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Die Erfindung betrifft eine Ballenpresse mit insbesondere vertikal bewegtem Pressorgan zum Verdichten von losem Material, vorzugsweise von voluminösen, sperrigen und/oder komprimierbaren Abfallstoffen, zu einem kompakten, quaderförmigen Ballen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Bei Ballenpressen der angesprochenen Gattung wird überwiegend ein hydraulischer Antrieb für deren Pressorgan verwendet. Für hydraulische Pressen werden zur Aufbringung von hohen Drücken entsprechend ausgelegte Presszylinder verwendet, die jedoch sehr langsam verfahrbar sind. Es wird daher oft ein zweiter, ein sogenannter Schleppzylinder mit geringerem Volumen hinzugenommen, mit dem ein Pressorgan im Schnellgang aus- und eingefahren werden kann. Ein derartiges System benötigt jedoch zwei Hydraulikzylinder.
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Aus der
DE 10 2009 040 508 A1 ist eine Ballenpresse mit horizontal bewegbarem Pressorgan bekannt, bei er die drei Hydraulikzylinder in zwei Antriebsgruppen angeordnet sind, die nach dem Teleskopprinzip bewegt werden. Hier sind zusätzliche Maßnahmen für die mechanische Stabilität innerhalb dieses Antriebes notwendig.
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Eine hydraulische Steuereinrichtung für eine Presse allgemeiner Art ist aus der Zeitschrift VDI-Z 123 (1981) Nr. 13 – Juli, Seiten M 158, 159, insbesondere Bild 14 bekannt. Bei dieser Pressensteuerung wird ein Eilgangzylinder und ein Presszylinder verwendet sowie mit einer hydraulischen Vorspannung gearbeitet. Diese Steuereinrichtung verwendet als Druckmittelquelle eine Verstellpumpe mit einem großvolumigen Energiespeicher, dessen Hochdruck beim Eilgang abwärts bereits beide Kolbenseiten des Presszylinders beaufschlagt, sodass in der Arbeitsphase die Presskraft durch Entlasten der unteren Zylinderseite erfolgt. Der Eilgangzylinder wird über ein 4-Wege-3-Stellungs-Ventil mit einer nachgeschalteten Drosselstelle angesteuert. Über die Drosselstelle entsteht ein beträchtlicher Druckabfall und damit verbunden eine Ölerwärmung, die aus dem System wieder abgeführt werden muss. Diese Energieverluste in Form von Erwärmung beeinflussen die Maschinenfunktion stark nachteilig. Zudem ist eine spezielle Zylinderkombination vorgesehen, bei welcher der Presszylinder als Differentialzylinder und der Eilgangzylinder mit einem Schnellschlusskolben ausgeführt wird, was zu einer relativ aufwendigen Bauweise führt.
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Aus der
DE 37 34 329 A1 ist eine weitere hydraulische Steuereinrichtung für eine Ziehpresse mit einem Eilgang bekannt, welche höhere Zykluszahlen ermöglichen soll. Durch das Arbeiten der Zylinder mit hydraulischer Vorspannung und in weitergehend geschlossenen hydraulischen Kreisen soll erreicht werden, dass bei den Kompressionsvorgängen möglichst wenig Energie verloren geht und damit die Ölerwärmung reduziert wird. Um jedoch die in geschlossenen hydraulischen Kreisen unvermeidbare Ölaufheizung innerhalb eines erlaubten Temperaturbereichs zu halten, sind weitere schaltungstechnische Maßnahmen vorgesehen, damit beim Betrieb des Eilgangzylinders bzw. des Presszylinders jeweils ein wirksamer Ölaustausch durchführbar ist.
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Aus der
DE 38 09 461 A1 ist eine Vorrichtung mit hydraulischer Steuerung bekannt, bei der für beide Funktionen nur ein Zylinder, ein Doppelhubzylinder, vorgesehen ist. Zu diesem Zweck ist der Zylinder mit einem als Hohlkolben ausgebildeten Schleppkolben und einem darin angeordneten Arbeitskolben versehen. Eine derartige mit mehreren ineinander verschiebbaren Kolbensystemen versehene Vorrichtung ist relativ kompliziert und teuer.
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Die
DE 101 21 612 A1 offenbart einen weiteren kombinierten Presszylinder, welcher auch in einem Eilgang bewegbar ist. Es wird nur ein bewegliches Kolbensystem verwendet, das mittels mindestens zwei Fluidkreisen in unterschiedlicher Weise betätigt werden kann. Das Kolbensystem besteht in nur einem Bauteil, nämlich der starren Einheit aus Kolben und Kolbenstange. Der hydraulische Zylinder soll dadurch robust, funktionssicher und fertigungstechnisch einfach sein. Durch Ausbildung eines Kolbens und der zugehörigen Kolbenstange mit mehreren Druckflächen soll ein einfacher Presszylinder geschaffen sein, mit dem sowohl eine rasche Aus- und Einfahrbewegung sowie ein präziser Arbeitshub ggf. mit hoher Druckkraft durchführbar ist. Dieser kombinierte Presszylinder wird an Pressen zum Herstellen von Formteilen, Pressen von Blechen etc. eingesetzt. Auch diese Lösung ist für die Verwendung an Ballenpressen besagter Gattung zu teuer.
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Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung eine Ballenpresse mit vertikal bewegtem Pressorgan bzw. eine Steuerung für deren Antrieb bereitzustellen, die die genannten Nachteile aus dem Stand der Technik nicht aufweist, vor allem soll der Aufwand bei der Herstellung der Ballenpresse und der Energiebedarf bei dem Einsatz der Ballenpresse verringert werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ballenpresse mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst, vorteilhafte Ausgestaltungen der Ballenpresse werden mit den Ansprüchen 2 bis 9 aufgezeigt.
