EP4663397A1

EP4663397A1 - Matrizenpresse und verfahren zum behandeln eines materials

Info

Publication number: EP4663397A1
Application number: EP24182306.1A
Authority: EP
Inventors: Rochus Mecke; Joachim Behrmann
Original assignee: Amandus Kahl GmbH and Co KG
Current assignee: Amandus Kahl GmbH and Co KG
Priority date: 2024-06-14
Filing date: 2024-06-14
Publication date: 2025-12-17
Also published as: WO2025256841A1

Abstract

Matrizenpresse mit einer Lochmatrize (20), mit einer Kollerrolle (31, 32) und mit einem Antrieb (16, 17). Die Lochmatrize (20) hat eine mit Bohrungen (21) versehene Laufbahn (24). Der Antrieb (16, 17) ist dazu ausgelegt, eine Relativbewegung zwischen der Lochmatrize (20) und der Kollerrolle (31, 32) zu erzeugen, sodass die erste Kollerrolle (31) und die zweite Kollerrolle (32) auf der Laufbahn (24) der Lochmatrize (20) abrollen. Jede Kollerrolle (31, 32) hat eine als Arbeitsfläche (40) ausgebildete Umfangsfläche. Die Arbeitsfläche (40) umfasst einen ersten axialen Abschnitt (41) und einen zweiten axialen Abschnitt (42). Im ersten axialen Abschnitt (41) ist die Umfangsfläche zylinderförmig. Im zweiten axialen Abschnitt (42) verjüngt sich der mit der Umfangsfläche aufgespannte Durchmesser der Kollerrolle (31). Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Behandeln eines auf einer Lochmatrize (20) aufliegenden Materials.

Description

Die Erfindung betrifft eine Matrizenpresse und ein Verfahren zum Behandeln eines Materials.
Matrizenpressen werden für die Behandlung verschiedener Materialien verwendet. Material auf der Oberfläche einer Lochmatrize wird durch überrollende Kollerrollen bearbeitet und durch Bohrungen der Lochmatrize hindurchgepresst. Je nach Parametern wie Konsistenz, Menge, Zusammensetzung des Materials kann das Material beispielsweise zu Pellets gepresst werden oder zerkleinert werden. Eine verbreitete Verwendung von Matrizenpressen ist die Herstellung von Pellets aus Biomassematerialien.
Bei konventionellen Matrizenpressen entspricht die Arbeitsfläche einer Kollerrolle der Breite der Laufbahn auf der Lochmatrize, DE 20 2018 000 161 U1 . Bekannt sind auch Matrizenpressen, bei denen jede Kollerrolle nur einen Teil der Breite der Laufbahn überdeckt, EP 2 902 100 A1 . Es hat sich herausgestellt, dass bekannte Matrizenpressen nicht in allen Anwendungsfeldern eine hohe Effizienz bei der Materialbehandlung haben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Matrizenpresse und ein Verfahren zum Behandeln eines Materials vorzustellen, mit denen die genannten Nachteile vermindert werden. Die Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Eine erfindungsgemäße Matrizenpresse umfasst eine Lochmatrize, eine Kollerrolle und einen Antrieb. Die Lochmatrize hat eine mit Bohrungen versehene Laufbahn. Der Antrieb ist dazu ausgelegt, eine Relativbewegung zwischen der Lochmatrize und der Kollerrolle zu erzeugen, sodass die Kollerrolle auf der Laufbahn der Lochmatrize abrollt. Die Kollerrolle umfasst eine als Arbeitsfläche ausgebildete Umfangsfläche. Die Umfangsfläche hat einen ersten axialen Abschnitt, in dem die Umfangsfläche zylinderförmig ist. Die Umfangsfläche hat einen zweiten axialen Abschnitt, in dem der mit der Umfangsfläche aufgespannte Durchmesser der Kollerrolle sich verjüngt.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, mit dem Überrollen durch eine Kollerrolle eine zweifache Wirkung auf das behandelte Material auszuüben. Über den ersten Abschnitt der Kollerrolle, in dem die Umfangsfläche zylinderförmig ist, wird in konventioneller Weise ein Druck auf das behandelte Material ausgeübt, dessen Richtung im Wesentlichen einen rechten Winkel mit der Laufbahn einschließt. Der Druck ist bei ansonsten vergleichbaren Bedingungen höher, als wenn die zylinderförmige Fläche sich über die gesamte Kollerrolle erstrecken würde. Gleichzeitig wird mit dem zweiten Abschnitt der Kollerrolle eine Kraft auf das behandelte Material ausgeübt, die das Material auch in seitlicher Richtung verdrängt. Es hat sich herausgestellt, dass durch das Überrollen des behandelten Materials mit dem sich verjüngenden zweiten Abschnitt der Kollerrolle eine Art Vorbehandlung des behandelten Materials stattfindet, durch die das nachfolgende Hindurchpressen des Materials durch die Bohrungen der Lochmatrize erleichtert wird. Das Hindurchpressen des Materials durch die Bohrungen kann beispielsweise erfolgen, indem das Material nachfolgend mit einer weiteren Kollerrolle überrollt wird. Der größte Teil des Materials tritt nicht durch die Vorbehandlung, sondern erst durch die anschließende Verdichtung durch die Bohrungen der Lochmatrize hindurch. Es hat sich gezeigt, dass mit einer solchen Kombination aus einer Vorbehandlung und einer nachfolgenden Verdichtung eine besonders effiziente Materialbehandlung möglich wird. Der Wirkungsgrad einer Matrizenpresse kann auf diese Weise deutlich erhöht werden.
