DE102017001416A1

DE102017001416A1 - Vorrichtung zur Erzeugung von Pellets

Info

Publication number: DE102017001416A1
Application number: DE102017001416.7A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Maschinenfabrik Bernard Krone GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Bernard Krone GmbH and Co KG
Priority date: 2017-02-14
Filing date: 2017-02-14
Publication date: 2018-08-16
Also published as: DE102017001416A8

Abstract

Vorrichtung zur Erzeugung von Pellets mit wenigstens einer Matrizenwalze (4) und wenigstens einer Presswalze (5), deren Drehachsen parallel zueinander beabstandet sind, mit Antriebsmitteln zum umlaufenden Antrieb der Matrizenwalze (4) und Presswalze (5), wobei die Matrizenwalze (4) und die Presswalze (5) einen Einzugsbereich (18,82) für das zu pelletierende Material (19) bilden und die Matrizenwalze (4) in ihrer Bandage Extrudieröffnungen (71) zum extrudieren von Pellets aufweist, wobei wenigstens eine Presswalze (4) oder wenigstens eine Matrizenwalze (4) als Rüttelwalze (6,76) ausgebildet einen Unwuchterreger (17) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Pellets nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Stand der Technik
Aus der AT516796A1 ist eine Pelletiereinrichtung als feldgeführte Halmguterntemaschine bekannt. Diese verfügt im Anschluss an einen Traktor mit Häcksler über einen Dieselmotor der einen Generator und auch eine Ringmatrizenpresse antreibt. Das gehäckselte Halmgut gelangt in einen Trockenraum und über eine Förderschnecke in die Ringmatrizenpresse. Die Ringmatrize ist in Ringlagern auf einem Sockel gelagert, auf dem auch ein Paar von Schwenkhebeln für eine Kollerwalze angelenkt ist. Ein vom Generator angespeister Elektromotor treibt die Förderschnecke über einen Regler an, und Stellmotoren, die an den Schwenkhebeln angreifen, regulieren den Kollerspalt.
Aus der DD214572 ist eine Futtermittelpresse mit einer Stützschwinge für Presswalzen in der Pressfutterherstellung bekannt. Die Stützschwinge trägt eine in den Pressraum ragende Presswalze und die Schwinge liegt dabei völlig außerhalb des Pressraumes. Durch die Schwinge wird es möglich, den Pressspalt von außen zu verändern und die Presswalze völlig von der Matrize abzuheben. Die Presswalze befindet sich im Innenraum einer Matrizenwalze und presst die Pellets vom deren Innenraum nach außen.
Die DE3816842A1 offenbart eine Ringmatrizenpresse mit einer rotierenden, von Presskanälen durchsetzten Ringmatrize und mit wenigstens einer mit deren Innenfläche in Wirkverbindung stehenden Pressrolle. Diese presst das dem Matrizenpressraum zugeführte Material durch die Presskanäle der Ringmatrize in eine Materialaustragsvorrichtung. Die Ringmatrizenpresse ist so ausgebildet, dass sowohl die Ringmatrize wie auch die Pressrolle gleichsinnig antreibbar sind.
Die EP0489046B1 offenbart eine Pelletierpresse zum Verpressen von vorgepressten stangenförmigen Materialien, bestehend aus einer antreibbaren drehbaren Matrizenform mit einer oder mehreren parallel zur Drehachse der Matrizenform verlaufenden umlaufend antreibbaren Rollen, die mit der Matrizenform einen Spalt bilden und dessen Spalthöhe einstellbar ist. Die Matrizenform und ggf. auch eine oder mehrere Rollen weisen Extrusionsöffnungen auf, durch die das zu verpessende Material, welches in die Matrizenform eingegeben wird, hindurchgepresst wird. Dabei sind die Umlaufgeschwindigkeiten der Matrizenform und der Rolle unabhängig voneinander veränderbar.
Die EP0932494B1 offenbart eine Pelletierpresse zum Pelletieren von Materialien, wie Fasermaterial, pulverisiertes Material und dergleichen, mit einer umlaufend antreibbaren Trommel mit Öffnungen in der Trommelwandung, durch die das Material hindurch extrudiert werden kann. Dabei ist zumindest eine Presswalze in der Trommel untergebracht. Das zu pelletierende Material wird in das Innere der Trommel eingebracht und durch eine Presswalze gegen die Wandung der Trommel gepresst. Es sind Walzenantriebsmittel vorgesehen die über Walzeneinstellmittel den Spaltabstand zwischen der Trommelwandung und der Presswalze verändern können.
Aus dem KRONE-Prospekt Premos 5000, Ausgabe DE Premos 1510/15), ist ein mobiler Pellet-Vollernter bekannt. Aus einer graphischen Darstellung in diesem Prospekt gehen der grundsätzliche Aufbau und die Funktionsweise des Pellet-Vollernters hervor. Über eine Zahnpackerwalze und einer Pick-up wird das zu pelletierende Material - beispielsweise am Boden liegendes Stroh - aufgenommen und an einen Förderkanal, der das Material an zwei vertikal übereinander liegenden Matrizen-Walzen, die einen Einzugsspalt bildenden, übergeben. Die Matrizen-Walzen werden umlaufend gegenläufig zueinander angetrieben und extrudieren die Pellets durch Öffnungen in den Bandagen der Matrizen-Walzen in deren Innenraum, aus dem sie dann mit innenliegenden Förderschnecken in axialer Richtung aus den Matrizen-Walzen heraus gefördert und an ein Förderband zur Übergabe an eine Siebtrommel übergeben werden. Nach dem Verlassen der Siebtrommel werden die Pellets an ein weiteres Förderband übergeben und mit diesem in einen Pellet-Bunker gefördert. Die Premos 5000 ist als einachsiger Anhänger und auswechselbare Ausrüstung für die Anhängung an einen Traktor und zum Antrieb durch eine Gelenkwelle vorgesehen. In der „agrarzeitung online“ Report Agritechnica 9. November 2015, mit der Überschrift „Maschine liefert Strohpellets direkt ab Feld“ ist die KRONE Premos 5000 ebenfalls veröffentlicht. Die erforderliche Antriebsleistung ist dabei mit mindestens 350 PS und die Verarbeitungskapazität mit ca. 5t pro Stunde angegeben. Dieses ist im Vergleich, beispielsweise mit der Bergung von Stroh mit Ballenpressen, eine geringe Durchsatzleistung. Damit liegt die erforderliche Antriebsleistung bereits im oberen Segment der Leistungsklasse von Traktoren, so dass selbst mit stärkeren Traktoren die Durchsatzleistung nicht wesentlich gesteigert werden kann. Weiterhin kann der Veröffentlichung entnommen werden, dass bei der Erzeugung der Pellets Drücke bis 2000 bar entstehen, welches darauf hindeutet, dass sehr hohe Presskräfte erforderlich sind. Da die Antriebsleistung in Bezug auf die Durchsatzleistung hoch ist, ist davon auszugehen, dass der Vorgang des Pressens mit großer Wärmeentwicklung durch Reibung einhergeht, welche als Energieverlust im Sinne von Blindleistung den Wirkungsgrad ungünstg beinflusst.
