EP2290309A2 - Vorrichtung zur Entwässerung von Biomasse und diese verwendendes Fahrzeug - Google Patents

Vorrichtung zur Entwässerung von Biomasse und diese verwendendes Fahrzeug Download PDF

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EP2290309A2
EP2290309A2 EP10165183A EP10165183A EP2290309A2 EP 2290309 A2 EP2290309 A2 EP 2290309A2 EP 10165183 A EP10165183 A EP 10165183A EP 10165183 A EP10165183 A EP 10165183A EP 2290309 A2 EP2290309 A2 EP 2290309A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rollers
pair
roller
gap
biomass
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10165183A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2290309A3 (de
Inventor
Sebastian Wagemann
Horst Dr. Weigelt
Dirk Dr. Ansorge
Hermann Renger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Claas Selbstfahrende Erntemaschinen GmbH
Original Assignee
Claas Selbstfahrende Erntemaschinen GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Claas Selbstfahrende Erntemaschinen GmbH filed Critical Claas Selbstfahrende Erntemaschinen GmbH
Publication of EP2290309A2 publication Critical patent/EP2290309A2/de
Publication of EP2290309A3 publication Critical patent/EP2290309A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B5/00—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat
    • F26B5/14—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat by applying pressure, e.g. wringing; by brushing; by wiping

Definitions

  • a problem with most biomass fueling techniques is the high water content of the biomass when fresh.
  • fresh biomass needs to be transported to a stationary plant to be processed into fuel, large amounts of water bound in the biomass are moved, causing high transportation costs and ultimately high energy consumption. If this is included in the energy balance of a fuel produced from the biomass, the result is a lower, possibly even negative efficiency. It is therefore important that Transport routes between field and processing plant as well as to minimize the mass to be transported.
  • the sieves must be highly flexible in order to be able to follow the meandering conveyor line trouble-free during operation. This results in an upper limit for the material thickness and thus for the tensile strength of the screens, and the tensile strength in turn determines the pressure that can be exerted on the material to be drained, and thus the residual water content of the press residue. This is too high, as that the press residue could economically serve as a raw material for a pollination reaction.
  • Object of the present invention is to provide a device with which halm- or leaf-like plant biomass can be very heavily dehydrated in a short time.
  • the object is achieved by a device for dehydrating halm- or leaf-like plant biomass, in which a conveying path for the biomass passes through a first gap delimited by a first pair of rollers and subsequently at least one second gap delimited by a second pair of rollers.
  • the present invention utilizes the effect that the plant material can already be compressed in the entry nip of the two rolls of the first pair, even before reaching the nip. Escaping water pushes against the conveying direction of the material out of the gusset and obstructs the moving up of fresh material. Unlike dewatering lumpy plant material such as fruit or beet pulp, however, this effect is not critical in dewatering uncut halved or sheeted material because once the tip of a stalk or leaf is nipped in the nip between the rolls, the remainder will pass through The rotation of the rollers is retraced, and it also continuously new stalks or leaves are fed, which caught between the already clamped.
  • a complete dewatering of the material by pressing in a gap requires a very high energy consumption, because the energy losses are greater, the more water accumulates in the gusset in front of the gap and there must be driven against the direction of movement of the continuously drawn through the gap plant material.
  • the invention solves this problem, in which several pairs of rollers be arranged one behind the other on the conveyor line. Each roller pair provides at the output of an increasingly thinner mat of extruded material that fills the gusset of a subsequent pair of rollers only a small part. The path that the squeezed water must be pumped through the plant material before it can escape therefore becomes shorter from one pair of rollers to the next, and good drainage is achievable with economical use of energy.
  • the second pair of rollers is arranged in rectilinear extension of the first gap and a subsequent pair of rollers in each case in a straight line extension of the gap of the preceding, to introduce the mat of extruded material directly and without significant interim loosening in the next gap.
  • the deflectable roller is preferably pressed by at least one hydraulic cylinder against the second roller of each pair.
  • rollers of the second pair should expediently have a smaller diameter than the roller of the first pair (or of a preceding pair) in order to shorten the path as the water content in the water decreases as the water content of the plant material decreases Gaps of the roller pair of compacting plant material must travel before it can escape.
  • rollers of the second pair should be rotationally driven at a higher peripheral speed than the rollers of the first pair (or a preceding pair) in order to keep the mat of pressed plant material conveyed between the two pairs under tension Damming the plant material in the gusset of the second (or subsequent) pair of rollers, which would affect the dewatering efficiency sensitive to prevent.
  • engaging in this gusset shield can divide the gusset in a delivery channel for the plant material and a discharge channel for squeezed out at the gap liquid.
  • Fig. 1 shows the harvesting vehicle according to the invention in a side view.