Die Matrizenpresse kann eine erste Kollerrolle und eine zweite Kollerrolle umfassen, wobei jede Kollerrolle eine als Arbeitsfläche ausgebildete Umfangsfläche aufweist, die einen erste axialen Abschnitt und einen zweiten axialen Abschnitt aufweist, wobei im ersten axialen Abschnitt die Umfangsfläche zylinderförmig ist und wobei im zweiten axialen Abschnitt der mit der Umfangsfläche aufgespannte Durchmesser der Kollerrolle sich verjüngt. Die Matrizenpresse kann so gestaltet sein, dass das behandelte Material zunächst von der ersten Kollerrolle überrollt wird und dann von der zweiten Kollerrolle überrollt wird. Die Matrizenpresse kann in einem Kreislauf betrieben werden, sodass das behandelte Material abwechselnd von der ersten Kollerrolle und der zweiten Kollerrolle überrollt wird. Der erste axiale Abschnitt und der zweite axiale Abschnitt der Kollerrolle rollen auf der Laufbahn der Lochmatrize ab. Mit dem axialen Abschnitt der Umfangsfläche sind zugleich ein axialer Abschnitt der Kollerrolle sowie ein axialer Abschnitt der Arbeitsfläche definiert.
Die Matrizenpresse kann so gestaltet sein, dass der erste axiale Abschnitt der ersten Kollerrolle auf einem anderen Bereich der Laufbahn abrollt als der erste axiale Abschnitt der zweiten Kollerrolle. Der zweite axiale Abschnitt der ersten Kollerrolle kann auf einem anderen Bereich der Laufbahn abrollen als der zweite axiale Abschnitt der zweiten Kollerrolle. Es kann eine Überschneidung geben zwischen dem Bereich der Laufbahn, auf dem der zweite axiale Abschnitt der ersten Kollerrolle abrollt, und dem Bereich der Laufbahn, auf dem der erste axiale Abschnitt der zweiten Kollerrolle abrollt. Auf diese Weise kann mit dem zweiten axialen Abschnitt der ersten Kollerrolle eine Vorbehandlung bewirkt werden, der sich eine nachfolgende Verdichtung durch den ersten axialen Abschnitt der zweiten Kollerrolle anschließt.
Die Kollerrollen haben eine Bewegungsrichtung relativ zu der Lochmatrize, wenn die Matrizenpresse in Betrieb ist. Die Breite der Laufbahn der Lochmatrize schließt einen rechten Winkel mit der momentanen Bewegungsrichtung ein. Die axiale Richtung einer Kollerrolle kann parallel zur Breite der Laufbahn ausgerichtet sein. Die Laufbahn kann gekrümmt sein, sodass die Bewegungsrichtung einer Kollerrolle sich während eines Umlaufs der Matrizenpresse ändert. Die Laufbahn kann eine in sich geschlossene Bahn bilden, die bei jedem Umlauf der Matrizenpresse erneut von den Kollerrollen überrollt wird. Jeder axiale Abschnitt einer Kollerrolle kann bei jedem Umlauf der Matrizenpresse denselben Breitenabschnitt der Laufbahn überrollen. Die Arbeitsfläche der ersten Kollerrolle kann sich über die gesamte Breite der Laufbahn erstrecken. Die Arbeitsfläche der zweiten Kollerrolle kann sich über die gesamte Breite der Laufbahn erstrecken. Auf diese Weise wird das gesamte Material auf der Lochmatrize beim Überrollen durch eine Kollerrolle entweder einer Vorbehandlung durch den zweiten axialen Abschnitt oder einer Verdichtung durch den ersten axialen Abschnitt unterzogen.
Die Laufbahn der Lochmatrize entspricht dem Bereich, in dem die Lochmatrize mit Bohrungen versehen ist, durch die das behandelte Material hindurchtritt. Die Bohrungen können so angeordnet sein, dass die Laufbahn eine konstante Breite hat.
Die Arbeitsfläche einer Kollerrolle kann mit einer Oberflächenstrukturierung versehen sein, sodass die Kollerrolle über die Arbeitsfläche bearbeitend auf das Material einwirken kann. Die Oberflächenstrukturierung kann Erhöhungen und Vertiefungen aufweisen, zwischen denen kantige Übergänge bestehen. Die Oberflächenstrukturierung kann gebildet werden, indem ein Muster von Vertiefungen in einer Mantelfläche der Kollerrolle erzeugt wird. Die Vertiefungen können beispielsweise Bohrungen und/oder Nuten umfassen. Die Oberflächenstrukturierung kann den ersten axialen Abschnitt der Kollerrolle in Axialrichtung überdecken. Die Oberflächenstrukturierung kann sich über den gesamten Umfang des ersten axialen Abschnitts erstrecken.
