EP0694380A1 - Verfahren zum Verarbeiten von pelletierbarem Material - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for processing pelletizable material in a pelleting press equipped with a punch die and one or more paners.
- B. hydraulically driven adjusting devices with associated position measuring devices, can be set to a predetermined distance from the surface of the punch die.
- rollers do not have their own drive and accordingly roll with more or less slip compared to the driven die.
- DE-OS 38 16 842 has made known, in addition to the ring die, to drive the press roller (s) in the same direction as this.
- the press rollers have been rigidly connected to the support shaft, the support shaft rotatably mounted and connected to the drive of the ring die via a toothed belt.
- this toothed belt is placed so that each of the bearing axles of the press rollers is driven accordingly.
- Commercially available tensioning devices complement these toothed belt drives.
- a hand lever is provided for adjusting the distance between the ring die and the press roller, which enables the roller to be adjusted when the press is empty.
- the design results in a rigid coupling of the speeds of the die and the press roll, regardless of the distance of the roller from the die.
- An adaptation to the speed changes necessary due to wear or different material film thickness is just as impossible as an adaptation of the size of a desired slip depending on the material to be pressed.
- WO 91/02644 describes a pelleting press in which both the roller and the ring die can be driven independently of one another at variable speeds.
- the mounting of the die and / or the Koller are designed such that the distance between the Koller and the ring die, that is, the gap width between the Koller and the die is adjustable.
- the shear stresses in the material to be pressed on the surfaces of the roller and die should be approximately the same. These shear stresses are then the same, it is assumed in this proposal if the forces acting on the roller correspond approximately to those acting on the die.
- the torques or the power consumption at the roller drive and the die drive based on their diameter, are used. The torque can be determined via the power of the drives or e.g. via torque measurements on drive shafts.
- the known solution proposal takes into account the wear on the die and Koller not. Due to the reduction in the diameter of the roller, with simultaneous increase in the diameter of the die due to wear, there are undetectable differences in the necessary consideration of the diameter for controlling the drive speed as a function of the drive torque.
- the invention is based on the problem of equipping a press in such a way that, on the one hand, it enables a smooth and even pressing process under all operating conditions, that even good pressing conditions can be set even in the event of changes due to operational material wear and that the press parameters, including the die speed and the layer thickness of the material to be pressed, depend on the material can be adjusted.
- this is achieved with a method using the specified machine requirement in that the rollers are applied to the driven punch die by the adjusting device for frictional engagement when the press is empty and this position of the roller detected by the position measuring device is fed as a control variable together with the roller speed detected thereby to a computer which controls a roller drive during load operation via a speed control device in such a way that the peripheral speed of the roller surface as a function of the roller position, in each case the peripheral speed of the facing surface corresponds to the punch die, possibly with a predeterminable slip between the Koller and die.
- the roller speed can be directly adapted to the change in the distance between the die and the roller, i.e. to the layer thickness, using a simple calculation process.
- Fig. 1 shows a side view of a pelleting press according to the invention in a schematic representation, partly in section, showing the drive and the storage of the Koller.
- Fig. 2 shows the same press as Fig. 1, wherein instead of the Koller, the material feed is shown.
- Fig. 3 shows in elevation along the line III - III, in a schematic representation, the ring die with the spatial assignment of roller drive and material supply.
- the brackets 2, 4 and the holder 3 are placed on a base frame 1 at an angle-resistant manner.
- the support bracket 2 is mounted on the base frame 1 with the slide bearing 5 switched in such a way that the press for exchanging the die 12 can be opened and closed by a longitudinal movement on this slide bearing 5.
- the support bracket 2 holds the Support shaft 6 on which the die holder 8 is rotatably mounted via the roller bearings 7.
- the drive motor 9 is also attached, which drives the ring die 12 with the holes 13 via its pulley 10 and the pulley 11 of the die carrier 8.
- the holder 3 On the base frame 1, the holder 3 is fixed angularly and rigidly on the side of the press remote from the support beam 2. This holder 3 carries with extensions 14, 15 and 16, the bearings 17 for the shafts 18, the roller 19 and the roller drive 20 together with the gear 21.
- the material feeds each consist of a receiving funnel 22, from which the material to be pelletized is fed via a transport check 23 to the interior of the ring die 12 via the openings 24.
- the pellets coming from the press are discharged to transport or packaging devices.
- the drive 9 for the ring die 12 is switched on when the press is empty.
- the roller 19 is then moved against the running ring die 12 and thus brought into frictional engagement by means of an adjusting device (not shown) which is known per se.