  • a crop picker 34 is connected to the chassis of the vehicle via a haul-off unit 33.
  • At the Erntegutaufexcellent 34 are an intake auger 35, roller clamp 36 and a support wheel 37.
  • the usual in a forage harvester spout is missing, as in a machine housing 38, the crop is drained during harvest and converted into liquid fuel, coke and process gas. Storage tanks needed to collect the fuel and coke have only a small fraction of the volume of the original crop, and thus can easily fit in a compact engine case.
  • the process gas is not collected, but used directly to power various units of the vehicle.
  • Fig. 2 shows a section through a dewatering device, which is housed immediately after the infeed unit 33 in a front region of the machine housing 38.
  • the loose stream 1 of fresh crop reaches, pushed from the infeed unit 33, via a plate 2 an input gusset 3 of a first pair of two rollers 4, 5.
  • a reference to the conveying direction of the crop rear edge region 6 of the plate 2 engages in the input gusset 3 and is closely adjacent to the lower roller 5.
  • rollers 4, 5 are rotationally driven in opposite directions, as shown by arrows in the figure, to entrain by friction the engaging in the mattersszwickel 3 crop and to promote by a press nip 7 between the rollers 4, 5.
  • the lower roller 5 is fixedly mounted in the machine housing 38; the upper roller 4 is movable in the direction of a line connecting the axes of rotation of the rollers 4, 5 and at high pressure, e.g. by hydraulic cylinder, pressed against the lower roller 5.
  • the two rollers 4, 5 touch each other on a line along the press nip 7. In operation, they are spread apart by the pulled by the rotation of the rollers 4, 5 and in the entrance gusset 3 ever densified crop.
  • the pressure to which the crop is exposed in the press nip 7 should be at least 100 N / mm 2 , better still at least 130 N / mm 2 or even 145 N / mm 2 .
  • the resulting pressure gradient in the entrance gusset bursts the cells of the crop so that the water bound in the cells is released and exits the crop.
  • the hydraulic cylinders are preferably operated so that the above-mentioned pressing pressure is achieved at a layer thickness of the crop in the press nip 7, which is about one ninth to one sixth of the diameter of the rollers 4, fifth equivalent.
  • the solid components of the straw-like or sheet-like crop pass through the press nip 7, because when a tip of a straw or leaf has passed through the press nip 7, the remainder of the sheet is drawn afterwards. New plant parts are caught and trapped between those that have already partially passed the gap and also pulled through.
  • the escaping water accumulates in the partszwickel 3 and is pumped on the one hand by the constantly moving crop, on the other hand by the pressure of the rollers 4, 5 against the conveying direction of the crop. Water, which reaches the rear edge of the plate 2, can pass between this and the roller 5 and flows on the jacket of the roller 5 from. Under the roller 5, a gutter can be provided if the squeezed water contains economically interesting components and should be collected; in the simplest case, the water from the roller can drip directly onto the processed field.
  • a mat 8 of deemedtissertem, pressed and compacted plant material is obtained, which is fed via a further plate 9 two further rollers 10, 11.
  • a front edge of the plate 9 can be used as a scraper be formed, which sweeps over the lower roller 5, to solve any adhering thereto plant material.
  • a corresponding, in the Fig. 2 not shown scraper may be associated with the upper roller 4.
  • rollers 10, 11 As with the first pair of rollers 4, 5 and the second lower roller 11 is fixed and the upper movably mounted and pressed by hydraulic cylinders against the lower.
  • the peripheral speed of the rollers 10, 11 is slightly higher than that of the rollers 4, 5, to keep the mat 8 under tension. In this way, it is impossible for the crop to accumulate in the entry gusset 12 of the rolls 10, 11, thereby hindering the escape of the water which the two rolls 10, 11 are squeezing out.
  • the smaller in comparison to the first pair of rollers 4, 5 diameter of the rollers 10, 11 allows for the same operating pressure of the hydraulic cylinder exercise a higher pressure on the crop. Therefore, the rollers 10, 11 are able to squeeze out residual water from the mat 8, which is not extractable with de rollers 4, 5.
  • FIG. 2 joins the pair of rollers 10, 11 a pair of rollers 14, 15, whose job is no longer the pressing out of the material, but only, the meanwhile largely dewatered mat 8 to clamp so that a following this pair of rollers rotating knife cylinder 16 at a fixed cutting edge 17, over which the mat 8 is slid, cuts pieces of a well-defined length of a few millimeters and can not pull whole blades or leaves over the cutting edge 17 without cutting them.
  • Fig. 3 illustrates in a schematic side view of the storage of the rollers 4, 5, 10 and 11.
  • the lower rollers 5, 11 of the two pairs are rotatably mounted between side frame plates 20 about a respective machine-fixed axis 21.
  • a rocker 22 comprises two arms 23 pivotable about an axis parallel to the axes 21.