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Die neue Ballenpresse zum Verdichten von losem Material, vorzugsweise von voluminösen, sperrigen und/oder komprimierbaren Abfallstoffen, zu einem kompakten, quaderförmigen Ballen nach der Erfindung hat ein Gehäuse, einen sogenannten Presskasten, der aus Seitenwänden, einer Rückwand, einem Boden und einer Vorderwand in üblicher Art gebildet ist. Die Innenflächen des Presskastens definieren einen im Wesentlichen vertikalen Schacht, wobei wenigstens eine der Wände wenigstens eine Tür ist, die zum Einfüllen des losen Materials sowie zur Entnahme des Ballen geöffnet werden kann.
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Zu dieser Ballenpresse gehört zudem eine Antriebseinheit samt Steuerungsanordnung, die im Wesentlichen oberhalb des Schachtes auf dem Gehäuse an einem Antriebsträger angeordnet ist, nebst einer in dem Schacht bewegbaren Pressplatte (Pressorgan), die wahlweise von einer oberen Ruhestellung in eine untere Pressendstellung und zurück bewegbar ist, sowie mehrere linear wirkende Übertragungselemente zwischen der Antriebseinheit und der Pressplatte zur Übertragung der von der Antriebseinheit erzeugten Bewegungskraft auf die Pressplatte. In erfindungsgemäßer Ausführung ist eines der mehreren Übertragungselemente mit der Antriebseinheit und deren Steuerungsanordnung so verbunden, dass es beidseitig, d. h. wechselseitig antreibbar ist, also jeweils einseitig aktiv, und die anderen der vorgesehenen Übertragungselemente sind mit der Antriebseinheit und deren Steuerungsanordnung so verbunden, dass sie nur einseitig und zwar arbeitshubseitig antreibbar sind, vorteilhaft wahlweise innerhalb von Teilschritten des ausgeführten Arbeitshubes.
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Bevorzugt ist das erste Übertragungselement ein Schub- und Hubzylinder und die anderen Übertragungselemente, vorzugsweise das zweite und dritte Übertragungselement sind Presszylinder, die während jedes Arbeitshubes, insbesondere dem Pressvorgang vorzugsweise dem ersten Übertragungselement wahlweise funktionell zuschaltbar sind, insbesondere parallel zu diesem für den Pressvorgang zugeschaltet werden.
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Vorteilhaft sind die anderen, nur einseitig antreibbaren Übertragungselemente, insbesondere das zweite und das dritte Übertragungselement derart angeordnet und schaltungstechnisch in die Steuerungsanordnung eingebunden, dass sie in der zum Arbeitshub entgegengesetzten Bewegungsrichtung der Pressplatte, der Hubbewegung, in welcher die Pressplatte zurück in ihre Ruhestellung bewegt wird, passiv arbeiten. Vorteilhaft wird dieses durch funktionelle Kopplung dieser Übertragungselemente mit dem ersten Übertragungselement erreicht. Bei der Bewegung ”Zurück” der Kolbenstangen des zweiten und des dritten Übertragungselementes, also beim Bewegen in ihre jeweilige Ausgangsstellung, muss deshalb bei diesen Presszylindern in deren kolbenstangenseitigen Druckraum kein Druckmedium eingeleitet werden, sie bewegen sich passiv. Schaltungstechnisch ist nach der Erfindung die Schaltungsanordnung der Antreibseinheit so konzipiert, dass die Zuschaltung der Presszylinder in Abhängigkeit von einem Grenzwert eines am ersten Übertragungselement erfassten Messwertes, vorzugsweise des am ersten Übertragungselement anliegenden Arbeitsdruckes, erfolgt, welcher mit einem in einer ersten Arbeitsleitung angeordneten Sensor, vorzugsweise einem Drucksensor, erfasst wird.
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Die neue, erfindungsgemäße Ballenpresse nebst ihrer neuen hyraulischen Schaltungsanordnung bewirkt vorteilhaft, dass – im Vergleich zu Ballenpressen nach dem Stand der Technik – bei projektierter gleicher Nennleistung der Ballenpressen wesentliche Teile der eingesetzten hydraulischen Komponenten in einer günstigeren Leistungs- und Preisklasse gewählt werden können. Zudem bewirkt die neue, erfindungsgemäße hydraulische Schaltungsanordnung, dass gegenüber bekannten hydraulischen Schaltungsanordnungen an gattungsgemäßen Ballenpressen bis zu 50% weniger Öl für die Betätigung der Pressplatte bereitgehalten bzw. gefördert werden muss. Weitere Vorteile sind zum Beispiel eine Verkürzung der Taktzeit für einen Arbeitszyklus um bis zu 50–60%, eine Energieeinsparung von bis zu ca. 40%, Verringerung des bautechnischen Aufwandes, also zusammenfassend gesagt bewirkt die Erfindung eine Senkung der Herstellungskosten sowie eine Senkung der Betriebskosten sowie ein effektiveres und zeitsparendes Arbeiten mit der Ballenpresse. Mögliche Fehlerquellen, wie sie bei bekannten Eilgang-Systemen auftreten, werden vermieden bzw. zumindest wesentlich minimiert.
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Nach einer vorteilhaften Ausführungsvariante sind die Übertragungselemente Hydraulikzylinder und der Antrieb ist ein hydraulischer Antrieb.