- the detected speed of the pan and the die as well as the spatial position of the pan and its axis are then recorded in a computer and the distance between the die and the pan desired for the pelletized material is then entered.
- the computer now outputs the values for the speed of the roller from the measurements and the specifications as a control command to the roller drive.
- the control of the roller drive can be carried out with all known means.
- a frequency converter can be used Output frequency determines the speed of the motor for the roller drive.
- a controllable torque converter can also be used together with an electric motor which is constant in terms of its speed, optionally together with a reduction gear. Purely hydraulic drives can also be used if the equipment is suitable for speed control.
- a desired slip between the die and the Koller can also contribute to improvements in the product, as well as lower energy consumption, by means of appropriate specifications in the control system
- each of the rollers used is assigned its own controllable drive, then locally different compressions and the like can also be controlled by the speed control.
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Abstract
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verarbeiten von pelletierbarem Material in einer, mit einer Lochmatrize und einem oder mehreren Kollern ausgestatteten Pelletierpresse, wobei die Koller durch z. B. hydraulisch angetriebene Verstellvorrichtungen mit zugehörigen Lagemeßvorrichtungen, auf einen vorgebbaren Abstand zur Oberfläche der Lochmatrize eingestellt werden können.
- Zum Verdichten von Material, wie dies bei der Herstellung von Pellets als Viehfutter geschieht, entsteht zwischen der angetriebenen Matrize, z.B. einer Ringmatrize, und den Preßrollen, meist Koller genannt, ein Materialfilm, dessen Dicke die Durchsatzmenge und auch die Qualität der Pellets mitbestimmt.
- Zur Verbesserung des Betriebes derartiger Pressen ist es aus der EP - 0 231 764 bekannt, die Koller verstellbar gegenüber der Matrize anzuordnen, so daß sie entsprechend dem zu verarbeitenden Material, seiner Zusammensetzung und der Pressenkonstruktion eingestellt werden können. Aus dieser Veröffentlichung ist es auch bekannt, eine Steuereinrichtung einzusetzen, die bei Überlastung des Antriebsmotors, die Koller von der Oberfläche der Matrize entfernt und dann den Koller wieder schrittweise an die Matrize annähert.
- Ferner ist es bekannt, die Griffigkeit der Koller und damit den Materialdurchsatz durch eine entsprechende Gestaltung der Kolleroberfläche zu verbessern. In den meisten Fällen haben die Koller keinen eigenen Antrieb, rollen dementsprechend mit mehr oder weniger Schlupf gegenüber der angetriebenen Matrize ab.
- Zur Erzielung einer hohen Vorverdichtung bzw. einer guten Entlüftung des zu verarbeitenden Materials, wählt man häufig eine starke Materialfilmstärke. Diese hat aber zur Folge, daß in vielen Fällen kein ausreichend guter Mitnahmekontakt zwischen Preßrollen und Matrize entsteht, was einen großen Schlupf bewirken kann, der bis zu einer Art "Aquaplaning" führt. Dies bewirkt aber, daß sich die Koller nicht mehr ausreichend mitdrehen. Das zu pelletierende Material wird dann nicht mehr richtig gepreßt und verarbeitet. Der Lauf der Pressen wird bei stark schwankender Stromaufnahme unruhig, bis hin zu einem blockieren der Presse. In vielen Fällen muß dann die Presse geöffnet und gereinigt, zumindest aber die Lage der Koller neu eingestellt werden. Insbesondere bei Produkten, die zum Schmieren neigen, treten solche Erscheinungen häufig auf.
- Zur Vermeidung derartiger Betriebszustände und weiterer Nachteile, wie die starke Erhitzung des zu verarbeitenden Materials, ist mit der DE - OS 38 16 842 bekannt geworden, zusätzlich zur Ringmatrize, die Preßrolle(n) gleichsinnig zu dieser anzutreiben. Hierfür hat man die Preßrollen mit Tragachse starr verbunden, die Tragachse drehbar gelagert und diese über einen Zahnriemen mit dem Antrieb der Ringmatrize verbunden. Bei Verwendung mehrerer Preßrollen ist dieser Zahnriemen so gelegt, daß jede einzelne der Lagerachsen der Preßrollen entsprechend angetrieben wird. Handelsübliche Spannvorrichtungen ergänzen diese Zahnriemenantriebe. Für eine Einstellung des Abstandes zwischen Ringmatrize und Preßrolle ist ein Handhebel vorgesehen, der eine Einstellung der Koller bei leerer Presse ermöglicht.