  • the arms of the rocker 22 bear bearings that define an axis 24 of the roller 4.
  • the rocker 22 is pivotable about its axis 23 by means of actuators, here in the form of hydraulic cylinders 25 which engage the side frame plates 20 and the off-axis ends of the two arms of the rocker 22.
  • actuators here in the form of hydraulic cylinders 25 which engage the side frame plates 20 and the off-axis ends of the two arms of the rocker 22.
  • the roller 10 is connected to the rocker 22 via two arms 26 pivotable about an axis 27 controlled by hydraulic cylinders 28.
  • This indirect suspension of the roller 10 on the rocker 22 causes any adjustment of the pressure of the hydraulic cylinders 25 not only affects the pressure prevailing in the gap 7 pressing pressure, but also in the gap 13.
  • the hydraulic cylinders 28 can then be limited to fine corrections.
  • the shredded material is then fed to a drying stage and then to a pyrolysis reactor, which is also housed in the machine housing 38.
  • a drying step and such a reactor are in the German patent applications 10 2008 028 860 and 10 2008 049 350 are described and therefore not explained here.
  • Fig. 4 shows in a perspective view from below an example of a possible structure of the plates 2 and 9.
  • the engaging in the input gusset 3 and 12 rear edge region 6 is here occupied by a plurality of in the transport direction of the crop pointed, underneath hollow tines 18, whose lower edges each run at a small distance from the shell of the lower roll 5 and 11 respectively.
  • the crop can come into contact with the lower roller 5 and 11 and are thereby pulled along; from the press nip 7 or 13
  • politiciansdrlindendes water can penetrate under the edges of the tines 18 through this under. Under these tines 18, the water can flow undisturbed by nach Wegendem crop. This shortens the distance that the water has to travel against the flow of crop, and as a result, the energy required to dewater decreases.

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Abstract

Bei einer Vorrichtung zur Entwässerung von halm- oder blattartiger pflanzlicher Biomasse verläuft eine Förderstrecke für die Biomasse durch einen von einem ersten Walzenpaar (4, 5) begrenzten ersten Spalt (7) und im Anschluss an diesen durch wenigstens einen von einem zweiten Walzenpaar (10, 11) begrenzten zweiten Spalt (13).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entwässerung von Biomasse, insbesondere zur Vorbereitung der Verarbeitung dieser Biomasse zu Kraftstoff, sowie ein Erntefahrzeug, das eine solche Vorrichtung verwendet.
  • Aufgrund stark steigender Kosten fossiler Energieträger rücken Techniken zur Kraftstoffgewinnung aus nachwachsenden Rohstoffen, insbesondere aus pflanzlicher Biomasse, in letzter Zeit verstärkt in den Mittelpunkt des öffentlichen Interesses.
  • Ein Problem bei den meisten Techniken zur Kraftstoffgewinnung aus Biomasse ist der hohe Wassergehalt der Biomasse im frischen Zustand. Wenn frische Biomasse zu einer stationären Anlage transportiert werden muss, um dort zu Kraftstoff verarbeitet zu werden, werden große Mengen von in der Biomasse gebundenem Wasser bewegt, was hohe Transportkosten und letztlich einen hohen Energieaufwand verursacht. Rechnet man diesen in die Energiebilanz eines aus der Biomasse erzeugten Kraftstoffs ein, so ergibt sich ein niedriger, unter Umständen sogar negativer Wirkungsgrad. Es ist daher wichtig, die Transportwege zwischen Feld und Verarbeitungsanlage als auch die zu befördernde Masse zu minimieren.
  • DE 10 2004 003 011 A1 schlägt zur Erreichung dieses Zieles vor, die Verarbeitungsanlage als Teil einer selbstfahrenden Erntemaschine zum Erntegut auf das Feld zu bringen und das Erntegut noch auf dem Feld zu Kraftstoff zu verarbeiten. Diese bekannte Erntemaschine umfasst ein Verarbeitungsmodul zum Zerkleinern und Pressen der geernteten Biomasse, wodurch diese in einen Feststoffanteil und einen Anteil aus Pflanzensäften getrennt wird. Der so erhaltene Feststoffanteil wird anschließend getrocknet, um seinen Wassergehalt soweit herunterzusetzen, dass er in einem Verölungsmodul zu Benzin, Dieselöl und Schweröl weiterverarbeitet werden kann. Um eine Verarbeitung der geernteten Biomasse zu Kraftstoff noch während des Erntevorgangs zu ermöglichen, müssen die erwähnten Prozesse schnell ablaufen, was insbesondere im Falle des Trocknens erhebliche Energiezufuhr erfordert. Da die zum Trocknen aufgewandte Energie den Wirkungsgrad des gesamten Prozesses erheblich beeinträchtigt, ist es wichtig, der Biomasse auf mechanischem Wege so viel Feuchtigkeit zu entziehen, dass die Trocknung mit minimalem Energieaufwand ablaufen oder idealerweise ganz entfallen kann.