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Die Erfindung wird anhand eines schematisch in Zeichnungen gezeigten, bevorzugten, die Erfindung jedoch nicht einschränkenden Ausführungsbeispieles näher und in Details erläutert. Es zeigen:
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1, 1a und 1b eine Ballenpresse vertikaler Bauart nach der Erfindung in mehreren Frontalansichten;
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2, 2a und 2b mehrere Positionen der Pressplatte während eines Arbeitszyklus und das Wirken der Erfindung;
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3 und 3a weitere Positionen der Pressplatte während eines weiteren Arbeitszyklus und das Wirken der Erfindung;
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4 den grundsätzlichen Aufbau der hydraulischen Steuerungsanordnung des gezeigten Ausführungsbeispiels nach 1 bis 3a;
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4a Details zur Darstellung nach 4;
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5 die hydraulische Steuerungsanordnung nach 4 für den Arbeitsschritt ”Pressen”;
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5a Details zur Darstellung nach 5;
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6 die hydraulische Steuerungsanordnung nach 4 und 5 für den zweiten Abschnitt des Arbeitsschrittes ”Pressen”;
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6a Details zur Darstellung nach 6;
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7 die hydraulische Steuerungsanordnung nach 4 für den Arbeitsschritt ”Heben” und
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7a Details zur Darstellung nach 7.
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Den nachfolgenden Ausführungen soll vorausgestellt werden, dass Begriffe wie „oben”, „unten”, „links” und „rechts” sich nur auf die jeweilige Darstellung in den Figuren beziehen und dass die tatsächlichen Anordnungen von diesen Begrifflichkeiten abweichen können. Auch können die Dimensionierungen der realen Bauteile von den Dimensionierungen in den Figuren abweichen. Weiterhin wird hervorgehoben, dass gleiche Bauteile in den verschiedenen Figuren immer mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind; sie haben auch jeweils die gleiche Bedeutung, auch wenn sie in der Beschreibung der Ausführungsvarianten nicht zu jeder Figur ausdrücklich genannt werden. Im Sinne der Erfindung wird unter dem Begriff ”Arbeitshub” die Bewegung der Pressplatte von ihrer Ruhestellung bis hin zu ihrer Pressendstellung verstanden. Dieser ”Arbeitshub” ist unterteilt in die zeitlich nacheinander folgenden Teilhübe ”Eilgang” und ”Presshub”. Die zeitliche Dauer dieser Teilhübe bzw. die Strecke, welche die Pressplatte in den Teilhüben zurücklegt, sind variabel. Sie können seitens des Herstellers oder vom Bediener der Ballenpresse in der Steuerungsanordnung und/oder der elektronischen Steuerungseinrichtung der Ballenpresse programmiert werden. Unter dem Begriff ”Hubbewegung” wird im Sinne der Erfindung die Bewegung der Pressplatte von der jeweiligen Endstellung des ausgeführten ”Arbeitshubes” zurück in ihre Ruhestellung verstanden.
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Die neue, erfindungsgemäße Ballenpresse 1 ist in den 1, 1a und 1b in ihrem allgemeinen Aufbau gezeigt. In der 4 ist die neue erfindungsgemäße schaltungstechnische Kopplung der Antriebseinheit 4 mit der Pressplatte 8 dargestellt. Die Antriebseinheit 4 ist gemäß diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein hydraulisch wirkender Antrieb, demzufolge ist in 4 schematisch die hydraulische Schaltungsanordnung dargestellt, wobei die verwendeten Schaltzeichen solche nach DIN ISO 1219 ”Fluidtechnik” sind. Die Ballenpresse 1 besteht aus einem Gehäuse 2, einem sogenannten Presskasten, welches aus Wänden 20, 21, 22 und 23, also einer Vorderwand, zwei gegenüber liegenden Seitenwänden und einer der Vorderwand gegenüber liegenden Rückwand, gebildet ist. Die Innenflächen dieser Wände 20, 21, 22, und 23 bilden einen vertikal ausgerichteten Schacht 25 der Ballenpresse 1. Die Vorderwand 21 ist in diesem Ausführungsbeispiel als zweitürige Front ausgebildet, und zwar mit einer im oberen Bereich angeordnete Einfülltür 27 und einer darunter am Gehäuse 2 angeordneten Entnahmetür 26. Die Einfülltür 27 kann, bei Bedarf, z. B. auf Wunsch des Benutzers, auch als Einfüllklappe ausgebildet sein, die in der Entnahmetür angeordnet ist. Bei dieser Ausführung würde dann die Entnahmetür 26 die gesamte Vorderfront, also die Wand 20, bilden. Nach unten ist der Schacht 25 durch einen Boden 24 begrenzt, welcher beim Pressvorgang die Gegenplatte zu der Pressplatte bildet.
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Oberhalb des Pressschachtes ist am Gehäuse 2 ein Antriebsträger 3 angeordnet, welcher die wesentlichen Teile der Antriebseinheit 4 enthält. Seitwärts des Gehäuses 2 ist an der Ballenpresse 1 eine Steuerungseinrichtung 9 vorgesehen. Diese ist über eine oder mehrere Signalleitungen 9a mit der Antriebseinheit 4 verbunden. Die Pressplatte 8 ist in der 1 in ihrer oberen Position, der Ruhestellung. Sie ist mit einem ersten Übertragungselement 5, einem zweiten Übertragungselement 6 und einem dritten Übertragungselement 7, welche zur Antriebseinheit 4 gehören, funktionell verbunden. Der Schacht 25, in welchen die Pressplatte während eines jeden Arbeitszyklus bewegt und geführt ist, ist gedanklich in einen Einfüllabschnitt E zum Beschicken der Ballenpresse mit Material und einen Formungsabschnitt B für die Ausformung des Ballens unterteilt. Mit der Bezugslinie P ist der variable Bereich des Pressens angedeutet. Das heißt, in diesem Bereich P, der nach unten in Abhängigkeit des Grades der Ausbildung des entstehenden Ballens variieren kann, wird mittels der Pressplatte 8 das eingefüllte Material 11 zusammengepresst. In dem Teilabschnitt des Einfüllabschnittes E, welcher zwischen der oberen Ruhestellung der Pressplatte 8 und dem Beginn des Pressbereiches P liegt, erfolgt beim Herabbewegen der Pressplatte 8 – dem ”Schub” – nur ein Zusammenschieben des eingefüllten Materials 11, wenigstens hier kann die Pressplatte 8 im Eilgang fahren.