Die Kollerrolle kann auch im zweiten axialen Abschnitt mit einer Oberflächenstrukturierung versehen sein. Die Oberflächenstrukturierung im zweiten axialen Abschnitt der Kollerrolle kann der Oberflächenstrukturierung im ersten axialen Abschnitt entsprechen. Je nach Anwendungsfall kann es auch von Vorteil sein, wenn die Oberflächenstrukturierung im ersten axialen Abschnitt der Arbeitsfläche sich von der Oberflächenstrukturierung im zweiten axialen Abschnitt der Arbeitsfläche unterscheidet. Auch zwischen der ersten Kollerrolle und der zweiten Kollerrolle kann die Oberflächenstrukturierung gleich oder verschieden sein. Da die mit dem zweiten axialen Abschnitt ausgelöste Behandlung des Materials eine geringere Intensität hat als beim ersten axialen Abschnitt, ist es auch möglich, dass der erste axiale Abschnitt mit einer Oberflächenstrukturierung versehen ist und dass der zweite axiale Abschnitt nicht mit einer Oberflächenstrukturierung versehen ist. Von der Erfindung umfasst sind auch Varianten, bei denen der erste axiale Abschnitt mit einer Oberflächenstrukturierung versehen ist und der zweite axiale Abschnitt nicht mit einer Oberflächenstrukturierung versehen ist.
Der axiale Abschnitt einer Arbeitsfläche kann eine zylindrische Form aufspannen, die sich über den zugehörigen axialen Abschnitt der Kollerrolle erstreckt. Der Durchmesser der zylindrischen Form im ersten axialen Abschnitt der Arbeitsfläche kann dem größten Durchmesser der Kollerrolle entsprechen. Der Durchmesser der Kollerrolle im ersten axialen Abschnitt der Arbeitsfläche kann beispielsweise zwischen 100 mm und 800 mm, vorzugsweise zwischen 130 mm und 550 mm liegen.
Der erste axiale Abschnitt und der zweite axiale Abschnitt einer Kollerrolle können unmittelbar aneinandergrenzen. Der größte Durchmesser der Kollerrolle im zweiten axialen Abschnitt kann identisch sein zu dem Durchmesser der Kollerrolle im ersten axialen Abschnitt. Der Übergang zwischen dem ersten axialen Abschnitt und dem zweiten axialen Abschnitt kann durch eine Kante in der Umfangsfläche der Kollerrolle definiert sein. Der Durchmesser der Kollerrolle im zweiten axialen Abschnitt kann sich mit zunehmendem Abstand vom ersten axialen Abschnitt kontinuierlich verjüngen. In einer Ausführungsform spannt die Umfangsfläche der Kollerrolle im zweiten axialen Abschnitt eine konusförmige Fläche auf. Der kleinste Durchmesser der Kollerrolle im zweiten axialen Abschnitt kann zwischen 2 % und 30 %, vorzugsweise zwischen 4 % und 20 %, weiter vorzugsweise zwischen 6 % und 15 % kleiner sein als der größte Durchmesser der Kollerrolle im zweiten axialen Abschnitt. Bezugsgröße ist der größere der beiden Durchmesser.
Bei einer Überlappung zwischen dem zweiten axialen Abschnitt der ersten Kollerrolle und dem ersten axialen Abschnitt der zweiten Kollerrolle kann das Material in dem betreffenden Breitenabschnitt durch Überrollen mit der ersten Kollerrolle einer Vorbehandlung und durch nachfolgendes Überrollen mit der zweiten Kollerrolle einer Verdichtung unterzogen werden. Die Überlappung zwischen dem zweiten Abschnitt der ersten Kollerrolle und dem ersten Abschnitt der zweiten Kollerrolle kann wenigstens 50 %, vorzugsweise wenigstens 80 %, weiter vorzugsweise wenigstens 90 % der Breite des ersten Abschnitts der zweiten Kollerrolle ausmachen. Die Überlappung zwischen dem zweiten Abschnitt der ersten Kollerrolle und dem ersten Abschnitt der zweiten Kollerrolle kann wenigstens 50 %, vorzugsweise wenigstens 80 %, weiter vorzugsweise wenigstens 90 % der Breite des zweiten Abschnitts der ersten Kollerrolle ausmachen. In einer Ausführungsform stimmt die Breite des zweiten Abschnitts der ersten Kollerrolle mit der Breite des ersten Abschnitts der zweiten Kollerrolle überein.
