfalls sind damit im Sinne
einer Verwendbarkeit der gleichen Presse für mehrere Sorten derartiger Erzeugnisse
keine erheblichen Verbesserungen möglich.
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Bei einer bekanntgewordenen Presse mit einem Kurbeltriebwerk können
zwar ein Vorverdichtungsdruck und ein Endverdichtungsdruck je in bestimmter Höhe
beeinflußt werden. Auch bei dieser Presse wird jedoch der einzuhaltende Höchstdruck
vor einem Totpunkt des Kurbeltriebwerkes erreicht. Demgemäß mußte bei dieser Presse
auch eine zusätzliche Sicherheitsvorrichtung vorgesehen werden.
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Entsprechendes gilt für die bekannten Ausführungsformen einer pneumatischen
oder hydraulischen Pufferung des Widerlagers und der überlastungssicherung durch
überströmventile od. dgl.
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So wurden Pressen bekannt, bei denen ein hydraulisches Widerlager
mittels zweier Druckspeicher beeinflußt wird. Hier sind jedoch jeweils ein Niederdruck-
und ein Hochdruckspeicher vorhanden, die umschichtig auf das hydraulische Widerlager
einwirken, daß nacheinander bei verschiedenen Hüben bzw. Hubabschnitten zunächst
ein geringerer und dann ein größerer Preßdruck erreicht wird.
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Ein grundsätzlicher Mangel dieser bekannten Einrichtungen besteht
darin, daß der vorgesehene Verdichtungsenddruck mit zunehmender Höhe der Preßlinge
immer weiter entfernt vom inneren, d. h. dem Preßzylinder zugekehrten Kurbeltotpunkt
erreicht wird. Damit werden die Triebwerksteile entsprechend dem Tangentialkraftdiagramm
gegebenenfalls ungünstig beansprucht, weil zur Überwindung der gleichen maximalen
Tangentialkraft zeitweise ein größeres Drehmoment erforderlich ist. Infolgedessen
müssen die betreffenden Bauteile nur wegen dieser gelegentlichen und vorübergehenden
Überschreitung der Normalbeanspruchung stärker bemessen werden.
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In keinem Fall ist bisher daran gedacht worden, die Beanspruchung
der Triebwerksteile dadurch möglichst gering zu halten, daß der letzte Abschnitt
des Preßvorganges ohne Rücksicht auf die Art und Menge des Preßgutes, also auch
bei nicht vollkommen gleichmäßiger Zufuhr desselben, immer in der gleichen bis
zum
Totpunkt reichenden Bewegungsphase des Kurbeltriebwerkes stattfindet.
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Die Erfindung weist erstmals einen Weg, die aufgezeigten Mängel zu
beseitigen. Hierzu bedient sie sich eines Verfahrens zur Herstellung von Preßlingen
aus pulverförmigem, körnigem oder sparförmigem Schüttgut mit wechselndem Schüttgewicht
unter Verwendung einer Kurbelpresse, bei dem das jeweils erfaßte gleichbleibendeVolumen
zunächstvorverdichtet und am Ende des Verdichtungsvorganges zur Erzielung eines
gleichbleibenden spezifischen Gewichtes der Preßlinge dem Endpreßdruck unterworfen
wird, bei dem erfindungsgemäß die jeweils erfaßte Gutmenge auf einem dieser entsprechenden
Teil des Gesamtpreßdruckes auf einen vorgegebenen Druck verdichtet wird, die Endverdichtung
aber auf einem gleichbleibenden Teil des Gesamtpreßdruckes erfolgt, wobei der Druckanstieg
bei der Endverdichtung wesentlich durch die Federcharakteristik des Gegendruckes
bestimmt wird.