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Bei Ballenpressen dieser Gattung wird ein Ballen 10a aus Material 11 mittels mehreren zeitlich nacheinander folgenden Presshüben mit der Pressplatte gefertigt, wobei zwischen den jeweiligen Presshüben Bewegungspausen sind, damit immer wieder neues Material 11 in den Schacht 25 eingegeben werden kann. In der 1 ist die Ballenpresse 1 in einer Grundposition gezeigt, zum Beispiel vor oder nach Ausführung eines ersten Arbeitszyklus. Zum Einfüllen von Material 11 wird die Einfülltür 27 geöffnet, siehe 1a, und das zu verpressende Material 11 in den Schacht 25 hineingeworfen. Es fällt zunächst in Richtung Boden 24 des Schachtes 25 bis es dann den Einfüllabschnitt E des Schachtes 25 fast vollständig ausfüllt. Sodann wird die Einfülltür 27 geschlossen. Daraufhin kann an der elektronischen Steuerungseinrichtung 9 der Startbefehl gegeben werden. Über die Signalleitung 9a erhält die Antriebseinheit 4 ein entsprechendes Signal, worauf erzeugte Bewegungskraft über das erste Übertragungselement 5 auf die Pressplatte 8 übertragen wird, sodass sich diese aus ihrer Ruhestellung heraus nach unten in Richtung Boden 24 bewegt, um während dieses ersten Schrittes eines Arbeitszyklus das eingefüllte Material 11 zunächst zusammen zu schieben – im Eilgang – und dann zu pressen.
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Einzelne Arbeitsschritte eines Arbeitszyklus sind in den 2, 2a und 2b schematisiert gezeigt. Im zeitlich ersten Abschnitt dieses Arbeitsschrittes, des sogenannten ”Schubes” (Arbeitshub) wird nach der Erfindung zunächst nur das erste Übertragungselement 5 mit Bewegungsenergie beaufschlagt, was hier durch den einen ausgefüllten Pfeil angezeigt ist. Die Pressplatte 8 fährt hier im Eilgang nach unten. Sobald die Pressplatte 8 Kontakt mit dem in den Schacht 25 eingefüllten Material 11 hat und bei Ansprechen eines – vorteilhaft – in der hydraulischen Steuerungsanordnung vorgesehenen Sensors 58, vgl. 4 und 5, welcher einen vorgegebenen Grenzwert erfasst, wird auf dessen Signal hin auch Bewegungskraft in das zweite Übertragungselement 6 und das dritte Übertragungselement 7 eingeleitet, siehe in 2a, was in dieser Darstellung mit den weiteren gefüllten Pfeilspitzen an diesen beiden Bauteilen 6 und 7 veranschaulicht wird. Bei Erreichen eines vorgegebenen maximalen Pressdruckes, oder in Abhängigkeit einer Vorgabe in einer Zeitsteuerung oder in einer Wegsteuerung, als maximaler Grenzwert, fährt die Pressplatte 8 wieder zurück in ihre obere Ruhestellung. Sie wird also angehoben, es wird also der sogenannte ”Hub” ausgeführt; siehe hierzu in 2b. Dieser ”Hub” wird nach der Erfindung nur mittels des ersten Übertragungselements 5 durchgeführt. Dies ist in dieser 2b durch die in umgekehrte Richtung zeigende gefüllte Pfeilspitze angedeutet. Die beiden weiteren Übertragungselemente, also das zweite Übertragungselement 6 und das dritte Übertragungselement 7, sind hier nicht aktiv, sie sind passiv. Durch ihre funktionelle Kopplung mit der Pressplatte 8 werden die in diesem gezeigten Ausführungsbeispiel als hydraulische Presszylinder ausgeführten Übertragungselemente 6 und 7 wieder in ihre Ausgangsstellung mit zurückgeführt.