Die Arbeitsfläche der ersten Kollerrolle kann die gesamte Breite der Laufbahn der Lochmatrize überdecken. Dies bedeutet, dass die Breite der Laufbahn nicht größer ist als der Abstand zwischen dem äußeren Ende des ersten axialen Abschnitts und dem äußeren Ende des zweiten axialen Abschnitts. Die axiale Ausdehnung der Kollerrolle kann größer sein als die Breite der Laufbahn. Die Kollerrolle kann sich auf beiden Seiten der Laufbahn über die Laufbahn hinaus erstrecken. Der erste axiale Abschnitt der Kollerrolle kann mit einer benachbart zu der Laufbahn angeordneten Nut überlappen. Die Nut kann sich über den Umfang der Lochmatrize erstrecken. In einer Ausführungsform ist auf beiden Seiten der Laufbahn eine solche umlaufende Nut ausgebildet. Die Arbeitsfläche kann die Breite der Laufbahn ohne Unterbrechung überdecken. Möglich ist auch, dass die Arbeitsfläche am Übergang zwischen zwei Abschnitten eine axiale Lücke aufweist.
Die erste Kollerrolle kann so gestaltet sein, dass der erste axiale Abschnitt der Arbeitsfläche und der zweite axiale Abschnitt der Arbeitsfläche gemeinsam die gesamte Arbeitsfläche der ersten Kollerrolle ausmachen. Die Kollerrolle kann so gestaltet sein, dass die axiale Ausdehnung des ersten axialen Abschnitts der Kollerrolle sich um nicht mehr als 20 %, vorzugsweise um nicht mehr als 10 %, weiter vorzugsweise um nicht mehr als 5 % von der axialen Ausdehnung des zweiten axialen Abschnitts der Kollerrolle unterscheidet. Bezugsgröße ist der größere der beiden axialen Abschnitte. In einer Ausführungsform stimmt die axiale Ausdehnung des ersten axialen Abschnitts mit der axialen Ausdehnung des zweiten axialen Abschnitts überein. Im Falle, dass die axialen Ausdehnungen sich unterscheiden, kann der erste Abschnitt eine größere Ausdehnung haben als der zweite Abschnitt. Von der Erfindung umfasst sind Ausführungsformen, bei denen die Arbeitsfläche der ersten Kollerrolle mehr als zwei axiale Abschnitte umfasst, die sich in der geometrischen Form der Umfangsfläche voneinander unterscheiden.
Jedes im Zusammenhang einer Kollerrolle genannte Merkmal kann bei der ersten Kollerrolle und/oder bei der zweiten Kollerrolle verwirklicht sein. Bei einer Matrizenpresse mit mehr als zwei Kollerrollen können die Merkmale ebenfalls einzeln oder in Kombination bei jeder der Kollerrollen verwirklicht sein.
Am Übergang zwischen zwei axialen Abschnitten der Arbeitsfläche können Lastspitzen auftreten, die zu einem erhöhten Verschleiß der Kollerrollen bzw. der Lochmatrize führen können. Um dem entgegenzuwirken, kann die Lochmatrize in dem betreffenden Bereich eine Nut aufweisen. Die Nut kann sich über den gesamten Umfang der Matrizenpresse erstrecken, sodass während eines Umlaufs der Matrizenpresse die Position des Übergangs zwischen den beiden axialen Abschnitten ununterbrochen mit der Position der Vertiefung übereinstimmt.
Die Matrizenpresse kann mit genau zwei Kollerrollen ausgestattet sein. Die axialen Abschnitte der Arbeitsflächen der beiden Kollerrollen können miteinander vertauscht sein, sodass in einem Breitenabschnitt der Laufbahn die erste Kollerrolle eine Vorbehandlung und die zweite Kollerrolle eine nachfolgende Verdichtung bewirkt und dass in einem anderen Breitenabschnitt der Laufbahn die zweite Kollerrolle eine Vorbehandlung und die erste Kollerrolle eine nachfolgende Verdichtung bewirkt.
Die Matrizenpresse kann mit mehr als zwei Kollerrollen ausgestattet sein, die nacheinander auf der Laufbahn abrollen. Die Kollerrollen sollten so gestaltet und angeordnet sein, dass jeder mit einer Arbeitsfläche der Kollerrollen bearbeitete Breitenabschnitt der Laufbahn während eines Umlaufs der Matrizenpresse wenigstens einmal einer Vorbehandlung und wenigstens einmal einer nachfolgenden Verdichtung unterzogen wird. Möglich ist auch, dass jeder Breitenabschnitt der Laufbahn während eines Umlaufs der Matrizenpresse mehr als einmal einer Vorbehandlung und einer nachfolgenden Verdichtung unterzogen wird. In einer Ausführungsform wird dies erreicht, indem jeweils Paare aus den Kollerrollen gebildet werden, die wechselweise eine Vorbehandlung und eine Verdichtung bewirken. Beispielsweise kann die Matrizenpresse vier Kollerrollen umfassen, die jeweils paarweise auf diese Weise miteinander zusammenwirken.