Die Erfindung beschäftigt sich daher mit der Frage, ob eine Vorrichtung zum Pressen von Pellets im mobilen oder stationären Einsatzbereich vorgeschlagen werden kann, die einen besseren Wirkungsgrad und damit eine verbesserte Wirtschaftlichkeit gegenüber dem Stand der Technik erwarten lässt.
Aufgabenstellung
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Erzeugung von Pellets aus landwirtschaftlichen oder forstwirtschaftlichen Erntegütern vorzuschlagen, deren Wirtschaftlichkeit in Verbindung mit einer geringeren Antriebsleistung und/oder einer höheren Durchsatzleistung verbessert werden kann.
Lösung der Aufgabe
Gelöst wird die Aufgabe der Erfindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung und den Figurendarstellungen zu entnehmen.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Pellets mit wenigstens einer umlaufend antreibbaren Matrizenwalze und wenigstens einer umlaufend antreibbaren Gegenwalze als Presswalze, deren Drehachsen parallel beabstandet zueinander verlaufen. Die Vorrichtung verfügt über Antriebsmittel zum Antreiben der Matrizen- und Gegenwalze, wobei die Matrizenwalze und die Gegenwalze einen Einzugsspalt für das zu pelletierende Material bilden. Die Matrizenwalze weist in ihrer Bandage Öffnungen zum extrudieren von Pellets auf. Erfindungsgemäß ist zumindest die Presswalze als Rüttelwalze ausgebildet. Aber auch die Matrizenwalze selber kann als Rüttelwalze ausgebildet sein.
Die erforderlichen Presskräfte werden erfindungsgemäß, um es anders auszudrücken, nach dem Prinzip „Hammer und Amboss“ durch dynamische Kräfte erzeugt. Zumindest eine der Walzen stellt dabei - um in der Sprache der Analogie zu bleiben - den Hammer und die gegenüberliegende Walze den Amboss dar. Die, den Hammer darstellende Walze, ist Beschleunigungskräften ausgesetzt, welche auf das zu pelletierende Material einwirken. Das zu pelletierende Material, beispielsweise Stroh, wird dabei von den umlaufend angetriebenen Walzen in den Einzugspalt eingezogen.
Die Rüttelkräfte werden dabei durch umlaufend angetriebene Unwuchtwellen verursachende Fliehkräfte erzeugt. Dabei sind mehrere, aber wenigstens zwei Unwuchtwellen innerhalb einer Rüttelwalze so gelagert und angetrieben, dass die Zentrifugalkräfte der einzelnen Unwuchtwellen vektoriell addiert eine resultierende Beschleunigungskraft als Rüttelkraft verursachen. Die Unwuchtwellen ergeben in ihrer Gesamtheit einen Unwuchterreger. Unwuchterreger dieser Art sind im allgemeinen technischen Sprachgebrauch auch als Rüttler bekannt und sie erzeugen demzufolge Rüttelkräfte. Die resultierende Beschleunigungskraft ist demzufolge die eigentliche Rüttelkraft.
Diese Beschleunigungskraft versetzt die Rüttelwalze in Schwingungen, welches voraussetzt, dass die Rüttelwalze schwingbar gelagert ist. Damit sich eine hinreichend große Amplitude einstellt ist ein entsprechend großes Arbeitsmoment der Unwuchten erforderlich. Die Beschleunigungskraft hingegen ist von der Winkelgeschwindigkeit der Unwuchten abhängig. Die Rüttelwalze ist erfindungsgemäß so ausgestaltet, dass oszillierende Beschleunigungskräfte auf das zu pelletierende Material hämmernd einwirken, um das zu pelletierende Material durch die Öffnungen in der Bandage der Matrizenwalze hindurch zu pressen. Vorzugsweise ist dabei die „Ambosswalze“ als Matrizenwalze ausgebildet, aber auch die Rüttelwalze selbst kann als Matrizenwalze ausgebildet sein, so dass beide Walzen, die Rüttelwalze und die Ambosswalze als Matrizenwalzen ausgebildet sein können.
In der praktischen Ausgestaltung der Erfindung können innerhalb der Rüttelwalze konzentrisch zur Drehachse der Rüttelwalze planetenförmig mehrere Unwuchten auf Unwuchtwellen angeordnet sein. Diese werden von einem Umlaufgetriebe, ausgebildet als Zahnradgetriebe, angetrieben. Die Rüttelwalze als Ganzes ist dabei auf einer feststehenden Achse umlaufend angetrieben gelagert. Auf dieser feststehenden Achse ist zugleich eine Hohlwelle, welche drehfest mit einem als Zahnrad ausgebildeten Sonnenrad verbunden ist, umlaufend angetrieben gelagert. Das Sonnenrad steht mit als Zahnrädern ausgebildeten Planetenrädern im Eigriff. Die Planetenräder sind dabei drehfest mit den Unwuchtwellen verbunden. Die Unwuchtwellen sind konzentrisch zur Drehachse der Rüttelwalze angeordnet und in den Stirnwänden der Rüttelwalze gelagert. Damit stellt die Rüttelwalze mit ihrer Bandage und ihren Stirnwänden einen rotierenden Hohlkörper dar, welcher zugleich den Steg eines Umlaufgetriebes bildet.