  • Vorrichtungen zum Entwässern pflanzlicher Biomasse sind insbesondere auf dem Gebiet der Verarbeitung von Obst oder Zuckerrüben bekannt. Diese bekannten Vorrichtungen sind ausgelegt für weiches Material, in dem ein großer Anteil des enthaltenen Wassers nur schwach gebunden ist und mit geringem Krafteinsatz ausgepresst werden kann. Ein Beispiel einer solchen Entwässerungsvorrichtung ist in DE 352 60 41 A1 beschrieben. Eine Förderstrecke für das zu entwässernde Material verläuft im Anschluss an einen Aufgabekasten durch einen Spalt zwischen zwei Walzen. Die Walzen sind jeweils von endlosen Sieben umschlungen. Die Bahn der Siebe führt in Mäandern um eine Walze dieser zwei Walzen und eine Mehrzahl nachfolgender Walzen, wobei das zwischen den Sieben durch deren Spannung zusammengepresste Pflanzenmaterial durch die Siebe hindurch entwässert. Die Siebe müssen hochflexibel sein, um im Betrieb störungsfrei der mäandernden Förderstrecke folgen zu können. Daraus ergibt sich eine Obergrenze für die Materialstärke und damit für die Zugbelastbarkeit der Siebe, und die Zugbelastbarkeit bestimmt wiederum den Druck, der auf das zu entwässernde Material ausgeübt werden kann, und damit den Restwassergehalt des Pressrückstands. Dieser ist zu hoch, als dass der Pressrückstand wirtschaftlich als Rohstoff für eine Verschwelungsreaktion dienen könnte.
  • Ein hoher Pressdruck wäre bei dieser bekannten Entwässerungsvorrichtung allenfalls zwischen den zwei Walzen am Aufgabekasten realisierbar. Er hätte allerdings zur Folge, dass das die Walzen den Aufgabekasten abdichten würden; dann würde die Vorrichtung ihre Aufgabe nicht mehr erfüllen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der halm- oder blattartige pflanzliche Biomasse in kurzer Zeit sehr stark entwässert werden kann.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Entwässerung von halm- oder blattartiger pflanzlicher Biomasse, bei der eine Förderstrecke für die Biomasse einen von einem ersten Walzenpaar begrenzten ersten Spalt und im Anschluss daran wenigstens einen von einem zweiten Walzenpaar begrenzten zweiten Spalt durchläuft.
  • Die vorliegende Erfindung nutzt den Effekt, dass das Pflanzenmaterial bereits im Eingangszwickel der zwei Walzen des ersten Paars, noch vor Erreichen des Spalts, zusammengepresst werden kann. Dabei austretendes Wasser drängt entgegen der Förderrichtung des Materials aus dem Zwickel heraus und behindert an sich das Nachrücken von frischem Material. Anders als beim Entwässern von stückigem Pflanzenmaterial wie etwa Obst oder Rübenschnitzel ist dieser Effekt beim Entwässern von unzerkleinertem halm- oder blattartigem Material jedoch nicht kritisch, denn wenn erst die Spitze eines Halms oder Blatts im Spalt zwischen den Walzen geklemmt ist, dann wird der Rest durch die Drehung der Walzen nachgezogen, und dabei werden auch fortlaufend neue Halme oder Blätter eingezogen, die sich zwischen den bereits geklemmten verfangen.
  • Eine vollständige Entwässerung des Materials durch Pressen in einem Spalt erfordert einen sehr hohen Energieaufwand, denn die Energieverluste sind um so größer, je mehr Wasser sich im Zwickel vor dem Spalt staut und dort entgegen der Bewegungsrichtung des fortlaufend durch den Spalt gezogenen Pflanzenmaterials angetrieben werden muss. Die Erfindung löst dieses Problem, in dem mehrere Walzenpaare hintereinander an der Förderstrecke angeordnet werden. Jedes Walzenpaar liefert am Ausgang eine zunehmend dünnere Matte von ausgepresstem Material, die den Zwickel eines nachfolgenden Walzenpaars nur noch zu einem kleinen Teil füllt. Der Weg, den das ausgepresste Wasser durch das Pflanzenmaterial hindurchgepumpt werden muss, bevor es austreten kann, wird daher von einem Walzenpaar zum nächsten kürzer, und eine gute Entwässerung ist mit wirtschaftlichem Energieeinsatz erreichbar.