Die Matrizenpresse kann eine Pelletpresse sein. Die Matrizenpresse kann als Flachmatrizenpresse ausgebildet sein. Bei einer Flachmatrizenpresse erstreckt die Lochmatrize sich in einer Ebene, meist einer horizontalen Ebene. Die Laufbahn kann sich um eine zentrale Achse der Lochmatrize herum erstrecken. Die Kollerrollen können der Laufbahn um die zentrale Achse herum folgen und sich währenddessen um eine horizontale Achse herum abrollen. Alternativ kann die Matrizenpresse als Ringmatrizenpresse ausgebildet sein. Bei einer Ringmatrizenpresse hat die Lochmatrize die Form eines Zylinders, wobei die Kollerrollen um Achsen abrollen, die parallel zu der Achse des Zylinders sind. Häufig sind die Kollerrollen im Innenraum der Ringmatrize angeordnet und das Material wird durch die Kollerrollen radial nach außen gepresst.
Der Antrieb der Matrizenpresse kann dazu ausgelegt sein, einen Kollerkopf anzutreiben, an dem eine Mehrzahl von Kollerrollen drehbar gelagert ist. Die Kollerrollen können relativ zu dem Kollerkopf rotieren, während der Kollerkopf relativ zu der Lochmatrize umläuft. In einer Ausführungsform umfasst die Matrizenpresse einen Antrieb, mit dem die Rotation der Kollerrollen relativ zu dem Kollerkopf aktiv angetrieben wird. In einer anderen Ausführungsform werden die Kollerrollen durch Reibung zwischen den Kollerrollen und dem behandelten Material relativ zu dem Kollerkopf in Rotation versetzt.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Behandeln eines auf einer Lochmatrize aufliegenden Materials mit einer Kollerrolle. Die Lochmatrize umfasst eine mit Bohrungen versehene Laufbahn. Die Kollerrolle wird so angetrieben, dass die Kollerrolle auf der Laufbahn der Lochmatrize abrollt. Die Kollerrolle hat eine als Arbeitsfläche ausgebildete Umfangsfläche, wobei die Arbeitsfläche einen ersten axialen Abschnitt und einen zweiten axialen Abschnitt aufweist. Die Umfangsfläche hat einen ersten axialen Abschnitt, in dem die Umfangsfläche zylinderförmig ist. Die Umfangsfläche hat einen zweiten axialen Abschnitt, in dem der mit der Umfangsfläche aufgespannte Durchmesser der Kollerrolle sich verjüngt. Das Verfahren kann so durchgeführt werden, dass das Material mit dem zweiten axialen Abschnitt der Arbeitsfläche einer Vorbehandlung unterzogen wird und dass das Material mit dem ersten axialen Abschnitt der Arbeitsfläche einer Verdichtung unterzogen wird.
Die Offenbarung umfasst Weiterbildungen des Verfahrens, die im Zusammenhang der erfindungsgemäßen Matrizenpresse beschrieben sind. Die Offenbarung umfasst Weiterbildungen der Matrizenpresse, die im Zusammenhang des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben sind.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand vorteilhafter Ausführungsformen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1:: eine schematische Darstellung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Matrizenpresse;
Fig. 2:: eine Ansicht von oben auf den Kollerkopf der Matrizenpresse aus Fig. 1;
Fig. 3:: eine Ansicht von oben auf die Lochmatrize der Matrizenpresse aus Fig. 1;
Fig. 4:: eine erste Kollerrolle der Matrizenpresse aus Fig. 1;
Fig. 5:: eine zweite Kollerrolle der Matrizenpresse aus Fig. 1;
Fig. 6, 7:: die Ansicht gemäß Fig. 4, 5 bei einer alternativen Ausführungsforme der Erfindung;
Fig. 8, 9:: die Ansicht gemäß Fig. 4, 5 bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Bei einer in Fig. 1 gezeigten Flachmatrizenpresse steht ein Maschinengehäuse 14 auf einem Boden 15. Das Maschinengehäuse 14 trägt eine als Königswelle gestaltete Antriebswelle 16, die in dem Maschinengehäuse 14 drehbar gelagert ist. Über einen Antrieb 17 kann die Antriebswelle 16 mit einem nicht dargestellten Antriebsmotor in Drehung versetzt werden. Mit der Antriebswelle 16 verbunden sind vier horizontale Achszapfen 18, von denen in der schematischen Darstellung der Fig. 1 zwei zu sehen sind. Auf den Achszapfen 18 sind vier Kollerrollen 31, 32, 33, 34 drehbar gelagert, von denen in Fig. 1 nur die erste Kollerrolle 31 und die dritte Kollerrolle 33 zu sehen sind. Die Achszapfen 18 und die Kollerrolle 31, 32, 33, 34 sind Bestandteile des Kollerkopfes 23 der Flachmatrizenpresse.
Die Kollerrollen 31, 32, 33, 34 laufen auf der Oberseite einer Lochmatrize 20, die mit einer Vielzahl von Bohrungen 21 versehen ist. Die Bohrungen 21 erstrecken sich von einem den Kollerrollen 31, 32, 33, 34 zugewandten Einlassende durch die Lochmatrize 20 hindurch bis zu einem Auslassende auf der Unterseite der Lochmatrize 20. Wenn die Antriebswelle 16 sich dreht, bewegen die Kollerrollen 31, 32, 33, 34 sich entlang einer kreisförmigen Laufbahn auf der Oberseite der Lochmatrize 20.