Die Rüttelwalze als Ganzes, im Wesentlichen bestehend aus dem Trommelkörper, dem darin enthaltenden Umlaufgetriebe, und den in den Stirnwänden des Trommelkörpers gelagerten Unwuchtwellen, stellen somit eine bauliche Einheit dar, welche im angetriebenen Zustand eine umlaufende Drehbewegung um die feststehende Achse ausführt. Der Trommelkörper und die Unwuchtwellen drehen mit gravierend unterschiedlichen Drehzahlen. Während die Unwuchtwellen mit einer hohen Drehzahl umlaufen, beispielsweise 4000 U/min, läuft die Gegenwalze mit geringer Drehzahl um, beispielsweise mit 120 U/min.
Die Drehbewegungen der Unwuchtwellen mit deren Unwuchtmassen sind dabei über das Umlaufgetriebe so miteinander gekoppelt, dass in jeder Drehwinkellage der Unwuchtwellen die Fliehkräfte eine Vektorenschar ergeben. Das Zusammenwirken dieser Fliehkräfte als Kraftvektoren unterliegt den Gesetzmäßigkeiten der Vektorgeometrie. Verlaufen die Wirkungslinien der Kraftvektoren parallel zu einander und weisen die Kraftvektoren dabei in die gleiche Richtung, so ergibt sich nach den Regeln der Parallelverschiebung von Vektoren der einfach zu überschauende mathematische Zusammenhang $F_{R} = n * F_{Z}$
Dabei stellt F_R die resultierende Beschleunigungskraft, F_Z die Zentrifugalkraft einer einzelnen Unwuchtwelle und n die Anzahl der Unwuchtwellen dar. Diese geometrische Ausgestaltung des Zusammenwirkens der Unwuchtwellen und deren Fliehkräfte ist eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung. Aber auch andere Ausgestaltungen sind möglich und fallen damit in den Anwendungsbereich der Erfindung. Gemäß der zuvor dargelegten Gesetzmäßigkeit beträgt beispielsweise bei einer Zentrifugalkraft F_Z = 8 t einer Unwuchtwelle bei n = 8 Unwuchtwellen die resultierende Beschleunigungskraft F_R = 64 t.
Die Wirkungslinie der resultierenden Beschleunigungskraft F_R verläuft lotrecht zur Drehachse des Trommelkörpers und ist nach außen gerichtet. Bedingt durch die Umlaufbewegung der Unwuchtwellen verändert sich die Wirkungsrichtung der Fliehkräfte stetig mit der Winkelgeschwindigkeit der Drehzahl der Unwuchtwellen. Dadurch bedingt verändert sich die Wirkungsrichtung der Beschleunigungskraft F_R ebenfalls stetig mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit, jedoch dann um die Drehachse des Trommelkörpers und damit um die Drehachse der Rüttelwalze. Bei einer frei schwingenden Rüttelwalze stellt sich damit eine Kreisschwingung mit der Doppelamplitude einer vergleichbaren Linearschwingung ein.
Vorzugsweise ist die Rüttelwalze an einer Schwinge gelagert. Das Lager der Schwinge ist mit einem Maschinengestell verbunden auf dem auch die der Rüttelwalze gegenüberliegende Ambosswalze gelagert ist. Ist die Schwinge in einem nicht schwingfähigen Lager gelagert, so können sich nur Amplituden lotrecht zur Schwinge einstellen. Ist die Schwinge hingegen in einem schwingbaren Lager, beispielsweise ausgebildet als Schwingmetall, so können sich zusätzlich zu den Amplituden lotrecht zur Schwinge auch Amplituden senkrecht dazu, d.h. in der Längserstreckung der Schwinge einstellen. Letztere Amplituden würden eine tangentiale alternierende Amplitude an der Kontaktfläche zwischen Hammer- und Ambosswalze erzeugen, welches zur besseren Verformbarkeit des zu pelletierenden Materials und damit zu einer Verbesserung des Massendurchsatzes des zu pelletierenden Materials beiträgt.
Der Umlaufbewegung der Rüttelwalze werden somit erfindungsgemäß weitere Bewegungsformen durch einen von den Unwuchtwellen gebildeten Unwuchterreger aufgezwungen. Es handelt sich dabei um die hämmernden in Bezug auf die Drehachse der Rüttelwalze alternierende radiale Bewegungsform und ggf. zusätzlich um die Drehachse der Rüttelwalze alternierende tangentiale Bewegungsform. Beide Bewegungsformen stellen Schwingbewegungen dar. Physikalisch bedingt wird die Amplitude der Schwingung ausschließlich vom Arbeitsmoment der Unwucht und der schwingenden Masse bestimmt, während die Beschleunigungskraft von dem Arbeitsmoment und der Kreisfrequenz der Unwucht und damit von der Drehzahl der Unwuchtwelle bestimmt wird.
Beispielsweise ist das Antriebsmittel der Hohlwelle als Hydraulikmotor ausgebildet. Bei hohen Drehzahlen stellen diese kompakte und zugleich kleinbauende Antriebsmittel dar, deren Abtriebsdrehzahl sich zudem leicht variieren lässt. Diese ist in Verbindung mit Antriebsmitteln, wie Load-Sensinggesteuerte Hydraulikmotoren, einfach variierbar und damit an unterschiedliche Betriebszustande leicht anzupassen. Damit kann die Kreisfrequenz bzw. die Drehzahl der Unwuchtwellen, und damit die resultierende Beschleunigungskraft, welche auf das zu pelletierende Material einwirkt, besonders einfach den laufenden Betriebsbedingungen angepasst werden.