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Gegenüber dem Bekannten ist also das Entscheidende des erfindungsgemäßen
Verfahrens darin zu sehen, daß nicht nur gegen einen bestimmten Druck ausweichende
Widerlager oder zwei Druckspeicher vorgesehen sind. Es kommt vielmehr auf die besondere
Funktion dieser Elemente im Zusammenhang mit dem Kurbelantrieb der Preßvorrichtung
an. Das W iderlager weicht zunächst nach dem Erreichen eines bestimmten Arbeitsdruckes
bei praktisch gleichbleibender Größe desselben um eine je nach den gegebenen Verhältnissen
einstellbare Strecke und dann bei weiterer Steigerung des Arbeitsdruckes bis auf
den vorgesehenen Enddruck aus.
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Eine bevorzugte Steuervorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens weist zwei unterschiedlich große Hohlkörper auf, die als Druckspeicher
teilweise mit einer Flüssigkeit, wie Wasser oder Öl, und darüber mit Druckluft oder
Druckgas gefüllt sind. Die Verbindung der beiden Druckspeicher ist mittels eines
Steuerorgans in Abhängigkeit vom Antrieb des Arbeitskolbens der Presse bei einer
bestimmten Kurbelstellung derselben absperrbar, wobei der kleinere, gegebenenfalls
aus zwei Teilen mit verschiedenen Durchmessern bestehende Hohlkörper im Bereich
der Flüssigkeit durch einen mit dem Widerlager der Presse verbundenen Kolben abgedichtet
ist. Der größere Hohlkörper kann mit dem ersteren baulich vereinigt oder durch eine
Zwischenleitung verbunden sein.
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Die Strecke, auf der das Widerlager der Presse bei praktisch gleichbleibenden
Vorverdichtungsdruck ausweicht, wird also immer zu einer bestimmten Kurbelstellung
vor dem inneren Totpunkt des Triebwerkes reichen.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen der zur Durchführung
des Verfahrens erforderlichen Vorrichtung beispielsweise und rein schematisch, beschränkt
auf die wesentlichen Teile, dargestellt.
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Eine zum Herstellen von Preßlingen aus pulverförmigem oder körnigem
Preßgut - dieser Vorgang wird auch als Brikettieren bezeichnet - dienende Presse
besteht zur Hauptsache aus dem Arbeitszylinder 1 und dem in diesem abdichtend geführten
Arbeitskolben 2. Letzterer ist nach Art des üblichen mechanischen Kolbenmaschinenantriebes
über eine Schubstange 3 mit einer Kurbel 4 verbunden, die zu der sich um die Achse
5 im Sinne des angegebenen Pfeiles drehenden Antriebswelle gehört. Der Arbeitszylinder
1 ist axial beweglich angeordnet und liegt mit seiner Stirnwand an einem Widerlager
6 an, das mit einer bestimmten Kraft in Richtung auf den Kolben zu gegen ortsfeste
An-Schläge 7 gedrückt wird. Auf der anderen Seite ist das Widerlager über eine Stange
8 mit einem Kolben 9 verbunden, der in einem Zylinder 10 geführt ist. In diesem
Zylinder und einem oberen Fortsatz 10a desselben kleineren Durchmessers befindet
sich bis zu einer bestimmten Höhe Wasser, Öl oder eine andere geeignete Flüssigkeit
und in dem restlichen Raum darüber Druckluft oder Druckgas.
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Soweit stimmen die beiden dargestellten Ausführungen miteinander überein.
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Bei der Ausführung nach Fig. 1 ist weiter der Zylinderfortsatz 10a
von einem größeren Zylinder 11
umgeben, der ebenfalls teilweise mit der gleichen
Flüssigkeit gefüllt ist, über der sich ein gasförmiges Druckpolster befindet. In
der Wand des Innenzylinders 10n sind unterhalb des Flüssigkeitsspiegels mehrere
über den Umfang verteilte schlitzartige Öffnungen 12 vorgesehen, die von einem Schieber
13 abgedeckt oder freigegeben werden.