Die Pelletpresse hat einen Materialeinlass 22, durch den ein Material, beispielsweise Holzmaterial, in zerkleinerter Form in den Innenraum der Flachmatrizenpresse eingebracht werden kann. Das Material fällt auf die Oberseite der Lochmatrize 20 und wird dort durch den Druck der Kollerrollen 31, 32, 33, 34 komprimiert und durch die Bohrungen 21 hindurchgepresst. Es entstehen Pelletstränge, die an den Auslassenden der Bohrungen 21 austreten und durch einen Auslass 27 abtransportiert werden.
In Fig. 2 ist der Kollerkopf 23 der Flachmatrizenpresse in einer Ansicht von oben gezeigt. Der Kollerkopf 23 umfasst einen Zentralkörper 46, der in Fig. 1 in einer drehfesten Verbindung mit der Königswelle 16 steht. Die vier Achszapfen 18 erstrecken sich von dem Zentralkörper 46 nach außen, wobei zwischen zwei Achszapfen 18 jeweils ein Winkel von 90° eingeschlossen ist. Die Achszapfen 18 erstrecken sich in einer Ebene, die orthogonal zu der Königswelle 16 ausgerichtet ist.
Jede Kollerrolle 31, 32, 33, 34 umfasst eine Arbeitsfläche 40, die auf einer Mantelfläche oder Umfangsfläche der Kollerrolle 31, 32, 33, 34 ausgebildet ist. Jede Arbeitsfläche 40 hat einen ersten axialen Abschnitt 41 und einen zweiten axialen Abschnitt 42, die sich jeweils entlang eines Abschnitts des Achszapfens 18 erstrecken. Der erste axiale Abschnitt 41 hat einen Durchmesser, der dem größten Durchmesser der Kollerrolle 31, 32, 33, 34 entspricht. Im zweiten axialen Abschnitt 42 verjüngt sich der Durchmesser der Kollerrolle 31, 32, 33, 34 mit zunehmendem Abstand vom ersten axialen Abschnitt. Am Übergang zwischen dem ersten axialen Abschnitt 41 und dem zweiten axialen Abschnitt 42 ist eine Kante 47 in der Umfangsfläche der Kollerrolle 31, 32, 33, 34 ausgebildet. Der erste axiale Abschnitt 41 und der zweite axiale Abschnitt 42 bilden gemeinsam die axiale Ausdehnung 43 der Arbeitsfläche 40.
Die Arbeitsflächen 40 der Kollerrollen 31, 32, 33, 34 sind mit einer Oberflächenstrukturierung versehen, mit der die Kollerrollen 31, 32, 33, 34 auf das zu behandelnde Material einwirken. Im ersten axialen Abschnitt 41 wird die Oberflächenstrukturierung in diesem Ausführungsbeispiel durch eine Vielzahl von kurzen Sackbohrungen gebildet. Im zweiten axialen Abschnitt 42 wird die Oberflächenstrukturierung durch eine Vielzahl von Nuten gebildet, die sich über die axiale Ausdehnung des zweiten axialen Abschnitts 42 erstrecken. Beide Arten von Oberflächenstrukturierung sind in den Figuren durch eine Schraffur angedeutet.
In Fig. 3 ist die Lochmatrize 20, auf der die Kollerrollen 31, 32, 33, 34 abrollen, in einer Ansicht von oben gezeigt. Die Lochmatrize 20 umfasst eine Laufbahn 24, die sich in Form einer geschlossenen ringförmigen Bahn über die Oberfläche der Lochmatrize 20 erstreckt. Im Bereich der Laufbahn 24 ist die Lochmatrize 20 mit einer Vielzahl von Bohrungen versehen, die in Fig. 3 schematisch durch eine Schraffur angedeutet sind. Die Laufbahn 24 hat eine Breite 25, die sich quer zu der Richtung der Laufbahn 24 erstreckt. Die Laufbahn 24 entspricht dem Bereich der Lochmatrize 20, in dem die Lochmatrize 20 mit Bohrungen versehen ist, durch die das Material im Betrieb der Flachmatrizenpresse hindurchtritt.
Die Breite 25 der Laufbahn 24 entspricht der axialen Ausdehnung 43 der Arbeitsfläche 40 der Kollerrollen 31, 32, 33, 34. Das gesamte auf der Laufbahn 24 aufliegende Material wird also im Laufe eines vollständigen Umlaufs des Kollerkopfes 23 von den Kollerrollen 31, 32, 33, 34 überrollt.
Die Fig. 4, 5 zeigen schematische Ansichten der ersten Kollerrolle 31 und der zweiten Kollerrolle 32 oberhalb der Lochmatrize 20. Bei der ersten Kollerrolle 31 ist der erste axiale Abschnitt 41 der Arbeitsfläche 40 radial außerhalb an dem Kollerkopf 23 angeordnet und ist der zweite axiale Abschnitt 42 der Arbeitsfläche 40 radial innerhalb an dem Kollerkopf 23 angeordnet. Bei der zweiten Kollerrolle 32 ist es umgekehrt. Der erste axiale Abschnitt 41 ist radial innerhalb an dem Kollerkopf 23 angeordnet, und der zweite axiale Abschnitt 42 ist radial außerhalb an dem Kollerkopf 23 angeordnet.