Analog gilt dieses auch für den Antrieb des Trommelkörpers einer Matrizenwalze oder Presswalze. Die Drehzahl des Trommelkörpers und damit auch die Drehzahl der Rüttelwalze nimmt Einfluss auf den Massendurchsatz des zu pelletierenden Materials. Zudem nimmt die Drehzahl des Trommelkörpers wegen des Umlaufgetriebes auch Einfluss auf die Drehzahl der Unwuchtwellen. Werden beide Antriebsmittel, die der Hohlwelle mit dem Planetenrad und die des Trommelkörpers, der den Steg des Umlaufgetriebes darstellt, unabhängig voneinander ausgeführt, so lassen sich diese optimal auf den momentanen Betriebszustand, beispielsweise durch eine leistungsbezogene Regelung, einstellen.
Prinzipiell kann die Gegenwalze auch als Matrizenwalze ausgebildet sein, welches jedoch zur Anwendung der Erfindung nicht zwingend notwendig ist. Falls dieses der Fall ist besitzt die Gegenwalze eine Innen- und Außenbandage. Der Raum zwischen Innen- und Außenbandage beinhaltet dann beispielsweise eine Fördereinrichtung, ausgebildet als Förderschnecke, wie dieses auch bei der, der Gegenwalze gegenüberliegenden Matrizenwalze ebenfalls der Fall sein kann. Die im Inneren einer Matrizenwalze erzeugten Pellets werden dann mittels Durchlassöffnungen in einer der stirnseitigen Wandungen, welche zugleich die Lager aufnehmen, in der Längserstreckung der Drehachse herausgefördert und von einer weiterführenden Fördereinrichtung - die an dieser Stelle nicht Gegenstand der Erfindung ist - beispielsweise in einen als Sammelbehälter ausgebildeten Bunker gefördert.
Besonders Vorteilhaft wirkt sich erfindungsgemäß dabei aus, dass die Lager einer einzelnen Unwuchtwelle nur einen relativ kleinen Anteil der resultierenden Beschleunigungskraft aufnehmen müssen, so dass diese entsprechend klein dimensioniert sein können und dabei einem geringeren Verschleiß ausgesetzt sind. Erfindungsgemäß können durch die planetenförmige Anordnung mehrerer Unwuchtwellen im Inneren des Trommelkörpers hohe Beschleunigungskräfte als oszillierende Kräfte auf das zu pelletierende Material erzeugt werden, die dazu beitragen, das keine schweren und teuren Getriebe für den Pelletierungsvorgang erforderlich sind.
Vibrationen, hervorgerufen durch Rüttelkräfte von Unwuchterregern, werden technisch genutzt beispielsweise bei Plattenrüttlern und Rüttelwalzen zur Bodenverdichtung, zur Betonverdichtung von erdfeuchtem Beton, oder zum Eintreiben oder Ziehen von Spundbohlen in gewachsenen Böden des Erdreichs. Der vorteilhafte physikalische Effekt ist eine Erfahrungstatsache und basiert darauf, dass durch die Vibration die erforderlichen Kräfte zur Überwindung der Reibung massiv gemindert werden. Die Überwindung von Reibung geht immer einher mit dem Verbrauch von Energie. Je größer die Reibung, umso größer ist der Energieverbrauch bei der Überwindung der Reibungskräfte. Bei der Boden- oder Betonverdichtung geht es darum, die innere Reibung von Stoffteilchen während des Verdichtungsvorgangs zu mindern. Dieses gilt auch für die Betonverdichtung. Beim Eintreiben oder Ziehen von Spundbohlen geht es darum, die Mantelreibung zwischen der Wandung der Spundbohlen und dem Erdreich zu mindern. Das Eintreiben wird dabei durch die Gewichtskraft zusätzlich unterstützt. Die Minderung der Reibung durch Vibration ermöglicht es, diese Verfahrenstechnik wirtschaftlich zu nutzen. Diese Erfahrungstatsache begründet die Erfolg versprechende Annahme, dass die Erfindung die gesteckten Ziele erreichen kann.
Die Herstellung von Pellets beinhaltet Verformungsarbeit, die mit der Überwindung hoher Reibungskräfte einhergeht. Basierend auf den vorgenannten Erfahrungen mit Vibration ist davon auszugehen, dass durch die Anwendung der Erfindung, nämlich den Einsatz von Rüttelkräften zur Erzeugung von Vibration, die äußere und innere Reibung des zu verdichtenden Materials gemindert wird. Dabei wird gleichzeitig die Verformung des zu pelletierenden Materials durch die auf den Pelletierungsvorgang einwirkenden oszillierenden Rüttelkräfte massiv unterstützt. Durch die Bündelung der Fliehkräfte zu einem resultierenden Kraftvektor des erfindungsgemäßen Unwuchterregers, können die erforderlichen Scher- und Vortriebskräfte für den Extrudiervorgang ohne schwere Getriebe bei geringstmöglichen Lagerbelastungen aufgebracht werden. Besonders unterstützend wirken dabei die oszillierenden Kräfte auf die Extrusion und Bildung der Pellets ein, welches sich beschleunigend auf den Massendurchsatz auswirken dürfte.
Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der nach dem Stand der Technik erforderliche hohe statische Druck zum Extrudieren der Pellets nicht aufgebracht werden muss, welches dazu beiträgt, dass die Antriebsdrehmomente an den Matrizenwalzen massiv reduziert werden. Dieses macht zudem aufwändige und schwere Standgetriebe entbehrlich.