  • Vorzugsweise ist das zweite Walzenpaar in geradliniger Verlängerung des ersten Spalts bzw. ein nachfolgendes Walzenpaar jeweils in geradliniger Verlängerung des Spalts des vorhergehenden angeordnet, um die Matte aus ausgepresstem Material direkt und ohne wesentliche zwischenzeitliche Auflockerung in den nächsten Spalt einzuführen.
  • Ein Ablauf für ausgepresstes Wasser sollte an der Förderstrecke schon vor dem ersten Spalt angeordnet sein, um eine möglichst große Menge Wasser bereits vor dem Durchgang durch den ersten Spalt abzuleiten.
  • Wenigstens eine der Walzen sollte quer zur Ebene ihres Spalts auslenkbar sein, um variierende Zufuhrmengen an Pflanzenmaterial verarbeiten zu können. Dies ist insbesondere zweckmäßig beim mobilen Einsatz der Vorrichtung in einer Erntemaschine, wo die Zufuhrrate an Pflanzenmaterial mit der Geschwindigkeit des Erntefahrzeugs und mit der Dichte des abzuerntenden Pflanzenbestandes variabel ist.
  • Die auslenkbare Walze ist vorzugsweise durch wenigstens einen Hydraulikzylinder gegen die zweite Walze jedes Paares angedrückt.
  • Die Walzen des zweiten Paares (bzw. eines nachfolgenden Paares) sollten zweckmäßigerweise einen kleineren Durchmesser haben als die Walze des ersten Paares (bzw. eines vorangehenden Paares), um mit abnehmendem Wassergehalt des Pflanzenmaterials auch den Weg zu verkürzen, den das Wasser im sich im Zwickel des Walzenpaares verdichtenden Pflanzenmaterials zurücklegen muss, bevor es austreten kann.
  • Die Walzen des zweiten Paares (bzw. eines nachfolgenden Paares) sollten mit einer höheren Umfangsgeschwindigkeit drehangetrieben sein als die Walzen des ersten Paares (bzw. eines vorangehenden Paares), um die zwischen den beiden Paaren geförderte Matte aus gepresstem Pflanzenmaterial unter Spannung zu halten und ein Aufstauen des Pflanzenmaterial im Zwickel des zweiten (bzw. nachfolgenden) Walzenpaares, das die Entwässerungseffektivität empfindlich beeinträchtigen würde, zu verhindern.
  • Um den Weg des ausgepressten Wassers aus dem Zwickel eines Walzenpaares heraus zu erleichtern bzw. zu verkürzen, kann ein in diesen Zwickel eingreifender Schild den Zwickel unterteilen in einen Förderkanal für die das Pflanzenmaterial und einen Abflusskanal für am Spalt ausgepresste Flüssigkeit.
  • Vorzugsweise ist dem letzten Walzenpaar der Vorrichtung ein Häckselwerk zum Zerkleinern des bisher nur gepressten Pflanzenmaterials nachgeordnet. Um Partikel mit einer festgelegten maximalen Größe zu liefern, umfasst ein solches Häckselwerk vorzugsweise einen Messerzylinder und eine mit dem Messerzylinder zusammenwirkende ortsfeste Gegenschneide.
  • Ein der Gegenschneide vorgelagertes Vorpresswalzenpaar verhindert, dass Material von dem Messerzylinder über die Gegenschneide gezogen wird, ohne geschnitten zu werden.
  • Das Vorpresswalzenpaar kann ausgelegt sein, um lediglich den zum Klemmen des Materials erforderlichen Druck zu erzeugen; es kann sich aber auch um ein Paar von entwässernden Walzen, wie oben beschrieben, handeln.
  • Als eine letzte Entwässerungsstufe, zum Erreichen eines für eine Verschwelung erforderlichen Restfeuchteanteils, kann eine thermische Trocknungsstufe vorgesehen sein.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibungen von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
    • Fig. 1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Erntefahrzeugs;
    • Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch einen in dem Fahrzeug eingebaute Entwässerungsvorrichtung;
    • Fig. 3 eine schematische Seitenansicht der Entwässerungsvorrichtung; und
    • Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer Komponente der Entwässerungsvorrichtung.
  • Fig. 1 zeigt das erfindungsgemäße Erntefahrzeug in einer Seitenansicht. Wie bei einem herkömmlichen Feldhäcksler ist ein Erntegutaufnehmer 34 mit dem Chassis des Fahrzeugs über ein Einzugsaggregat 33 verbunden. An dem Erntegutaufnehmer 34 befinden sich eine Einzugsschnecke 35, Rollenniederhalter 36 sowie ein Stützrad 37. Der bei einem Feldhäcksler übliche Auswurf fehlt, da in einem Maschinengehäuse 38 das Erntegut noch während der Ernte entwässert und in flüssigen Kraftstoff, Koks und Prozessgas umgesetzt wird. Zum Sammeln des Kraftstoffs und des Kokses benötigte Sammelbehälter haben nur einen kleinen Bruchteil des Volumens des ursprünglichen Ernteguts und können daher ohne Schwierigkeiten in einem kompakten Maschinengehäuse Platz finden. Das Prozessgas wird nicht gesammelt, sondern unmittelbar zur Energieversorgung diverser Aggregate des Fahrzeugs verwendet.
