NL8902105A - Pelleteerpers. - Google Patents

Description

Pelleteerpers

De uitvinding heeft betrekking op een pelleteerpers van de in de aanhef van conclusie 1 vermelde soort.

Dergelijke pelleteerpersen zijn in verschillende vormen bekend/ en wel enerzijds met een schijfvormige in hoofdzaak vlakke matrijs met meestal vertikale as, waarmede dan rollen met meestal horizontale as samenwerken, en anderzijds met een cylindervormige matrijs met een as, die ongeveer evenwijdig loopt aan de as van de met de matrijs samenwerkende rol.

Bij sommige persen staan de assen van rol en matrijs niet loodrecht op elkaar of lopen niet evenwijdig, maar maken een hoek met elkaar. De as van de rol ligt dan meestal in een vlak door de as van de matrijs. Soms zijn de rollen gelagerd in een vast opgesteld juk. Met betrekking tot de aandrijving van dergelijke persen zijn er persen met aangedreven matrijs en persen met aangedreven rol. Bij deze vormen van aandrijving wordt het te persen materiaal door het aangedreven onderdeel meegesleept. Het niet aangedreven onderdeel beweegt mee met de beweging van het materiaal. Bij sommige persen echter zijn de rollen niet in een vast opgesteld juk, maar in een draaibaar juk gelagerd. De aandrijving kan dan plaats vinden door tussenkomst van het juk, terwijl de matrijs meestal niet draait. Bij de bekende inrichtingen worden de spleethoogte en de aandrijfsnelheid zodanig gekozen, dat het te verwerken materiaal zo goed mogelijk, wat betreft kwaliteit van de uitgeperste materiaalstukjes (meestal pellets genoemd), de produktiecapaciteit en het energieverbruik van de pers wordt geperst, doch dit geschiedt zuiver proefondervindelijk en slechts voorzover de beperkte regelbaarheid van deze parameters dit toelaat. Het is daarbij niet mogelijk gebleken steeds een optimale aanpassing aan de schommelingen in de hoedanigheid, en in het bijzonder de samenstelling, inwendige wrijving, vochtgehalte e.d., van het te verwerken materiaal te verkrijgen. Bij sterke afwijkingen kan bijv. zoveel slip tussen het materiaal en de matrijs of rol optreden, dat de druk in de spleet sterk afneemt, en er geen uitpersing van het materiaal door de matrijsopeningen meer plaatsvindt. Er treedt dan versmering op van het materiaal. De pers loopt vast, tenzij men snel genoeg de pro-duktiestroom kan verminderen en/of de hoedanigheid van het materiaal kan aanpassen en/of andere noodmaatregelen kan treffen om dit vastlopen te voorkomen.

De uitvinding beoogt een pers van de voornoemde soort te verschaffen, die deze bezwaren in aanmerkelijk mindere mate niet vertoont en een optimale aanpassing aan het te verwerken materiaal toelaat. Daartoe heeft deze pers volgens de uitvinding de in het kenmerkende gedeelte van conclusie 1 genoemde kenmerken.

Bijzondere kenmerken, die voor de praktische toepassing van deze pers gunstig zijn, zijn in de onderconclusies vermeld.

In tegenstelling tot bekende persen worden zowel de matrijs als de rol (en bij een draaibaar juk ook het juk), volgens de uitvinding zodanig aangedreven, dat ter plaatse van de spleet de snelheid van tenminste de matrijs dan wel de of elke rol onafhankelijk regelbaar is. Daardoor wordt het in de spleet tussen de matrijs en een rol samengeperste materiaal niet aan een zijde (dus van rol of matrijs) maar aan beide zijden dus van rol en matrijs aan schuifspanningen onderworpen. Bij een in hoofdzaak onveranderde drukopbouw betekent dit, dat de schuifspanning aanzienlijk kleiner is dan bij aandrijving van alleen de rol of alleen de matrijs, zodat de slipgrens dienovereenkomstig minder snel zal worden bereikt en de werking beter kan worden beheerst. Hierdoor kan een grotere instelbaarheid van de spleethoogte worden bereikt, die bijdraagt tot het bereiken van een optimale aanpassing aan schommelingen in het te verwerken materiaal, waardoor enerzijds minder snel versmering optreedt, en anderzijds minder beperkingen aan de keuze van de samenstellingen moeten worden gesteld. De geringere slipgevoe-ligheid betekent ook dat een kortere aanloopperiode bij het inregelen van de pers kan worden bereikt. De grotere regelbaarheid van de spleethoogte betekent ook, dat de productiecapaciteit, voor zover niet beperkt door de minimaal vereiste hardheid en slijtvastheid en/of andere gewenste eigenschappen van het geperste materiaal, sterk kan worden vergroot, zodat een zo gunstig mogelijk resultaat kan worden verkregen.