Figurenliste

1 zeigt den schematisch dargestellten Aufbau einer Pelletiereinrichtung anhand einer Prinzipskizze
2 zeigt den schematisch dargestellten Aufbau einer Rüttelwalze nach der Erfindung in einer Prinzipdarstellung
3 zeigt einen Längsschnitt durch ein technisches Ausführungsbeispiel einer Rüttelwalze nach der Erfindung mit deren Antriebsmitten
4 zeigt den Schnitt A-A durch das Umlaufgetriebe der Rüttelwalze gemäß 3.
5 zeigt den Schnitt C-C durch die Rüttelwalze gemäß 3 und dabei die Anordnung der Lagerstellen der Unwuchtwellen in der Stirnwand des Trommelkörpers
6 zeigt den Schnitt B-B durch die Rüttelwalze gemäß 3 und dabei die Anordnung und Konfiguration der Unwuchtwalzen.
6a zeigt eine der Unwuchtwellen gemäß 6 im Schnitt in einer vergrößerten Darstellung
7 zeigt den Schnitt D-D durch die Rüttelwalze gemäß 3 und dabei die Stirnwand des Gehäuses mit den Durchlassöffnungen für die Pellets
8 zeigt den schematisch dargestellten Aufbau einer alternativen Ausführungsform einer Pelletiervorrichtung anhand einer Prinzipskizze

In 1 ist der Aufbau einer Pelletiervorrichtung 1 nach der Erfindung anhand einer Prinzipskizze dargestellt. Die Pelletiervorrichtung 1 umfasst im Wesentlichen eine Oberwalze 2 und eine Unterwalze 3. Die Unterwalze 3 ist vorzugsweise als Matrizenwalze 4 ausgebildet und die Oberwalze 3 stellt die Presswalze 5 dar. Die Presswalze 5 kann auch gleichzeitig als Matrizenwalze 4 ausgebildet sein. Alternativ kann die Presswalze 5 auch als Matrizenwalze 4 und Rüttelwalze 6 ausgebildet sein, wie dieses dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel zu entnehmen ist.
Die Unterwalze 3 bzw. Matrizenwalze 4 ist in einem Maschinengestell 7 dreh- und antreibbar gelagert. Die Oberwalze 2 bzw. Rüttelwalze 6 ist am freien Ende einer Schwinge 8 gelagert, wobei sich das gebundene Ende der Schwinge 8 in einem Lager 9 an dem Maschinengestell 7 abstützt. Die Unterwalze 3 wird von einem Antriebsmittel 10, beispielsweise als Umschlingungstrieb 11, und die Oberwalze 2 von einem Antriebsmittel 12, beispielsweise ausgebildet als Umschlingungstrieb 13, umlaufend angetrieben. Ober- 2 und Unterwalze 3 drehen mit den Drehrichtungen 14,15, gegenläufig zueinander. Die Rüttelwalze 6 stützt sich mit ihrer Gewichtskraft 87 und mit einer Zusatzkraft 88, hervorgerufen durch eine vorgespannte Zugfeder 16, auf der Unterwalze 3 ab. Die Zugfeder 16 ist am einen Ende an dem Maschinengestell 7 und am anderen Ende an der Schwinge 8 angeschlagen. Im Inneren der Oberwalze 2 ist ein Unwuchterreger 17 untergebracht. Der Unwuchterreger 17 ist in der Lage die Oberwalze 2 in Schwingungen zu versetzen. Die Unterwalze 3 und die Oberwalze 2 bilden durch ihre Umlaufbewegung mit den Drehrichtungen 14,15 einen Einzugsbereich 18, in dem das zu pelletierende Material 19, beispielsweise Stroh, zwischen Matrizenwalze 4 und Rüttelwalze 5 eingezogen wird. Das Maschinengestell 7 stützt sich über Schwingungsisolatoren 20, beispielsweise ausgebildet als Druckfedern 21, auf einem Untergestell 22 ab.
In 2 ist der Aufbau einer Rüttelwalze 6 nach der Erfindung in einer Prinzipskizze dargestellt. 3 zeigt einen Längsschnitt durch ein technisches Ausführungsbeispiel einer Rüttelwalze 6 gemäß der Beschreibung und Darstellung in 2. Die Darstellung in 3 ist somit identisch mit der Prinzipdarstellung gemäß 2.
Durch das Gehäuse 23 der Rüttelwalze 6 erstreckt sich in seiner Figurenachse 24 eine feststehende Achse 25. Das Gehäuse 23 besteht aus zwei Stirnwänden 26,27, einer Innenbandage 28 und einer Außenbandage 29. In den Stirnwänden 26,27 befinden sich die Gehäuselager 30, in denen sich das Gehäuse um die feststehende Achse 25 drehen kann. Die feststehende Achse 25 wird von den Armen der Schwinge 8 an deren freien Enden 31 eingespannt aufgenommen. An der Stirnwand 27 des Gehäuses ist ein Antriebsmittel 32, beispielsweise eine Keilriemenscheibe 33 angeblockt, welches ebenfalls von der feststehenden Achse 25 durchsetzt ist. Die Schwinge 8 ist U-förmig ausgebildet und sie nimmt zwischen ihren beiden Schwingenarmen 34, die feststehende Achse 25 und das umlaufend antreibbare Gehäuse 23 der Rüttelwalze 6 auf. Die gebundenen Enden der Schwingenarme 34,35 sind an einem Querträger 36 drehfest und untereinander verwindungssteif angebunden. Gleichzeitig wird von der Schwinge 8, das Antriebsmittel 12 des Gehäuses 23 aufgenommen und abgestützt. Das Antriebsmittel 12, weist beispielsweise einem Hydraulikmotor 37 auf, dessen Abtriebswelle mit einer Welle 39 gekuppelt ist, welche eine Keilriemenscheibe 38 aufnimmt. Die Keilriemenscheibe 38 ist drehfest mit der Welle 39 verbunden und die Welle 39 stützt sich in den Lagern 40,41 ab. Somit wird das Gehäuse 23 der Rüttelwalze 6 mit einem Umschlingungstrieb 13, wie unter 1 beschrieben, angetrieben.