- Bei dieser bekannten Ausführungsform ergibt sich bedingt durch die Konstruktion eine starre Kopplung der Drehzahlen von Matrize und Preßrolle, unabhängig vom Abstand des Kollers von der Matrize. Eine Anpassung an die bei Verschleiß oder bei unterschiedlicher Materialfilmstärke notwendigen Drehzahländerungen ist damit ebensowenig möglich, wie eine Anpassung der Größe eines gewollten Schlupfes in Abhängigkeit des zu verpressenden Materials.
- Aus der EP 0 238 147 ist bekannt, die Koller gegenüber einer starren Matrize umlaufend anzutreiben. Eine Einstellung der Relativbewegung zwischen Matrize und Koller, also der Drehzahlen ist damit nicht möglich.
- Nach der DE 38 06 945 ist es bei flachen Lochmatrizen bekannt, sowohl die Lochmatrize, als auch die darauf abrollenden Koller einzeln oder zusammen anzutreiben. Zu dieser bekannten Ausführung ist angegeben, daß Einrichtungen vorgesehen sein können, die Drehzahlen der Antriebsmotoren zu variieren. Verstellvorrichtungen mit zugehörigen Lagenmeßvorrichtungen sind bei diesen Kollerpressen nicht vorgesehen.
- In der WO 91/02644 ist eine Pelletierpresse beschrieben, bei der sowohl die Koller, als auch die Ringmatrize unabhängig von einander mit variabler Geschwindigkeit angetrieben werden können. Die Lagerung der Matrize und / oder der Koller sind derart ausgebildet, daß der Abstand Zwischen Koller und Ringmatrize, also die Spaltbreite zwischen Koller und Matrize einstellbar ist. Bei dieser bekannten Ausführungsform wird davon ausgegangen, daß die Scherspannungen in dem zu verpressenden Material an den Oberflächen von Koller und Matrize etwa gleich sein sollen. Diese Scherspannungen sind dann gleich, so wird bei diesem Vorschlag angenommen, wenn die Kräfte die am Koller angreifen, etwa denen entsprechen, die an der Matrize angreifen. Zur Steuerung der Drehzahl von Koller und Matrize werden deshalb die Drehmomente oder die Leistungsaufnahmen am Kollerantrieb und am Matrizenantrieb, bezogen auf deren Durchmesser herangezogen. Das Drehmoment kann dabei über die Leistung der Antriebe oder z.B. über Drehmomentmessungen an Antriebswellen erfaßt werden.
- Sieht man einmal davon ab, daß die Erfassung der Leistungsaufnahme von Antrieben ebenso wie die Erfassung eines Drehmomentes durch Messung der Torsion von Wellen schwierig ist und bei Pelletierpressen während des Betriebes große Schwankungen im Leistungsbedarf auftreten können, so berücksichtigt der bekannte Lösungsvorschlag den Verschleiß an Matrize und Koller nicht. Durch die Verkleinerung des Durchmessers der Koller, bei gleichzeitiger Vergrößerung des Durchmessers der Matrize durch Verschleiß, ergeben sich nicht erfaßbare Differenzen bei der notwendigen Berücksichtigung der Durchmesser zur Steuerung der Antriebsdrehzahl in Abhängigkeit der Antriebsdrehmomente.
- Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Presse so auszustatten, daß sie einerseits unter allen Betriebsbedingungen einen ruhigen und gleichmäßigen Preßvorgang ermöglicht, daß auch bei Änderungen durch betriebsbedingte Materialabnutzung gleich gute Preßbedingungen einstellbar sind und daß die Pressenparameter einschließlich der Matrizendrehzahl und der Schichtdicke des Preßgutes materialabhängig eingestellt werden können.
- Gemäß der Erfindung wird dies mit einem Verfahren unter Einsatz der angegebenen Maschinenvoraussetzung dadurch erreicht, daß die Koller bei leerer Presse durch die Verstellvorrichtung zum Reibschluß an die angetriebene Lochmatrize angelegt werden und diese durch die Lagemeßvorrichtung erfaßte Lage der Koller als Steuergröße zusammen mit der dabei erfaßten Kollerdrehzahl einem Rechner zugeführt wird, der bei Lastbetrieb über eine Drehzahl - Steuervorrichtung einen Kollerantrieb so aussteuert, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Kolleroberfläche in Abhängigkeit der Kollerlage, jeweils der Umfangsgeschwindigkeit der zugewandten Oberfläche der Lochmatrize, gegebenenfalls mit einem vorgebbarem Schlupf zwischen Koller und Matrize entspricht.