  • Da der Erntegutaufnehmer 34 und das Einzugsaggregat 33 an sich bekannt sind, werden sie hier nicht im Detail beschrieben.
  • Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine Entwässerungsvorrichtung, die unmittelbar im Anschluss an das Einzugsaggregat 33 in einem vorderen Bereich des Maschinengehäuses 38 untergebracht ist. Der lockere Strom 1 des frischen Ernteguts erreicht, angeschoben vom Einzugsaggregat 33, über eine Platte 2 einen Eingangszwickel 3 eines ersten Paares von zwei Walzen 4, 5. Ein bezogen auf die Förderrichtung des Ernteguts hinterer Randbereich 6 der Platte 2 greift in den Eingangszwickel 3 ein und ist eng zur unteren Walze 5 benachbart.
  • Die Walzen 4, 5 sind gegenläufig drehangetrieben, wie durch Pfeile in der Figur dargestellt, um das in den Eingangszwickel 3 einrückenden Erntegut durch Reibung mitzuziehen und durch einen Pressspalt 7 zwischen den Walzen 4, 5 zu fördern.
  • Die untere Walze 5 ist im Maschinengehäuse 38 fest gelagert; die obere Walze 4 ist in Richtung einer die Drehachsen der Walzen 4, 5 verbindenden Linie beweglich und mit hohem Druck, z.B. durch Hydraulikzylinder, gegen die untere Walze 5 angedrückt. Wenn kein Erntegut im Eingangszwickel 3 anliegt, berühren die zwei Walzen 4, 5 einander auf einer Linie entlang des Pressspalts 7. Im Betrieb werden sie von dem durch die Drehung der Walzen 4, 5 mitgezogenen und im Eingangszwickel 3 immer weiter verdichteten Erntegut auseinander gespreizt.
  • Der Druck, dem das Erntegut im Pressspalt 7 ausgesetzt ist, sollte wenigstens 100 N/mm2, besser noch wenigstens 130 N/mm2 oder gar 145 N/mm2 betragen. Der daraus resultierende Druckgradient im Eingangszwickel bringt die Zellen des Ernteguts zum Platzen, so dass das in den Zellen gebundene Wasser frei wird und aus dem Erntegut austritt.
  • Um eine befriedigende Gutaufnahme durch die Walzen 4, 5 zu gewährleisten, werden die Hydraulikzylinder vorzugsweise so betrieben, dass der oben genannten Pressdruck bei einer Schichtdicke des Ernteguts im Pressspalt 7 erreicht wird, die etwa einem Neuntel bis einem Sechstel des Durchmessers der Walzen 4, 5 entspricht.
  • Die festen Bestandteile des halm- oder blattartigen Ernteguts passieren den Pressspalt 7, da, wenn eine Spitze eines Halms oder Blatts den Pressspalt 7 durchlaufen hat, der Rest des Blatts hinterher gezogen wird. Neue Pflanzenteile werden zwischen solchen, die den Spalt bereits teilweise passiert haben, gefangen und eingeklemmt und ebenfalls hindurch gezogen. Das dabei entweichende Wasser sammelt sich im Eingangszwickel 3 an und wird einerseits durch das ständig nachrückende Erntegut, andererseits durch den Druck der Walzen 4, 5 entgegen der Förderrichtung des Ernteguts gepumpt. Wasser, das den hinteren Rand der Platte 2 erreicht, kann zwischen diesem und der Walze 5 passieren und fließt am Mantel der Walze 5 ab. Unter der Walze 5 kann eine Auffangrinne vorgesehen sein, falls das abgepresste Wasser wirtschaftlich interessante Bestandteile enthält und gesammelt werden soll; im einfachsten Fall kann das Wasser von der Walze unmittelbar auf das bearbeitete Feld abtropfen.
  • Am Ausgang des Pressspalts 7 wird eine Matte 8 aus teilentwässertem, gepresstem und verdichtetem Pflanzenmaterial erhalten, die über eine weitere Platte 9 zwei weiteren Walzen 10, 11 zugeführt wird. Eine vordere Kante der Platte 9 kann als Abstreifer ausgebildet sein, der über die untere Walze 5 streicht, um eventuell daran haftendes Pflanzenmaterial zu lösen. Ein entsprechender, in der Fig. 2 nicht dargestellter Abstreifer kann der oberen Walze 4 zugeordnet sein.