Im Innenraum 42 des Gehäuses 23 sind in den Stirnwänden 26,27 Lagersitze 43 untergebracht in denen die Unwuchtwellen 44 gelagert sind. Die Unwuchtwellen 44 bilden in Ihrer Gesamtheit den Unwuchterreger 17. Die Unwuchtwellen 44 stehen über Planetenräder 45 mit einem Sonnenrad 46 verzahnt im Eingriff. Das Sonnenrad 46 ist mit einer Hohlwelle 47 drehfest verbunden welche auf der feststehenden Achse 25 drehbar gelagert ist. Ebenfalls drehfest mit der Hohlwelle 47 ist eine Keilriemenscheibe 48 verbunden die über einen Umschlingungstrieb 49 mit einem Antriebsmittel 50 verbunden ist.
Auch dieses Antriebsmittel 50 ist in analoger Weise zum Antriebsmittel 12 mit dem Querträger 36 der Schwinge 8 verbunden und wird von dieser aufgenommen. Das Antriebsmittel 50 kann beispielsweise aus einem Hydraulikmotor 51, dessen Abtriebswelle mit einer Keilriemenscheibe 52 aufnehmenden Welle 53 verbunden ist, bestehen. Die Keilriemenscheibe 52 ist drehfest mit der Welle 53 verbunden und die Welle 53 stützt sich in den Lagern 54,55 ab. Somit wird das Umlaufgetriebe 56, bestehend aus Sonnenrad 46 und Planetenräder 45, zum Antrieb der Unwuchtwellen 44 der Rüttelwalze 6 mit einem Umschlingungstrieb 49 angetrieben. In 3 ist zugleich die Rüttelwalze 6 als Matrizenwalze 4 dargestellt. Die Außenbandage 29 weist Extrudieröffnungen 71 in Form von Durchgangsbohrungen 57 auf, durch die das zu pelletierende Material hindurch gepresst und damit extrudiert wird. Das Lager kann beispielsweise auch schwingungsisolierend als Schwingmetall 58 ausgebildet sein. Das Umlaufgetriebe 56 ist durch einen Gehäusedeckel 59 eingehaust, so dass dieses in einem Ölbad umlaufen kann. In den Innenraum 42 des Gehäuses 23 kann ebenfalls Getriebeöl eingefüllt werden, so dass die Gehäuselager 30 und die Lager der Lagersitze 43 der Unwuchtwellen 44 währen des Umlaufs der Unwuchtwellen 44 mit Schmieröl versorgt werden.
4 zeigt den Schnitt A-A durch das Umlaufgetriebe 56 der Rüttelwalze 6 gemäß 3. In diesem Schnitt wird verdeutlicht, dass das Umlaufgetriebe 56 acht Planetenräder 45 aufweist, die mit dem Sonnenrad 46 in Eingriff und damit antriebsseitig mit den Unwuchtwellen 44 in Zusammenhang stehen.
5 zeigt den Schnitt B-B durch die Rüttelwalze 6 gemäß 3 und dabei die Anordnung der Lagersitze 43 der Unwuchtwellen 44 in der Stirnwand 26,27 des Gehäuses 23.
6 zeigt den Schnitt B-B durch die Rüttelwalze 44 gemäß 3 und dabei die Anordnung und Konfiguration der Unwuchtwellen 44 des Unwuchterregers 17. Im Betriebszustand führen die Unwuchtwellen 44 eine Drehbewegung, gekennzeichnet durch den Drehrichtungspfeil 60, mit der Drehzahl der Planetenräder 45 um ihre Drehachse 63 aus. Die Rüttelwalze 6 selber dreht mit einer erheblich geringeren Drehzahl, gekennzeichnet durch den Drehrichtungspfeil 62, um die Figurenachse 24 der feststehenden Achse 25. Die Drehachsen 63 der Unwuchtwellen 44 liegen auf dem Umlaufkreis 64, auf dem auch die Drehachsen der Lagersitze 43 der Planetenräder 45 liegen. Durch die Umlaufbewegung einer Unwuchtwelle 44 um deren Drehachse 63 entsteht eine Zentrifugalkraft 65, deren Ursache die exzentrische Lage des Massenschwerpunkts 66 der Unwuchtwelle 44 mit dem Abstandsmass 67 von der Drehachse 63 ist. 6a zeigt eine der Unwuchtwellen 44 gemäß 6 im Schnitt in einer vergrößerten Darstellung und verdeutlicht diesen Zusammenhang. Die Zentrifugalkräfte 65, als Kraftvektoren dargestellt, die unter den vorgenannten Bedingungen alle parallel zueinander ausgerichtet sind, ergeben in vektorieller Summe einen resultierenden Kraftvektor 68. Dieser rotiert mit der gleichen Drehfrequenz wie die der Unwuchtwellen 44 und ist gekennzeichnet durch den Drehrichtungspfeil 61 um die Figurenachse 24 der feststehenden Achse 25.nseite
Erreicht wird dieses, indem die Lage der Massenschwerpunkte 66 der Unwuchten aller Unwuchtwellen 44 des Unwuchterregers 17 so zueinander liegen, dass die Verbindungslinien ausgehend von der Drehachse 63 der Unwuchtwelle 44 bis zum Massenschwerpunkt 66 der Unwucht im angetriebenen Zustand stets parallel zueinander verlaufen. Dieser Zustand wird im laufenden Betriebszustand unabhängig vom Drehwinkel der Unwuchtwellen 44 dadurch beibehalten, weil die Planetenräder mit dem Sonnenrad in Eingriff sind und formschlüssig untereinander in Beziehung stehen. Es ist lediglich sicher zu stellen, dass diese Konfiguration der Rüttelwellen 44 während der Montage beachtet und richtig eingestellt wird.