Wird ein Abschnitt der Laufbahn 24 zuerst von der ersten Kollerrolle 31 und dann von der zweiten Kollerrolle 32 überrollt, so bewirkt der zweite axiale Abschnitt 42 der ersten Kollerrolle 31 eine Vorbehandlung des Materials in einem inneren Bereich der Laufbahn 24. Mit der Vorbehandlung wird das Material einerseits einer ersten Verdichtung unterzogen und andererseits in seitlicher Richtung verdrängt. Das vorbehandelte Material wird kurz darauf von dem ersten axialen Abschnitt 41 der zweiten Kollerrolle 32 überrollt und auf diese Weise weiter verdichtet.
Umgekehrt überrollt der erste axiale Abschnitt 41 im äußeren Bereich der Laufbahn 42 einen Materialteppich, der kurz zuvor von dem zweiten axialen Abschnitt 42 der vierten Kollerrolle 34 vorverdichtet wurde. Der erste axiale Abschnitt 41 der ersten Kollerrolle 31 bewirkt eine Verdichtung des vorbehandelten Materials. Vor allem im Zuge der nachfolgenden Verdichtung ist der auf den Materialteppich ausgeübte Druck so groß, dass das Material durch die Bohrungen 21 der Lochmatrize 20 hindurchtritt und zu Pellets geformt wird.
Im Betrieb der Flachmatrizenpresse wird laufend neues Material nachgeführt, das zwischen zwei Kollerrollen auf die Oberseite der Lochmatrize 20 fällt. Einer Vorbehandlung unterliegt insbesondere das frisch zugeführte Material, das erst nach dem Überrollen durch die vorangegangene Kollerrolle auf den Bereich der Laufbahn 24 fällt, der von dem zweiten Abschnitt 42 einer Kollerrolle 31,32, 33, 34 überrollt wird.
Jedes Paar aus zwei aufeinanderfolgenden Kollerrollen bewirkt auf diese Weise eine Abfolge aus Vorbehandlung und nachfolgender Verdichtung in einem Bereich der Laufbahn. Bei den Paaren aus vorauslaufender Kollerrolle 31 und nachlaufender Kollerrolle 32 sowie aus vorauslaufender Kollerrolle 33 und nachlaufender Kollerrolle 34 findet die Abfolge aus Vorbehandlung und nachfolgender Verdichtung im inneren Bereich der Laufbahn statt. Bei den Paaren aus vorauslaufender Kollerrolle 32 und nachlaufender Kollerrolle 33 sowie aus vorauslaufender Kollerrolle 34 und nachlaufender Kollerrolle 31 findet die Abfolge aus Vorbehandlung und nachfolgender Verdichtung im äußeren Bereich der Laufbahn 24 statt.
In den Fig. 6, 7 ist eine alternative Ausführungsform gezeigt, bei der die Laufbahn 24 in dem Bereich keine Bohrungen aufweist, der von der Kante 47 zwischen dem ersten axialen Abschnitt 41 und dem zweiten axialen Abschnitt 42 der Arbeitsfläche 40 überrollt wird. Stattdessen ist in dieser radialen Position der Lochmatrize 20 eine Nut 45 ausgebildet, die sich in Form eines geschlossenen Rings über die Oberfläche der Lochmatrize 20 erstreckt. Indem das auf der Lochmatrize 20 aufliegende Material in die Nut 45 ausweichen kann, wird die mechanische Belastung der Kollerrollen 31, 32, 33, 34 im Bereich des Abs. 47 vermindert, was sich vorteilhaft auf die Lebensdauer der Kollerrollen 31, 32, 33, 34 und der Lochmatrize 20 auswirkt.
Bei der weiteren Ausführungsform in den Fig. 8, 9 ist innerhalb der Laufbahn 24 eine innere Kreisringnut 48 und außerhalb der Laufbahn 24 eine äußere Kreisringnut 49 ausgebildet. Die ersten axialen Abschnitte 41 der Kollerrollen 31, 32, 33, 34 ragen nach innen und nach außen über die Laufbahn 24 hinaus und überlappen mit den Kreisringnuten 48, 49. Ähnlich wie die Nut 45 in der Mitte der Laufbahn haben die innere Kreisringnut 48 und die äußere Kreisringnut 49 die Funktion, den Verschleiß der Kollerrollen 31, 32, 33, 34 und der Lochmatrize 20 zu reduzieren.