- Vorteilhalt ist es, auch die Leerlaufdrehzahl des Matrizenantriebes im Rechner zu erfassen, damit bei einem Drehzahlabfall unter Last, auch die Drehzahl der Koller entsprechend angepaßt wird. Da neben der Drehzahlen von Koller und Matrize, auch die Lage der Kollerachse gegenüber der Matrizenoberfläche durch die Lagemeßvorrichtung erfaßt wird, kann über einen einfachen Rechenvorgang die Kollerdrehzahl unmittelbar an die Änderung des Abstandes zwischen Matrize und Koller, also an die Schichtdicke angepaßt werden.
- An Hand der Zeichnungen wird eine Pelletierpresse und das Verfahren nach der Erfindung beschrieben.
- Die Fig. 1 zeigt in Seitenansicht eine Pelletierpresse nach der Erfindung in schematischer Darstellung zum Teil im Schnitt, wobei der Antrieb und die Lagerung der Koller dargestellt ist.
- Die Fig. 2 zeigt die gleiche Presse wie Fig. 1, wobei anstelle der Koller, die Materalzufuhr dargestellt ist.
- Die Fig. 3 zeigt im Aufriß längs der Linie III - III, in schematischer Darstellung die Ringmatrize mit der räumlichen Zuordnung von Kollerantrieb und Materialzufuhr.
- In allen Zeichnungen sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
- Auf einem Grundrahmen 1 sind winkelsteif die Träger 2, 4 und der Halter 3 aufgesetzt. Der Stützträger 2 ist am Grundrahmen 1 unter Einschaltung des Gleitlagers 5 längsverschieblich derart gelagert, daß die Presse zum Austauschen der Matrize 12 durch eine Längsbewegung auf diesem Gleitlager 5 geöffnet und geschlossen werden kann. Der Stützträger 2 haltert die Tragwelle 6, auf der über die Rollenlager 7 der Matrizenhalter 8 drehbar gelagert ist. Am Stützträger 2 ist ferner der Antriebsmotor 9 befestigt, der über seine Riemenscheibe 10 und die Riemenscheibe 11 des Matrizenträgers 8, die Ringmatrize 12 mit den Bohrungen 13 antreibt.
- Am Grundrahmen 1 ist auf der dem Stützträger 2 abgelegenen Seite der Presse, der Halter 3 winkelsteif und starr befestigt. Dieser Halter 3 trägt mit Fortsätzen 14, 15 und 16 die Lager 17 für die Wellen 18 der Koller 19 und den Kollerantrieb 20 samt Getriebe 21. Die für die Steuerung der Antriebe 20 und der Getriebe 21 erforderlichen Steuergeräte, wie Frequenzwandler, Drehmomentwandler usw., sind der Übersicht halber ebenso weggelassen, wie die Antriebe für die Lageverstellung der Koller gegenüber den Matrizen, die Meßgeräte für die Kollerlage und der notwendige Rechner.
- Aus Fig. 3 ist die Lage der senkrecht übereinander angeordneten Kollerantriebe und die über den Träger 4 mit den Grundrahmen 1 verbundenen, nebeneinander angeordneten Materialzuführungen ersichtlich. Die Materialzuführungen bestehen aus je einem Aufnahmetrichter 22, von dem über eine Transportschecke 23 das zu pelletierende Gut über die Öffnungen 24, dem Innenraum der Ringmatrize 12 zugeführt wird.
- Über den im Grundrahmen 1 angeordneten Auslaß 25 werden die aus der Presse kommenden Pellets zu Transport oder Abpackeinrichtungen abgeleitet.
- Bei der Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung wird bei leerer Presse der Antrieb 9 für die Ringmatrize 12 eingeschaltet. Über eine nicht gezeichnete, an sich bekannte Verstellvorrichtung werden dann die Koller 19 gegen die laufende Ringmatrize 12 gefahren und damit in Reibschluß gebracht. In einem Rechner wird nun die erfaßte Drehzahl des Kollers und der Matrize sowie die räumliche Lage der Koller bzw. deren Achse erfaßt und dann der für das Pelletiergut gewünschte Abstand zwischen der Matrize und dem Koller eingegeben. Der Rechner gibt nunmehr die aus den Messungen und den Vorgaben sich ergebenden Werte für die Drehzahl der Koller als Steuerbefehl an den Kollerantrieb.
- Die Aussteuerung des Kollerantriebes kann mit allen bekannten Mittel durchgeführt werden. Bei einem Elektroantrieb kann zum Beispiel ein Frequenzwandler eingesetzt werden, dessen Ausgangsfrequenz die Drehzahl des Motors für den Kollerantrieb bestimmt. Zusätzlich, beziehungsweise anstatt eines direkt gesteuerten Elektroantriebes, kann auch ein steuerbarer Drehmomentwandler zusammen mit einem, hinsichtlich seiner Drehzahl konstanten Elektromotor, gegebenenfalls zusammen mit einem Untersetzungsgetriebe eingesetzt werden. Auch rein hydraulische Antriebe, können bei für eine Drehzahlsteuerung geeigneter Ausstattung eingesetzt werden.