Unter der Voraussetzung, dass alle Unwuchtwellen 44 untereinander gleich sind, erzeugen diese während ihrer Umlaufbewegung kein Drehmoment um die Figurenachse 24 der feststehenden Achse 25, wobei die Wirkungslinie des resultierenden Kraftvektors 68 dann unabhängig vom momentanen Drehwinkel der Unwuchtwellen 44 stets die Figurenachse 24 der feststehenden Achse 25 lotrecht schneidet. Damit ist der um die Figurenachse 24 der feststehenden Achse 25 rotierende resultierende Kraftvektor 68 zugleich die Beschleunigungskraft 69, welche die Ursache für die hämmernde Bewegungsform der Rüttelwalze 6 ist. Der damit an der Figurenachse 24 gebundene resultierende Kraftvektor 68 ist die Beschleunigungskraft 69 des Unwuchterregers 17. Die Drehzahl und damit die Kreisfrequenz der Unwuchtwellen 44 bestimmt die Frequenz der hämmernden Bewegung der Rüttelwalze 6.
Die Bewegungsform der hämmernden Bewegung der Rüttelwalze 6 ist gebunden an den Drehpol 70 der gebundenen Ende der Schwingenarme 34,35 der Schwinge 8. Handelt es sich hierbei um ein gebundenes Lager 9 mit ausschließlich dem Freiheitsgrad der Drehbewegung, so entsteht lediglich eine hämmernde Bewegung etwa lotrecht zu Längserstreckung der Schwinge 8. Handelt es sich bei dem Lager 9 jedoch beispielsweise um ein Schwingmetalllager mit federnden Eigenschaften, so kommt zu dem Freiheitsgrad der Drehbewegung noch ein translatorischer Freiheitsgrad hinzu. Somit kann sich der hämmernden Bewegungsform noch dem Prinzip der Superposition eine weitere Bewegungsform, nämlich eine überwiegend translatorisch schwingende Bewegungsform überlagern. Dem Wesen nach handelt es sich dann um eine Kreisschwingung. Die translatorische Bewegungsform verläuft etwa tangential zur Berührungslinie zwischen Oberwalze 2 und Unterwalze 3 und sie überträgt damit gelichzeitig eine schurrende Bewegungsform auf das zu pelletierende Material 19, während die hämmernde Bewegungsform auf das zu pelletierende Material 19 Schlagkräfte ausübt.
Die im Innenraum einer Matrizenwalze 4 anfallenden Pellets müssen heraus gefördert werden. Dazu befindet sich im Innenraum der Matrizenwalze 4 eine Förderschecke 72, welche die Pellets längs der Rotationsachse der Matrizenwalze 4 bewegt und herausfördert.
7 zeigt den Schnitt D-D durch die Rüttelwalze 6 gemäß 3. Diese ist zugleich als Matrizenwalze 4 ausgebildet und weist Durchlassöffnungen 73 für die Pellets in der Stirnwand 26 des Gehäuses 23 auf. Die Pellets werden nach dem Verlassen der Matrizenwalze 4 aufgefangen und von einer in diesem Zusammenhang nicht erfindungsrelevanten Fördereinrichtung an einen Sammelbehälter übergeben.
8 zeigt den schematisch dargestellten Aufbau einer alternativen Ausführungsform einer Pelletiervorrichtung 1 nach der Erfindung anhand einer weiteren Prinzipskizze. Funktional arbeitet diese Ausführungsform prinzipiell nach denselben Gesetzmäßigkeiten, wie unter den 1-6 beschrieben, so dass deren Wiederholung in aller Gänze an dieser Stelle entbehrlich ist. Diese Ausführungsform besteht aus einer Matrizenwalze 4, die als Ringmatrize 74 ausgebildet ist und deren Presswalze 5 als Rüttelwalze 76 nach der Erfindung ausgebildet ist. Die Presswalze 5 befindet sich dabei im Innenraum 75 der Matrizenwalze 4. Die Ringmatrize 74 ist als Trommelkörper 77 ausgeführt, in deren Bandage 78 am Umfang verteilt sich die Durchgangsbohrungen 79 als Extrudieröffnungen 70 zum Hindurchpressen der Pellets befinden. Sowohl die Ringmatrize 74 als auch die Rüttelwalze 76 sind analog der Beschreibung unter 1 in einem Maschinengestell 7 gelagert. Auch diese feststehende Achse 25, um die herum die Rüttelwalze 76 umlaufend angetrieben wird, ist an den freien Enden 31 einer Schwinge 8 eingespannt. Die Matrizenwalze 4, und damit die Ringmatrize 74, und die Rüttelwalze 76 werden im Unterschied zu 1 gleichsinnig angetrieben.
Die Drehrichtung der Ringmatrize ist durch den Drehrichtungspfeil 80 und die Drehrichtung der Rüttelwalze 76 ist durch den Drehrichtungspfeil 81 gekennzeichnet. Der Einzugsbereich 82 im Innenraum 75 der Ringmatrize 74 liegt im Bereich der Kontaktfläche zwischen Ringmatrize 74 und Rüttelwalze 76. Dabei liegt die Drehachse 84 der Rüttelwalze 76 exzentrisch zur Drehachse 83 der Ringmatrize 74. Die Drehachsen 83,84 verlaufen parallel zueinander. Die Drehachse 84 der Rüttelwalze 76 ist identisch mit der Figurenachse 85 einer feststehenden Achse 86, um welche die Rüttelwalze 76 anlog der Beschreibung in 3 angetrieben wird. Die Rüttelwalze 76 weist in ihrem Innenraum analog der Beschreibung unter 3 einen Schwingungserreger 17 auf, der über ein Umlaufgetriebe 56, ebenfalls analog der Darstellung und Beschreibung gemäß 4 angetrieben wird.
Bei der Ausführungsform gemäß 8 wird das zu pelletierende Material durch eine axiale Förderung durch eine Öffnung an einer Stirnwand der Matrizenwalze 4 in den Innenraum 75 der Ringmatrize 74 hinein gefördert. Das zu pelletierende Material wird bei dieser Ausführungsform durch die Durchgangsbohrungen 79 in der Bandage 78 der Matrizenwalze 4, nunmehr ausgebildet als Ringmatrize 74, von innen nach außen gepresst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung von Pellets kann sowohl im Bereich mobiler als auch stationärer Maschinen eingesetzt werden.