De uitvinding zal in het onderstaande nader worden toegelicht aan de hand van een tekening; hierin toont: fig. 1 een schematische voorstelling van de algemene opbouw van een pelleteerpers van bekende vorm ter verduidelijking van de uitvinding; fig. 2 een schematische voorstelling van de spleet tussen de matrijs en een rol bij een pers volgens de uitvinding met de daarbij optredende snelheden en schuifspanningen; en fig. 3 en 4 schematische voorstellingen voor de aandrijving van een dergelijke pers.

In fig. 1 is een bekende pelleteerpers schematisch weergegeven. Deze omvat een holle cylindervormige wals of matrijs 1, die van een groot aantal openingen 2 is voorzien, die meestal dwars op het matrijsoppervlak zijn gericht.

Deze matrijs is draaibaar op een as 3 ondersteund en kan door middel van schematisch met een pijl 4 aangeduide aandrijfmiddelen met een gewenste hoeksnelheid worden aangedreven, die tot een snelheid v^ aanleiding geeft. Deze snelheid heeft betrekking op de binnenzijde van de matrijs ter plaatse van de kleinste spleethoogte. Binnen deze matrijs is op een evenwijdig aan de as 3 gerichte en ten opzichte daarvan verschoven as 5 draaibaar ondersteunde rol 6 aangebracht, waarvan de beschrijvenden evenwijdig aan die van de matrijs 1 zijn gericht. Tussen de matrijs en de rol bevindt zich een relatief nauwe spleet 7. De kleinste afstand tussen de matrijs en de rol is de minimale spleethoogte 9 (fig. 2). De spleethoogte kan instelbaar zijn.

Binnen de matrijs 1 wordt het te persen materiaal 8 doorlopend toegevoerd, dat bij draaiing van de matrijs 1 ten gevolge van de wrijving tussen de matrijs 1 en dit materiaal wordt meegesleept en in de spleet 7 wordt verdicht. De daarbij optredende druk zorgt ervoor, dat dit materiaal door de-openingen 2 naar buiten wordt geperst in de vorm van verdichte stukjes, meestal pellets genoemd. Ten gevolge van de beweging van het materiaal in de spleet draait de niet-aangedreven rol met een snelheid v . Deze snelheid heeft betrekking op de omtrek van de rol ter plaatse van de kleinste spleethoogte.

Uiteraard kunnen ook verscheidene rollen binnen de matrijs 1 worden aangebracht, terwijl in plaats van aandrijving van de matrijs 1 ook aandrijving van de rol 6 kan plaatsvinden, waarbij dan de niet-aangedreven matrijs meedraait. Bij een andere bekende uitvoering beweegt de matrijs niet, en wordt het juk roterend aangedreven. De rollen zijn dan gelagerd in het draaiende juk. Ook kunnen de matrijs 1 en/of de rollen 6 kegelvormig worden gemaakt. Het is ook mogelijk de openingen 2 in de rollen 6 aan te brengen, doch dit is meestal niet praktisch.

In de spleet 7 treedt derhalve dwars op de rolas 5 een zeker snelheidsverval op. Wanneer er echter teveel slip tussen het materiaal 8 en het oppervlak van de matrijs 1 en/of de rol 6 optreedt, leidt dit tot een zekere versmering van het materiaal in de spleet en tot een verlaging van de druk, hetgeen een verminderde uitpersing van het materiaal door de openingen 2 tot gevolg zal hebben. Door een geringe inwendige slip in het materiaal kan weliswaar de hoedanigheid hiervan gunstig worden beïnvloed, doordat een sterkere samenhang tussen de materiaaldeeltjes en een grotere hardheid en slijtvastheid en/of andere eigenschappen van de uitgeperste materiaalstukjes kunnen worden bereikt, doch de werking wordt hierdoor in toenemende mate instabiel en slechter beheersbaar, zodat het gevaar, dat de pers vastloopt, sterk toeneemt.