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In der 2a ist eine der Pressendstellungen gezeigt, hierbei wurde der Teilballen 10a hergestellt. Nach dem Zurück- bzw. beim Zurückkehren der Pressplatte 8 in ihre Ruhestellung expandiert dieser noch nicht umschnürte Teilballen 10a, sodass ein Teilballen 10b entsteht, siehe 2b. Nach Erreichen der oberen Endstellung, der Ruhestellung der Pressplatte 8, siehe 1a, wird wieder die Einfülltür 27 geöffnet, um weiteres Material 11 in den Schacht 25 einfüllen zu können. Sofern der Einfüllabschnitt E genügend mit Material 11 gefüllt ist, wird die Einfülltür 27 wieder geschlossen und an der elektronischen Steuerungseinrichtung 9 ein weiterer Startbefehl ausgelöst, worauf an die Antriebseinheit 4 Schaltsignale gesendet werden. Die Pressplatte 8 wird zunächst wieder im Eilgang angetrieben/bewegt, siehe in 3. Hierzu wird wiederum nur das erste Übertragungselement 5 mit einer Bewegungskraft beaufschlagt, dargestellt durch die ausgefüllte einzige Pfeilspitze, welche am ersten Übertragungselement 5 angetragen ist. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird dann bei Erreichen eines Grenzwertes, welcher mit dem Sensor 58 erfasst wird – siehe in 4 –, für den letzten zeitlichen Abschnitt des Arbeitsschrittes ”Pressen” die Presskraft erhöht, indem in das zweite Übertragungselement 6 und das dritte Übertragungselement 7 auch Bewegungsenergie eingeleitet wird, siehe in 3a, was hier durch die ausgefüllten Pfeilspitzen an den Übertragungselementen 6 und 7 schematisch dargestellt ist. Das erste 5, das zweite 6 und das dritte 7 Übertragungselement, der hydraulische Schub- und Hubzylinder 5 und die beiden hydraulischen Presszylinder 6 und 7, arbeiten nun in diesem Teilabschnitt parallel, also zusammen aktiv. Nach Abschluss dieses Pressvorganges ist der Teilballen 10n entstanden. Es wird hier, bei der Erläuterung der Erfindung, davon ausgegangen, dass der Ballen 10 nun seine Endgröße erreicht hat. Die Pressplatte 8 verweilt in dieser Stellung. Die Entnahmetür 26 wird geöffnet – siehe in 1b – und gibt die Entnahmeöffnung 29 vollends frei. Sodann wird der noch unter Pressdruck stehende Ballen 10a umschnürt. Danach wird die Steuerungseinrichtung 9 betätigt, ein Signal über die Singalleitung 9a zur Antriebseinheit 4 gesandt, worauf die Bewegung der Pressplatte 8 umgekehrt wird, sie fährt also wieder nach oben. Hier beim ”Hub”, dem Heben der Pressplatte 8, wird die Bewegungsenergie wieder nur auf das erste Übertragungselement 5 gegeben. Wie weiter vorn schon erläutert, werden erfindungsgemäß die Übertragungselement 6 und 7 passiv mitbewegt, siehe hierzu in die 2b.
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Die schematischen Darstellungen in den 2, 2a und 2b zeigen auch auf, dass eines der mehreren Übertragungselemente 5, 6, 7, das Übertragungselement 5, mit der Antriebseinheit und deren Steuerungsanordnung so verbunden ist, dass es beidseitig antreibbar ist und wahlweise einseitig aktiv, also wechselseitig, angetrieben wird. Die anderen vorgesehenen Übertragungselemente 6 und 7 sind hingegen so mit der Antriebseinheit 4 und deren Steuerungsanordnung verbunden, dass sie nur einseitig aktiv, und zwar aktiv beim Pressvorgang, antreibbar sind. Das erste Übertragungselement 5 ist hier als Schub- und Hubzylinder ausgeführt, während die beiden anderen Übertragungselemente 6 und 7 nur Presszylinder sind. Der verwendete Begriff Schub- und Hubzylinder soll anzeigen, dass das erste Übertragungselement in der einen aktiven Bewegungsrichtung ein Schubzylinder ist, das heißt, er schiebt die Pressplatte 8 aus ihrer Ruhestellung nach unten bis zur jeweiligen Pressendstellung, wobei in einem ersten Abschnitt dieser gesamten Schubbewegung ein Eilgangvorschub erfolgt und dann, ab Erreichen eines vorgegebenen Grenzwertes, zusammen mit den beiden anderen Übertragungselementen 6 und 7, die parallel zugeschaltet werden, der kraftvollere Abschnitt des Pressvorganges vollzogen wird. In der anderen Bewegungsrichtung, dem Heben, ist das erste Übertragungselement 5 dann der aktive Hubzylinder, mit welchem die Pressplatte 8 wieder zurück in ihre obere Stellung, die Ruhestellung, bewegt wird. Hier bewegen sich die beiden anderen Übertragungselemente 6 und 7 passiv mit. Sie werden durch ihre funktionelle Ankopplung an das erste Übertragungselement 5, vorteilhaft durch ihre funktionelle Ankopplung an die bewegte Pressplatte 8 in ihre Ausgangsstellung zurückbewegt, also bei ihrer Hubbewegung passiv mitbewegt.
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Die schaltungstechnische Umsetzung des erfinderischen Grundgedankens erfolgt mit einer hydraulischen Steuerungsanordnung, welche im Zusammenhang mit der Darstellung nach 4 nun folgend erläutert wird. Die Antriebseinheit 4 der erfindungsgemäßen Ballenpresse 1 umfasst einen Vorratsbehälter 13 für fluides Druckmittel, im hier erläuterten Ausführungsbeispiel ist es ein Vorratsbehälter 13 für Hydrauliköl. Die hydraulische Steuerung wird gespeist durch eine von einem Motor 14 angetriebene Pumpe 15. Das geförderte Hydrauliköl, im Folgenden kurz Öl genannt, wird über eine Förderleitung 16 in das Hydrauliksystem gegeben. Diese Förderleitung 16 führt zu einem 4/3 Wegeventil 50. An dieses 4/3 Wegeventil 50 ist eine erste Arbeitsleitung 51 angeschlossen. Diese führt zu dem ersten Übertragungselement 5, dem Schub- und Hydraulikzylinder. Die erste Arbeitsleitung 51 ist kolbenseitig an diesen Schub- und Hubzylinder 5 angeschlossen. Kolbenstangenseitig ist an dem Schub- und Hubzylinder 5 eine zweite Arbeitsleitung 56 angeschlossen, die ebenfalls mit dem 4/3-Wegeventil 50 verbunden ist. Von dem 4/3-Wegeventil 50 führt dann noch eine Rückflussleitung 18 zu dem Vorratsbehälter 13.