  • Wie beim ersten Walzenpaar 4, 5 ist auch beim zweiten die untere Walze 11 fest und die obere beweglich gelagert und durch Hydraulikzylinder gegen die untere gepresst. Die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen 10, 11 ist geringfügig höher als die der Walzen 4, 5, um die Matte 8 unter Zugspannung zu halten. Auf diese Weise ist ausgeschlossen, dass sich das Erntegut im Eingangszwickel 12 der Walzen 10, 11 aufstaut und dadurch das Entweichen des Wassers behindert, welches die beiden Walzen 10, 11 auspressen. Der im Vergleich zum ersten Walzenpaar 4, 5 kleinere Durchmesser der Walzen 10, 11 ermöglicht bei gleichem Betriebsdruck der Hydraulikzylinder die Ausübung eines höheren Pressdrucks auf das Erntegut. Daher sind die Walzen 10, 11 in der Lage, Restwasser aus der Matte 8 abzupressen, das mit de Walzen 4, 5 nicht extrahierbar ist. Da das Erntegut bereits zu der Matte 8 verdichtet ist und darüber hinaus unter Spannung gehalten ist, füllt es nur einen kleinen Bereich des Eingangszwickels 12 dicht aus, so dass der Weg, den am Spalt 13 zwischen den Walzen 10, 11 neu ausgepresstes Wasser durch das Pflanzenmaterial zurücklegen muss, um zwischen der Hinterkante der Platte 9 und der Walze 11 aus dem Erntegutstrom zu entweichen, kurz ist. Es geht daher wenig Antriebsenergie der Walzen für das Pumpen des ausgepressten Wassers entgegen dem Erntegutstrom verloren.
  • Weitere Walzenpaare von zunehmend kleinerem Durchmesser können im Anschluss vorgesehen sein, um das Material noch weiter auszupressen. Bei der Ausgestaltung der Fig. 2 schließt sich an das Walzenpaar 10, 11 ein Paar von Walzen 14, 15 an, dessen Aufgabe nicht mehr das Auspressen des Materials ist, sondern nur noch, die inzwischen weitgehend entwässerte Matte 8 so zu klemmen, dass ein im Anschluss an dieses Walzenpaar rotierender Messerzylinder 16 an einer ortsfesten Schneidkante 17, über die die Matte 8 geschoben wird, Stücke mit einer wohldefinierten Länge von einigen Millimetern abschneidet und nicht ganze Halme oder Blätter über die Schneidkante 17 ziehen kann, ohne sie zu schneiden.
  • Fig. 3 veranschaulicht in einer schematischen Seitenansicht die Lagerung der Walzen 4, 5, 10 und 11. Die unteren Walzen 5, 11 der beiden Paare sind zwischen Seitengestellplatten 20 um eine jeweilige maschinenfeste Achse 21 drehbar gelagert. Eine Schwinge 22 umfasst zwei um eine zu den Achsen 21 parallele Achse 23 schwenkbare Arme. Die Arme der Schwinge 22 tragen Lager, die eine Achse 24 der Walze 4 festlegen. Die Schwinge 22 ist um ihre Achse 23 mit Hilfe von Stellgliedern schwenkbar, hier in Form von Hydraulikzylindern 25, die an den Seitengestellplatten 20 und den achsfernen Enden der zwei Arme der Schwinge 22 angreifen. Indem die Hydraulikzylinder 25 an der Schwinge 22 in einem größeren Abstand von der Achse 23 angreifen als die Walze 4, ist die Presskraft im Spalt 7 größer als die von den Hydraulikzylindern 25 ausgeübte Kraft.
  • Die Walze 10 ist mit der Schwinge 22 über zwei um eine Achse 27 gesteuert durch Hydraulikzylinder 28 schwenkbare Arme 26 verbunden. Diese indirekte Aufhängung der Walze 10 an der Schwinge 22 führt dazu, dass jede Verstellung des Drucks den Hydraulikzylindern 25 sich nicht nur auf den im Spalt 7 herrschenden Pressdrucks, sondern auch auf den im Spalt 13 auswirkt. So genügt bei geeigneter Wahl des Verhältnisses der Abstände zwischen den Achsen 23, 24 bzw. zwischen der Achse 23 und der Achse 29 der Walze 10 im Wesentlichen eine Druckkorrektur an den Hydraulikzylindern 25, um die Presskraft in beiden Spalten 7, 13 geeignet anzupassen, wenn dies z.B. durch eine Veränderung der Zufuhrrate des Erntegutstroms 1 nötig wird. Die Hydraulikzylinder 28 können sich dann auf Feinkorrekturen beschränken.
  • Das zerkleinerte Material wird anschließend einer Trocknungsstufe und dann einem Pyrolyse- oder Verschwelungsreaktor zugeführt, die ebenfalls in dem Maschinengehäuse 38 untergebracht sind. Eine solche Trocknungsstufe und ein solcher Reaktor sind in den deutschen Patentanmeldungen 10 2008 028 860 und 10 2008 049 350 beschrieben und werden daher hier nicht erläutert.