Claims

Matrizenpresse mit einer Lochmatrize (20), mit einer Kollerrolle (31, 32) und mit einem Antrieb (16, 17), wobei die Lochmatrize (20) eine mit Bohrungen (21) versehene Laufbahn (24) aufweist, wobei der Antrieb (16, 17) dazu ausgelegt ist, eine Relativbewegung zwischen der Lochmatrize (20) und der Kollerrolle (31, 32) zu erzeugen, sodass die Kollerrolle (31) auf der Laufbahn (24) der Lochmatrize (20) abrollt, wobei die Kollerrolle (31, 32) eine als Arbeitsfläche (40) ausgebildete Umfangsfläche aufweist, wobei die Umfangsfläche einen ersten axialen Abschnitt (41) aufweist, in dem die Umfangsfläche zylinderförmig ist, und wobei die Umfangsfläche einen zweiten axialen Abschnitt (42) aufweist, in dem der mit der Umfangsfläche aufgespannte Durchmesser der Kollerrolle (31) sich verjüngt.
Matrizenpresse nach Anspruch 1, umfassend eine erste Kollerrolle (31) und eine zweite Kollerrolle (32), wobei jede Kollerrolle (31, 32) eine als Arbeitsfläche (40) ausgebildete Umfangsfläche aufweist, bei der die Umfangsfläche einen ersten axialen Abschnitt (41) aufweist, in dem die Umfangsfläche zylinderförmig ist, und bei der die Umfangsfläche einen zweiten axialen Abschnitt (42) aufweist, in dem der mit der Umfangsfläche aufgespannte Durchmesser der Kollerrolle (31, 32) sich verjüngt.
Matrizenpresse nach Anspruch 2, wobei der erste axiale Abschnitt (41) der ersten Kollerrolle (31) auf einem anderen Bereich der Laufbahn (24) abrollt als der erste axiale Abschnitt (41) der zweiten Kollerrolle (32).
Matrizenpresse nach Anspruch 2 oder 3, wobei der zweite axiale Abschnitt (42) der ersten Kollerrolle (31) auf einem anderen Bereich der Laufbahn (24) abrollt als der zweite axiale Abschnitt (42) der zweiten Kollerrolle (32).
Matrizenpresse nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei eine Überschneidung besteht zwischen dem Bereich der Laufbahn (24), auf dem der zweite axiale Abschnitt (42) der ersten Kollerrolle (31) abrollt, und dem Bereich der Laufbahn (24), auf dem der erste axiale Abschnitt (41) der zweiten Kollerrolle (32) abrollt.
Matrizenpresse nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die erste Kollerrolle (31) und die zweite Kollerrolle (32) über die Breite der Laufbahn (24) hinausragen und mit einer seitlich der Laufbahn (24) angeordneten Ringnut (48, 49) überlappen.
Matrizenpresse nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Arbeitsflächen (40) der ersten Kollerrolle (31) und der zweiten Kollerrolle (32) mit einer Oberflächenstrukturierung versehen sind.
Matrizenpresse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Durchmesser der Kollerrolle (31, 32) im zweiten axialen Abschnitt (42) sich mit zunehmendem Abstand vom ersten axialen Abschnitt (41) kontinuierlich verjüngt.
Matrizenpresse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die axiale Ausdehnung des ersten axialen Abschnitts (41) der Arbeitsfläche (40) sich um nicht mehr als 20 %, vorzugsweise um nicht mehr als 10 %, weiter vorzugsweise um nicht mehr als 5 % von der axialen Ausdehnung des zweiten axialen Abschnitts (42) der Arbeitsfläche (40) unterscheidet.
Matrizenpresse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Laufbahn (24) der Lochmatrize (20) eine sich über den Umfang der Matrizenpresse erstreckende Nut (45) aufweist, die einem Übergang (47) zwischen dem ersten axialen Abschnitt (41) und dem zweiten axialen Abschnitt (42) einer Kollerrolle (31, 32) gegenüberliegt.
Matrizenpresse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Matrizenpresse als Flachmatrizenpresse mit mehr als zwei Kollerrollen (31, 32, 33, 34) ausgestaltet ist, wobei zwei aufeinanderfolgende Kollerrollen (31, 32, 33, 34) jeweils paarweise dazu ausgelegt sind, auf einem Bereich der Lochmatrize (20) aufliegendes Material einer Vorbehandlung und einer nachfolgenden Verdichtung zu unterziehen.
Verfahren zum Behandeln eines auf einer Lochmatrize (20) aufliegenden Materials mit einer ersten Kollerrolle (31) und einer zweiten Kollerrolle (32), wobei die Lochmatrize (20) eine mit Bohrungen (21) versehene Laufbahn (24) aufweist, wobei eine Relativbewegung zwischen der Lochmatrize und den Kollerrollen (31, 32) erzeugt wird, sodass die erste Kollerrolle (31) und die zweite Kollerrolle (32) auf der Laufbahn (24) der Lochmatrize (20) abrollen, wobei jede Kollerrolle (31, 32) eine als Arbeitsfläche (40) ausgebildete Umfangsfläche aufweist, wobei die Umfangsfläche einen ersten axialen Abschnitt (41) umfasst, in dem die Umfangsfläche zylinderförmig ist, und wobei die Umfangsfläche einen zweiten axialen Abschnitt (42) aufweist, in dem der mit der Umfangsfläche aufgespannte Durchmesser der Kollerrolle (31) sich verjüngt.