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In der ersten Arbeitsleitung 51 ist ein Verteiler 52 angeordnet. Von diesem Verteiler 52 führen Messleitungen 53, 54 und 55 zu Sensoren 58 und 59; diese Bauteile 58, 59 werden später noch weiter erläutert. In der zweiten Arbeitsleitung 56 ist dann noch ein Lasthalteventil 57 angeordnet. Die Kolbenstange 5a des ersten Übertragungselementes, dem Schub- und Hubzylinder 5, ist mit der Pressplatte 8 verbunden. Ebenso sind die Kolbenstangen 6a bzw. 7a der weiteren Übertragungselemente, den Presszylindern 6 und 7, wie bereits weiter vorn schon erwähnt, ebenso mit der Pressplatte 8 verbunden. Diese Presszylinder 6 und 7 sind jedoch nur einseitig in die hydraulische Steuerungsanordnung eingebunden, und zwar über Arbeitsleitungen 60 bzw. 70, welche jeweils kolbenseitig an den Presszylindern 6 bzw. 7 angeschlossen sind. Die Verbindung dieser dritten Arbeitsleitung 60 und der vierten Arbeitsleitung 70 mit der Förderleitung 16 erfolgt über Verteiler 87 bzw. 88 auf die Zweigleitungen 85 bzw. 86 folgen, die in einem Verteiler 84 münden, von dem aus eine weiterführende Förderleitung 81 bis zu einem 2/2-Wegeventil 80 führt. Von diesem 2/2-Wegeventil führt eine abgezweigte Förderleitung 17 zur Förderleitung 16. Zwischen der Pumpe 15 und dem 2/2-Wegeventil 80 ist in der abgezweigten Förderleitung 17 noch ein Druckbegrenzungsventil 17a angeordnet, welches mit seinem anderen Anschluss mit dem Vorratsbehälter 13 verbunden ist.
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Die dritte Arbeitsleitung 60 bzw. die vierte Arbeitsleitung 70 sind, ausgehend von dem Verteiler 87 bzw. 88, über Hilfsleitungen 93 bzw. 94 mit dem Vorratsbehälter 13 verbunden, wobei vorratsbehälterseitig vor den Verteilern 87 bzw. 88 Rückschlagventile 91 bzw. 92 angeordnet sind, die in Richtung der Presszylinder 6 bzw. 7 federbelastet sind. Von dem Verteiler 84 bzw. 82 ausgehend ist vorratsbehälterseitig noch eine Hilfsleitung 95 vorgesehen, wobei zwischen den Verteilern 82 und dem Vorratsbehälter 13 ein zwangsgesteuertes Rückschlagventil 90 angeordnet ist.
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Die 4a zeigt Details zur Darstellung aus 4, d. h., hier wurde die Pressplatte 8 und die Übertragungselemente 5, 6 und 7 aus dem gesamten Schaltplan herausgelöst dargestellt. Wie aus dieser 4a ersichtlich ist, ist der Schub- und Hubzylinder 5, das erste Übertragungselement, beidseitig vom Kolben, in seinem kolbenseitigem Druckraum 5b und seinem kolbenstangenseitigen Druckraum 5c mit Hydrauliköl gefüllt, siehe auch die 5a, 6a und 7a. Die Pressplatte 8 befindet sich hier in ihrer oberen, der Ruhestellung, die Kolben der Hydraulikzylinder 5, 6 und 7 sind in ihrer oberen Position.
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Wird an der elektronischen Steuerungseinrichtung 9 der Startbefehl für einen Arbeitszyklus gegeben, wird am 4/3-Wegeventil 50 die Stellung geradliniger Durchgang für die erste Arbeitsleitung 51 und die zweite Arbeitsleitung 56 eingestellt, hierzu 5 und 5a. Das über die Förderleitung 16 bereitgestellte Hydrauliköl gelangt durch die erste Arbeitsleitung 51 entsprechend dem Pfeil 30 (Förderrichtung ”Schub”) in den kolbenseitigen Druckraum 5b des Schub- und Hubzylinders 5, das im kolbenstangenseitigen Druckraum 5c sich befindende Hydrauliköl wird in entsprechender Menge, wie es in dem kolbenseitigen Druckraum 5b zugeführt wird, über die zweite Arbeitsleitung 56 abgeführt. Das in der Arbeitsleitung 56 angeordnete Lasthalteventil 57 sorgt dafür, dass im kolbenseitigen Druckraum 5b und im kolbenstangeseitigen Druckraum 5c des Schub- und Hubzylinders 5 ein sogenanntes hydraulisches Gleichgewicht herrscht, also der kolbenstangenseitig liegende Druckraum 5c, welcher durch das Gewicht der Pressplatte 8 belastet ist, über die zweite Arbeitsleitung 56, das 4/3-Wegeventil und die Rückflussleitung 18 nicht leer läuft. Die ebenfalls mit der Pressplatte 8 verbundenen Kolbenstangen 6a und 7a der Presszylinder 6 und 7 bewegen sich entsprechend der Bewegung des Kolbens und der Kolbenstange 5a des Schub- und Hubzylinders 5 mit. Damit die Druckräume 6b und 7b dieser beiden Presszylinder 6 und 7 im ersten Arbeitsschritt ”Eilgang” des Arbeitshubes eines jeden Arbeitszyklus, trotz Mitbewegung ihrer Kolben und nicht aktiver Beaufschlagung mit Öl, stets vollständig