- Bei Lastbetrieb kann es erforderlich sein, die gemessene Kollerdrehzahl nicht nur in Abhängigkeit des Kollerabstandes nachzusteuern, vielmehr kann auch ein unter Last erzwungener Drehzahlabfall des Matrizenantriebes im Rechner erfaßt und damit in der Drehzahlsteuerung der Kollerantriebe Berücksichtigung finden.
- Schließlich kann auch ein gewünschter Schlupf zwischen Matrize und Koller durch entsprechende Vorgaben in der Steuerung zur Verbesserungen des Produktes ebenso beitragen, wie zu geringerem Energieeinsatz
- Werden, wie im Ausführungsbeispiel dargestellt und beschrieben, jedem der eingesetzten Koller ein eigener steuerbarer Antrieb zugeordnet, dann können durch die Drehzahlsteuerung auch örtlich unterschiedliche Verdichtungen und dergleichen ausgesteuert werden.
Claims (10)
- Verfahren zum Verarbeiten von pelletierbarem Material in einer, mit einer Lochmatrize und einem oder mehreren Kollern ausgestatteten Pelletierpresse, wobei die Koller durch z. B. hydraulisch angetriebene Verstellvorrichtungen mit zugehörigen Lagemeßvorrichtungen, auf einen vorgebbaren Abstand zur Oberfläche der Lochmatrize einstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Koller bei leerer Presse durch die Verstellvorrichtung zum Reibschluß an die angetriebene Lochmatrize angelegt werden und diese durch die Lagemeßvorrichtung erfaßte Lage der Koller als Steuergröße zusammen mit der dabei erfaßten Kollerdrehzahl einem Rechner zugeführt wird, der bei Lastbetrieb über eine Drehzahl - Steuervorrichtung Antriebe für die Koller so aussteuert, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Kolleroberfläche in Abhängigkeit der Abstände zwischen den Oberflächen von Koller und Lochmatrize, jeweils der Umfangsgeschwindigkeit der zugewandten Oberfläche der Lochmatrize, gegebenenfalls mit einem vorgebbarem Schlupf zwischen Koller und Matrize entspricht.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Matrizenantriebes während des Lastbetriebes erfaßt und die Drehzahl der Kollerantriebe abhängig von der gegenüber der Leerlaufdrehzahl abweichenden Arbeitsdrehzahl des Matrizenantriebes durch den Rechner zusätzlich nachgesteuert wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vergrößerung des Kollerabstandes gegenüber der Matrize, die Drehzahl des Kollerantriebes über die Drehzahl - Steuervorrichtung, entsprechend der Vergrößerung des Kollerabstandes so vermindert wird, daß die Kolleroberfläche gegenüber der zugewandten Oberfläche der Ringmatrize, mit gleicher Oberflächengeschwindigkeit schlupffrei abrollt.
- Pelletierpresse zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Koller (19) mit Antrieben (20) ausgestattet sind, deren Drehzahl direkt oder über vorgeschaltete Getriebe (21) zumindest in Bereichen der üblichen Betriebsdrehzahlen veränderbar sind.
- Pelletierpresse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollerantriebe (20,21) mit frequenzabhängigen Elektroantrieben (20) ausgestattet sind.
- Pelletierpresse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß den Elektroantrieben (20) Frequenzwandler vorgeschaltet sind, deren Ausgangsfrequenz in Abhängigkeit der vom Rechner gelieferten Steuerwerte veränderbar ist.
- Pelletierpresse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Koller (19) und seinem Antrieb, vorzugsweise hydraulische Drehmomentwandler eingesetzt sind.
- Pelletierpresse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollerantriebe selbst als Hydraulikantriebe ausgebildet sind.
- Pelletierpresse nach Anspruch 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Koller ((19) samt ihren Antrieben (20) und den Verstelleinrichtungen für die Lage der Koller gegenüber der Matrize (19), winkelsteif mit einem Grundrahmen (1) und dem Stützträger (2) des Matrizenhalters (8) samt Antrieb (9) verbunden ist.
- Pelletierpresse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Matrizenhalter (8) samt Antrieb (9), über den Stützträger (2) längsverschieblich auf dem Grundrahmen (1) gelagert ist.
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