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Bei der Ausführung nach Fig. 2 ist an den Zylinder 10 mittels einer
Leitung 14 ein abseits angeordnetes zylindrisches Gefäß 15 angeschlossen, das -
entsprechend dem Außenzylinder 11 bei der ersten Ausführung - wesentlich größer
als der Zylinderfortsatz 10a und ebenso wie dieser teilweise mit der gleichen Flüssigkeit
gefüllt ist, über der sich ein gasförmiges Druckpolster befindet. In einem erweiterten
Teil 14 a der Leitung 14, deren Enden in den Zylinder 10 bzw. das Gefäß 15 einmünden,
ist ein Ventil 16 angeordnet, das im Öffnungssinne von einem Nocken 17 gesteuert
wird und im Schließsinne von einer Feder 18 belastet ist.
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Bevor der Kolben 2 seinen Arbeitshub beginnt, stützt sich das Widerlager
6 durch den sich auf die Oberseite des Kolbens 9 auswirkenden, vom Luft-oder Gaspolster
im Zylinderfortsatz 10a erzeugten Druck gegen die Anschläge 7 mit einer Kraft ab,
die einem bestimmten Vorverdichtungsdruck des Preßgutes im Arbeitszylinder 1 entspricht.
Dieser Vorverdichtungsdruck soll, unabhängig von der jeweiligen Menge des Preßgutes
und damit der Höhe des herzustellenden Preßlings, immer in der Kurbelstellung X
erreicht sein. Vorverdichtungsdruck und Kurbelstellung X werden so gewählt, daß
entsprechend dem beim anschließenden Ausweichen des Widerlagers 6 durch weitere
Verdichtung des im Zylinderfortsatz 10a eingeschlossenen Luft- oder Gaspolsters
zunehmenden Gegendruck am Ende des Arbeitshubes, d. h. im inneren Totpunkt Ti des
Kurbeltriebes 3, 4, ein bestimmter Verdichtungsenddruck erreicht wird, der für die
betreffende Preßmasse erforderlich ist und nach dem die Triebwerksteile unter Berücksichtigung
ihrer zugehörigen Stellung zu bemessen sind.
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Wenn nun durch eine größere Füllung des Arbeitszylinders 1 zum Herstellen
von Preßlingen mit größerer Höhe ein der rückseitigen Belastung des Widerlagers
6 in seiner Ruhestellung gleichkommender Vorverdichtungsdruck etwa bereits in der
Kurbelstellung Z erreicht ist, würde zu dem vorgesehenen Verdichtungsenddruck etwa
die Kurbelstellung Y gehören. Bei dieser wären das aufzubringende Antriebsdrehmoment
und die Beanspruchung der Triebwerksteile 3, 4 entsprechend dem Tangentialdruckdiagramm
vergleichsweise größer als im inneren Totpunkt
Ti des Kurbeltriebes.
Dazu käme, daß beim Weiterdrehen der Antriebswelle das Drehmoment und die Beanspruchung
noch mehr zunehmen würden. Abgesehen davon, daß dadurch das Preßgut auf einen unnötig
hohen, für die Herstellung der Preßlinge vielleicht nicht einmal brauchbaren Verdichtungsenddruck
gebracht würde, wäre das ohne eine größere Antriebskraft und eine stärkere Bemessung
der Triebwerksteile nicht möglich.