mit Hydrauliköl gefüllt sind, wird über die dritte Arbeitsleitung 60 bzw. vierte Arbeitsleitung 70 und die an den Verteiler 87 bzw. 88 anliegenden Hilfsleitungen 94 bzw. 93 und den zwischengeschalteten Rückschlagventilen 92 bzw. 91 Öl aus dem Vorratsbehälter 13 in diese kolbenseitigen Druckräume 6b bzw. 7b gesaugt, was in der Darstellung nach 5 und 5a mit den offen (nicht gefüllt) gezeichneten Pfeilen 32 und 33 angezeigt wird. Diese Pfeile 32 und 33 symbolisieren neben der Saugrichtung auch, dass hier eine passive Förderung von Hydrauliköl in den kolbenseitigen Druckraum 6b bzw. 7b hinein erfolgt. Demgegenüber sind die Pfeile 30 und 31 an der Arbeitsleitung 51 bzw. 56, wo eine aktive Förderung von Hydrauliköl erfolgt, zur Verdeutlichung dieses erfindungsgemäßen Merkmals voll ausgefüllt. Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung, nach der die kolbenseitigen Druckräume 6b, 7b der Presszylinder 6, 7 stets vollständig mit Hydrauliköl gefüllt sind, und nach der bei der Rückkehr der Pressplatte 8 in ihre Ruheposition diese beiden Presszylinder 6, 7 nur passiv bewegt werden, wird zum einen gegenüber bekannten Lösungen nach dem Stand der Technik in jedem Arbeitshub beim Übergang vom Eilgang in den Presshub Totzeit vermieden. Die kolbenseitigen Druckräume 6b, 7b der Presszylinder 6, 7 müssen nicht erst mit Hydrauliköl aufgefüllt werden, sie sind nach der Erfindung bereits arbeitsbereit. Zum anderen ist der Herstellungsaufwand, insbesondere der schaltungstechnische Aufwand, gegenüber bekannten Lösungen wesentlich geringer, da für die genannte Hubbewegung die beiden Presszylinder 6, 7 nicht aktiv angetrieben werden müssen (einfachere Hydraulikzylinder, geringere Ölmenge, geringerer Energiebedarf u. a. m.).
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An dem Sensor 58 ist ein Grenzwert vorgegeben, hier ein Druckgrenzwert. Wird beim Bewegen der Pressplatte 8 im ersten Arbeitsschritt eines Arbeitszyklus, dem Eilgang, dargestellt in 5 und 5a, die vorgesehene Sollgröße erreicht, folgt ein Signal an die Steuerungseinrichtung 9. Von der wiederum wird über die Singalleitung 9a an die Antriebseinheit 4, und hier insbesondere an das 2/2-Wegeventil 80, ein Schaltsignal gesandt, wodurch dieses 2/2-Wegeventil in die Stellung ”Durchgang” geschaltet wird. Hierdurch wird die abgezweigte Förderleitung 17 freigegeben und gefördertes Hydrauliköl kann über die weiterführende Förderleitung 81 und die Zweigleitungen 85 bzw. 86, in die dritte Arbeitsleitung 60 und die vierte Arbeitsleitung 70 aktiv gefördert werden – siehe hierzu 6 und 6a. Die jetzt aktive Förderung von Hydrauliköl zu den Presszylindern 6 und 7 hin, wird durch gefüllt gezeichnete Pfeile 34 und 35 an den Leitungen 60 bzw. 70 sinnbildlich angezeigt.
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Auch mit dem Sensor 59 wird der Druck in der ersten Arbeitsleitung 51 überwacht. In diesem Sensor 59 ist ein Grenzwert für die Pressendstellung eingestellt. Dieser Grenzwert ist bei diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls ein Druckwert. Wird dieser Sollwert erreicht, wird wiederum ein Signal an die elektronische Steuereinrichtung 9 gesendet, dort ausgewertet und dann über die Singalleitung 9a Schaltsignale an das 4/3-Wegeventil 50 und an das 2/2-Wegeventil 80 geleitet. Das 4/3-Wegeventil schaltet um in die gekreuzte Schaltstellung, gezeigt in der 7. Das 2/2-Wegeventil 80 schaltet um in die gesperrte Schaltstellung, wodurch Zufluss von Hydrauliköl aus der abgezweigten Förderleitung 17 in die weiterführende Förderleitung 81 unterbrochen wird. Die Presszylinder 6 und 7 erhalten somit kein druckbeaufschlagtes Hydrauliköl in ihren kolbenseitigen Druckraum 6b bzw. 7b, werden also nicht mehr aktiv angetrieben. Beim Schub- und Hubzylinder 5 wird die Strömungsrichtung des hineingepressten Hydrauliköles umgekehrt. D. h., in dem kolbenstangenseitigen Druckraum 5c wird nunmehr Hydrauliköl aktiv eingespeist, welches von der Förderleitung 16 über das 4/3-Wegeventil 50 und die zweite Arbeitsleitung 56, in der die Förderrichtung umgedreht wurde, bereitgestellt ist, siehe hierzu auch den Pfeil 37 in den 7 und 7a. Entsprechend der in den kolbenstangenseitigen Druckraum 5c hineingeförderten Ölmenge wird in dem kolbenseitigen Druckraum 5b entsprechend Öl über die erste Arbeitsleitung 51 abgeführt, was in den 7 und 7a