  • Fig. 4 zeigt in einer perspektivischen Ansicht von unten ein Beispiel einer möglichen Struktur der Platten 2 bzw. 9. Der in dem Eingangszwickel 3 bzw. 12 eingreifende hintere Randbereich 6 ist hier mit einer Mehrzahl von in Transportrichtung des Ernteguts spitz zulaufenden, unterseits hohlen Zinken 18 besetzt, deren Unterkanten jeweils in geringem Abstand vom Mantel der unteren Walze 5 bzw. 11 verlaufen. In Zwischenräumen 19 zwischen den Zinken 17 kann das Erntegut mit der unteren Walze 5 bzw. 11 in Kontakt kommen und dadurch mitgezogen werden; aus dem Pressspalt 7 bzw. 13 zurückdrängendes Wasser kann unter den Rändern der Zinken 18 hindurch unter diese vordringen. Unter diesen Zinken 18 kann das Wasser ungestört von nachrückendem Erntegut abfließen. So verkürzt sich der Weg, den das Wasser entgegen dem Strom des Ernteguts zurücklegen muss, und infolgedessen nimmt die zum Entwässern erforderliche Antriebsenergie ab.
    • Bezugszeichen
    • 1
    Erntegutstrom
    2
    Platte
    3
    Eingangszwickel
    4
    Walze
    5
    Walze
    6
    Randbereich
    7
    Pressspalt
    8
    Matte
    9
    Platte
    10
    Walze
    11
    Walze
    12
    Eingangszwickel
    13
    Spalt
    14
    Walze
    15
    Walze
    16
    Messerzylinder
    17
    Schneidkante
    18
    Zinken
    19
    Zwischenraum
    20
    Seitengestellplat- te
    21
    Achse
    22
    Schwinge
    23
    Achse
    24
    Achse
    25
    Hydraulikzylinder
    26
    Arm
    27
    Achse
    28
    Hydraulikzylin- der
    29
    Achse
    33
    Einzugsaggregat
    34
    Erntegutaufneh- mer
    35
    Einzugsschnecke
    36
    Rollenniederhal- ter
    37
    Stützrad
    38
    Maschinengehäuse

Claims (15)

  1. Vorrichtung zur Entwässerung von halm- oder blattartiger pflanzlicher Biomasse, bei der eine Förderstrecke für die Biomasse einen von einem ersten Walzenpaar (4, 5) begrenzten ersten Spalt (7) durchläuft, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderstrecke in Anschluss an den ersten Spalt (7) wenigstens einen von einem zweiten Walzenpaar (10, 11) begrenzten zweiten Spalt (13) durchläuft.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Walzenpaar (10, 11) in geradliniger Verlängerung des ersten Spalts (7) angeordnet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ablauf für ausgepresstes Wasser an der Förderstrecke vor dem ersten Spalt (7) angeordnet ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Walzen (4, 10) quer zur Ebene ihres Spalts (7, 13) auslenkbar ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die auslenkbare Walze (4, 10) durch wenigstens einen Hydraulikzylinder gegen die zweite Walze (5, 11) ihres Paars angedrückt ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Walze (4) wenigstens des ersten Walzenpaars in einer um eine zur Achse der Walze (4) parallele Achse schwenkbaren Schwinge gehalten ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen (10, 11) des zweiten Paars einen kleineren Durchmesser haben als die Walzen des ersten Paars (4, 5).
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen (10, 11) des zweiten Paars mit einer höheren Umfangsgeschwindigkeit drehangetrieben sind als die Walzen (4, 5) des ersten Paars.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen die Walzen (4, 5; 10, 11) eines Paars eingreifender Schild (2; 9) einen von den Walzen vor dem Spalt (7; 13) begrenzten Zwickel (3; 12) in einen Förderkanal für die Biomasse (1, 8) und einen Abflusskanal für am Spalt (7; 13) ausgepresste Flüssigkeit unterteilt.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Häckselwerk (14, 15, 16, 17) dem letzten entwässernden Walzenpaar (10, 11) nachgeordnet ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Häckselwerk einen Messerzylinder (16) und eine mit dem Messerzylinder (16) zusammenwirkende ortsfeste Gegenschneide (17) umfasst.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenschneide (17) ein Vorpresswalzenpaar (14, 15) vorgelagert ist.
  13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie als eine letzte Entwässerungsstufe eine thermische Trocknungsstufe umfasst.
  14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Verschwelungsreaktor zum Verschwelen der entwässerten Biomasse.
  15. Selbstfahrendes Erntefahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche einem Erntegutaufnehmer (34) nachgeordnet ist.
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