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Gemäß der Erfindung wird der Ringschieber 13 (Fig. 1) bzw. das Ventil
16 (Fig. 2) in Abhängigkeit vom Antrieb des Arbeitskolbens 2 - angedeutet durch
eine von der Kurbel 4 ausgehende Einflußlinie 19 - so gesteuert, daß bei vorzeitigem
Erreichen des der Anfangsbelastung des Widerlagers 6 entsprechenden Vorverdichtungsdruckes,
d. h. in dem oben angenommenen Falle von der Kurbelstellung Z ab, durch die Öffnungen
12 im Zylinderfortsatz 10a bzw. durch das Ventil 16 (Fig. 2) Druckflüssigkeit aus
dem Raum 10 bzw.10 a austreten kann. Die Größe des betreffenden Durchtrittsquerschnittes
ist, bezogen auf die einerseits im Zylinder 10 und seinem Fortsatz 10 a, andererseits
im äußeren Ringzylinder 11 bzw. im Gefäß 15 herrschenden- Druckverhältnisse, so
bemessen, daß aus den ersteren etwa gerade die der Bewegung des mit dem Widerlager
6 verbundenen Kolbens 9 entsprechende Flüssigkeitsmenge verdrängt wird. Infolgedessen
bleibt der Druckluftraum im Zylinderfortsatz 10a und damit die pneumatischhydraulische
rückseitige Belastung des Widerlagers 6 bei seinem Ausweichen zunächst annähernd
gleich.
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Sobald die Kurbelstellung X erreicht ist, wird mittels der (nicht
dargestellten) Steuerglieder der Ringschieber 12 in seine Schließlage gebracht bzw.
ist der Nocken 17 so eingestellt, daß das Ventil 16 von der Feder 18 geschlossen
werden kann. Die Wiederöffnung erfolgt je nach den gegebenen Verhältnissen nach
dem inneren Totpunkt, beispielsweise bei Kurbelstellung U. Für den Rest des Arbeitshubes
steigt bis zum inneren Kurbeltotpunkt Ti der Verdichtungsdruck des Preßgutes auf
den vorgesehenen Enddruck an, so daß die Antriebskraft für das an der Kurbel aufzubringende
maximale Drehmoment und die Bemessung der Triebwerksteile im Vergleich zur Herstellung
der niedrigeren Preßlinge nicht geändert zu werden brauchen. Allenfalls kann ein
etwaiges geringfügiges Überschreiten des zulässigen Höchstdruckes durch ein auf
diesen eingestelltes Sicherheitsventil verhindert werden. Bei der praktischen Ausführung
des Erfindungsgegenstandes unter Verwendung der beschriebenen pneumatischen Abfederung
ist es möglich, durch geeignete Wahl des Luftdruckes und der Größe der beiden Lufträume
20 (Fig. 1 und 2) sowohl eine einfache Regelung der erwünschten Vorverdichtung und
des erwünschten Endpreßdruckes herbeizuführen als auch die Art des Kraftanstieges
(Federkennlinie der Luftfeder) dem Tangentialkraftdiagramm so anzupassen, daß ein
etwa gleichbleibendes Antriebsdrehmoment - Schonung des Antriebes - eingehalten
werden kann.
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Der Erfindungsgedanke schließt auch eine andersartige, z. B. mechanische
Abfederung des Widerlagerkolbens 9 mit gegebenenfalls vorgeschalteter Rutschkupplung
od. dgl. zur begrenzt gleichbleibenden Vorverdichtung, eine kontakt-oder magnetoelektrische
Betätigung des Ringschiebers 13 bzw. des Ventils 16 sowie sonstige Möglichkeiten
zur Durchführung des angegebenen Betriebsverfahrens ein.
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Wesentlich ist im Zusammenhang mit dem beispielsweise erläuterten
Anwendungsgebiet, daß einerseits keine genaue Dosierung der dem Arbeitszylinder
für jeweils einen Arbeitshub des Preßkolbens zuzuführenden Preßgutmenge und andererseits
die Bemessung der Triebwerksteile sowie der Antriebskraft unabhängig von der Höhe
der herzustellenden Preßlinge ohne Überdimensionierung nur nach einem für die Art
des Preßgutes geeigneten, immer gleichen und bei gleicher Kurbelstellung erreichten
Endverdichtungsdruck zu erfolgen braucht.
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Im übrigen ist der Erfindungsgedanke grundsätzlich auch auf anderen
Gebieten anwendbar, wenn es sich darum handelt, unabhängig von den jeweiligen Betriebsverhältnissen
eine bestimmte maximale Kraft immer in einen Totpunkt des Antriebes zu legen.