mit dem Pfeil 36 angezeigt ist. Das in die erste Arbeitsleitung 51, jetzt abwärts, hineingeschobene Öl gelangt über die gekreuzte Schaltung im 4/3-Wegeventil 50 und die Rückflussleitung 18 in den Vorratsbehälter 13. Die durch die an der Pressplatte 8 angeordneten Kolbenstangen 6a und 7a aufwärts bewegten Kolben der Presszylinder 6 und 7 schieben das in den Druckräumen 6b und 7b vorhandene Öl auswärts in die dritte Arbeitsleitung 60 bzw. vierte Arbeitsleitung 70 hinein, dies ist in den 7 und 7a angezeigt durch die Pfeile 38 und 39, die eine offene Fläche haben und damit anzeigen, dass nicht aktiv, sondern passiv Öl bewegt wird. Über die Verteiler 87 bzw. 88 und den Verteiler 84 nebst den Zweigleitungen 85 und 86 gelangt dieses aus den Presszylindern 6 und 7 hinaus geschobene Öl zu dem zwangsgesteuerten Rückschlagventil 90. Dieses Rückschlagventil 90 ist über die Steuerleitung 19 gekoppelt mit der zweiten Arbeitsleitung 56 und bewirkt, dass bei Erreichen eines voreingestellten Sollwertes das Rückschlagventil 90 öffnet, sodass das aus den Presszylindern 6 und 7 hinausgeschobene Öl über die Hilfsleitung 95 in den Vorratsbehälter 13 gelangen kann, wobei jedoch sichergestellt ist, dass die sich in ihrem Volumen verändernden Druckräume 6b bzw. 7b nicht leer laufen. Es ist zudem sichergestellt, dass zwischen den kolbenseitigen Druckräumen 5b, 6b und 7b ein hydraulisches Gleichgewicht eingestellt ist. Bei Erreichen der oberen Endstellung der Pressplatte 8, ihrer Ruhestellung, wird wiederum ein Schaltsignal an die Steuerungseinrichtung 9 gesendet, woraufhin über die Singalleitung 9a an die Antriebseinheit 4 Schaltsignale gesendet werden, wodurch das 4/3-Wegeventil und das 2/2-Wegeventil 80 in ihre Ausgangsstellung, wie in 4 gezeigt, umgeschaltet werden, sodass die hydraulische Steuerungsanordnung, das Hydrauliksystem in einer Ruhe- und Wartestellung ist.
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Die elektronische Steuerungseinrichtung 9 kann neben der Auswerteelektronik für die Steuerung der Antriebseinheit 4 eine oder mehrere weitere Steuerelektronikanordnungen zur Steuerung sonstiger Betriebsfunktionen enthalten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ballenpresse
- 2
- Gehäuse (Presskasten)
- 20, 21, 22, 23
- Wände
- 24
- Boden
- 25
- Schacht
- 26
- Entnahmetür
- 27
- Einfülltür/Einfüllklappe
- 28
- Einfüllöffnung
- 29
- Entnahmeöffnung
- 3
- Antriebsträger
- 4
- Antriebseinheit
- 5
- erstes Übertragungselement (Schub- u. Hubzylinder)
- 5a
- Kolbenstange
- 5b
- Druckraum (kolbenseitig)
- 5c
- Druckraum (kolbenstangenseitig)
- 6
- zweites Übertragungselement (Presszylinder)
- 6a
- Kolbenstange
- 6b
- Druckraum (kolbenseitig)
- 7
- drittes Übertragungselement (Presszylinder)
- 7a
- Kolbenstange
- 7b
- Druckraum (kolbenseitig)
- 8
- Pressplatte
- 9
- Steuerungseinrichtung (elektronisch)
- 9a
- Signalleitung
- 10a, 10b...10n
- Ballen
- 11
- eingefülltes Material
- 12
- Hallenboden
- 13
- Vorratsbehälter (fluides Druckmittel)
- 14
- Motor
- 15
- Pumpe
- 16
- Förderleitung
- 17
- abgezweigte Förderleitung
- 17a
- Druckbegrenzungsventil
- 18
- Rückflussleitung
- 19
- Steuerleitung (fluide)
- 30
- Pfeil (Förderrichtung in Pos. 51, ”Schub”)
- 31
- Pfeil (Förderrichtung in Pos. 56)
- 32
- Pfeil (passive Förderung in Pos. 60, Saugrichtung)
- 33
- Pfeil (passive Förderung in Pos. 70, Saugrichtung)
- 34
- Pfeil (aktive Förderrichtung in Pos. 60)
- 35
- Pfeil (aktive Förderrichtung in Pos. 70)
- 36
- Pfeil (umgekehrte Förderrichtung in Pos. 51)
- 37
- Pfeil (umgekehrte Förderrichtung in Pos. 56, ”Hub”)
- 38
- Pfeil (Schubrichtung in Pos. 60, aktive Föderung)
- 39
- Pfeil (Schubrichtung in Pos. 70, aktive Förderung)
- 50
- 4/3-Wegeventil
- 51
- erste Arbeitsleitung
- 52
- Verteiler
- 53, 54, 55
- Messleitungen
- 56
- zweite Arbeitsleitung
- 57
- Lasthalteventil
- 58, 59
- Sensoren
- 60
- dritte Arbeitsleitung
- 61
- Ablauf
- 62
- Auffangbehälter
- 70
- vierte Arbeitsleitung
- 71
- Ablauf
- 72
- Auffangbehälter
- 80
- 2/2-Wegeventil (mit federbelasteten Rückschlagventilen)
- 81
- weiterführende Förderleitung
- 82
- Verteiler
- 84
- Verteiler
- 85/86
- Zweigleitungen
- 87/88
- Verteiler
- 90
- zwangsgesteuertes Rückschlagventil
- 91, 92
- Rückschlagventile
- 93, 94, 95
- Hilfsleitungen
- E
- Einfüllabschnitt
- B
- Formungsabschnitt des Ballen
- P
- Pressbereich (variabel)