Bezugszeichenliste

1: Pelletiervorrichtung
2: Oberwalze
3: Unterwalze
4: Matrizenwalze
5: Presswalze
6: Rüttelwalze
7: Maschinengestell
8: Schwinge
9: Lager
10: Antriebsmittel
11: Umschlingungstrieb
12: Antriebselement
13: Umschlingungstrieb
14: Drehrichtungen
15: Drehrichtungen
16: Zugfeder
17: Unwuchterreger
18: Einzugsbereich
19: zu pelletierende Material
20: Schwingungsisolator
21: Druckfeder
22: Untergestell
23: Gehäuse
24: Figurenachse
25: feststehende Achse
26: Stirnwand
27: Stirnwand
28: Innenbandage
29: Außenbandage
30: Gehäuselager
31: freie Enden
32: Antriebsmittel
33: Keilriemenscheibe
34: Schwingenarm
35: Schwingenarm
36: Querträger
37: Hydraulikmotor
38: Keilriemenscheibe
39: Welle
40: Lager
41: Lager
42: Innenraum
43: Lagersitze
44: Unwuchtwellen
45: Planetenräder
46: Sonnenrad
47: Hohlwelle
48: Keilriemenscheibe
49: Umschlingungstrieb
50: Antriebsmittel
51: Hydraulikmotor
52: Keilriemenscheibe
53: Welle
54: Lager
55: Lager
56: Umlaufgetriebe
57: Durchgangsbohrungen
58: Schwingmetall
59: Gehäusedeckel
60: Drehrichtungspfeil
61: Drehrichtungspfeil
62: Drehrichtungspfeil
63: Drehachse
64: Umlaufkreis
65: Zentrifugalkraft
66: Massenschwerpunkt
67: Abstandsmaß
68: resultierender Kraftvektor
69: Beschleunigungskraft
70: Drehpol
71: Extrudieröffnungen
72: Förderschnecke
73: Durchlassöffnungen
74: Ringmatrize
75: Innenraum
76: Rüttelwalze
77: Trommelkörper
78: Bandage
79: Durchgangsbohrungen
80: Drehrichtungspfeil Ringmatrize
81: Drehrichtungspfeil Rüttelwalze
82: Einzugsbereich
83: Drehachse Ringmatrize
84: Drehachse Rüttelwalze
85: Figurenachse
86: feststehende Achse
87: Gewichtskraft
88: Zusatzkraft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

AT 516796 A1 [0002]
DD 214572 [0003]
DE 3816842 A1 [0004]
EP 0489046 B1 [0005]
EP 0932494 B1 [0006]

Claims

Vorrichtung zur Erzeugung von Pellets mit wenigstens einer Matrizenwalze (4) und wenigstens einer Presswalze (5), deren Drehachsen parallel zueinander beabstandet sind, mit Antriebsmitteln zum umlaufenden Antrieb der Matrizenwalze (4) und Presswalze (5), wobei die Matrizenwalze (4) und die Presswalze (5) einen Einzugsbereich (18,82) für das zu pelletierende Material (19) bilden und die Matrizenwalze (4) in ihrer Bandage Extrudieröffnungen (71) zum extrudieren von Pellets aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Presswalze (4) oder wenigstens eine Matrizenwalze (4) als Rüttelwalze (6,76) ausgebildet einen Unwuchterreger (17) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rüttelwalze (6,76), welche den Unwuchterreger (17) aufnimmt, auf einer feststehenden Achse (25) gelagert und um diese umlaufend drehbar antreibbar ist und der Unwuchterreger (17) wenigstens zwei Unwuchtwellen (44) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchtwellen (44) des Unwuchterregers (17) von einem Umlaufgetriebe (56) angetrieben werden.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlaufgetriebe (56) ein Sonnenrad (46), drehfest verbunden mit einer Hohlwelle (47), aufweist und das Sonnenrad (46) mit Planetenrädern (45), welche die Unwuchtwellen (44) antreiben, in Eingriff steht, wobei das Sonnenrad (46) auf der feststehenden Achse (25) gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Massenschwerpunkte (66) der Unwuchtwellen (44) des Unwuchterregers (17) unabhängig vom Drehwinkel der Unwuchtwellen (44) eine Lage zueinander beibehalten derart, dass die Verbindungslinien, ausgehend von der jeweiligen Drehachse (63) einer Unwuchtwelle (44) bis zum Massenschwerpunkt (66) der Unwucht, stets parallel zueinander verlaufen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rüttelwalze (6,76) das Gehäuse (23) zur Aufnahme des Unwuchterregers (17) beinhaltet, das Gehäuse (23) zwei Stirnwände (26,27) und eine Innen-(28) und/oder Außenbandage (29) umfasst, die Unwuchtwellen (44) in den Stirnwänden (26,27) auf einem Umlaufkreis (64) gelagert sind, wobei das Gehäuse (23) zugleich den Steg des Umlaufgetriebes (56) zur Aufnahme der Lagersitze (43) der Planetenräder darstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Unwuchterreger (17) antreibende Umlaufgetriebe (56) und dass dem Unwuchterreger (17) aufnehmende Gehäuse (23) separate Antriebsmittel (10,32) zugeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die feststehende Achse (25) an den freien Enden (31) von Schwingenarmen (34,35) einer an einem Maschinengestell (7) gelagerten Schwinge (8) eingespannt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rüttelwalze (6,76) mit ihrer Gewichtskraft (87) und einer Zusatzkraft (88), verursacht durch wenigstens eine Zugfeder, sich auf ihrer gegenüberliegenden Matrizenwalze (4) abstützt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl einer Rüttelwalze (6,76) und die Drehzahl des Unwuchterregers (17) unabhängig voneinander variiert werden können.