Bij deze bekende persen is het aanpassen van de verschillende factoren moeilijk, en soms niet optimaal mogelijk. Wanneer de hoedanigheid van het te persen materiaal tijdens een lopende persbewerking verandert of schommelt, doordat de inwendige wrijving als gevolg van bijvoorbeeld veranderingen in het vocht- of vetgehalte verandert, is het meestal niet mogelijk tijdens de werking een tot een optimale persing leidende na-instelling uit te voeren. Ook kan soms de hoedanigheid van het te persen materiaal geen optimale of ekonomisch uitvoerbare persing binnen de aanpassings- en regelmogelijkheden van de pers toelaten.

De uitvinding gaat nu uit van het inzicht, dat de genoemde moeilijkheden door een betere regelbaarheid en beheersing kunnen worden vermeden of zeer aanmerkelijk kunnen worden beperkt. Daartoe wordt nu ook de rol 6 aangedreven, zoals in fig. 1 met een pijl 4' is aangeduid, zodat ook de rol een aandrijvende wrijvingskracht op het materiaal 8 in de spleet 7 uitoefent. De voor het opbouwen van de vereiste druk in de spleet 7 uit te oefenen meesleepkracht werkt dan aan beide kanten op dit materiaal in, zodat de kritische wrij-vingskracht, waarbij slip gaat optreden, minder spoedig, en bij een geschikte keus van de snelheden en de spleethoogte, praktisch nooit zal optreden.

Fig. 2 toont op schematische wijze deze kracht- overdracht. De matrijs 1 met een straal R wordt met een J m hoeksnelheidLU aangedreven, hetgeen tot een snelheid v m m leidt. De rol 6 met straal R wordt met een hoeksnelheid w r r aangedreven, hetgeen tot een snelheid v^ leidt. De door de matrijs en rol op het materiaal uitgeoefende schuifspanningen T en X zijn niet alleen afhankelijk van de rotatiehoek, maar zijn tevens een funktie van deze snelheden, die onafhankelijk van elkaar instelbaar zijn.

Het is nu gebleken, dat de kans op slip minimaal is, wanneer de in de spleet tegenover elkaar liggende schuif spanningen tm en "ζ. ongeveer aan elkaar gelijk zijn.

Uit mechanische beschouwingen blijkt, dat dan in het gekromde vlak 10 ongeveer in het midden van de spleet 7 de schuifspanning nul is. Dit vlak wordt het neutrale vlak genoemd. De in het samengedrukte materiaal opgebouwde druk hangt daarbij af van o.a. de som van deze schuifspanningen en van de spleethoogte. Deze druk zal daarbij zo groot mogelijk worden gekozen, doch wordt beperkt door de voorwaarde van het onder alle omstandigheden vermijden van onbeheersbare slip.

Het zal nu duidelijk zijn, dat door het kiezen van geschikte aandrijfsnelheden voor de matrijs 1 en de rol 6, en in het bijzonder van de verhouding tussen deze snelheden, en verder van een geschikte hoogte van de spleet 7, een optimale instelling voor een gegeven materiaal kan worden bereikt, die in het bijzonder tijdens de werking van de pers kan worden aangepast. Daardoor kan in het bijzonder het aanlopen van de pers aanmerkelijk worden versneld, waardoor minder tijd en materiaal wordt verloren. Door het instellen van een gering snelheidsverschil tussen de matrijs en de rol kan nu een zekere beheersbare slip en inwendige afschuiving in het materiaal worden voortgebracht, waardoor de hoedanigheid van het materiaal in de spleet gunstig kan worden beïnvloed onder vermijding van het gevaar van vastlopen van de pers.

De voornoemde gelijkheid van de schuifspanningen en rr kan bij op vaste assen bevestigde rollen 6 en matrijs 1 zonder meer door een aangepaste instelling van de draaisnelheden worden verkregen. In het algemene geval van een rond as 3 draaibaar juk met in dit juk gelagerde rollen 6 daarentegen dient de aandrijving van de rollen 6 ten opzichte van het juk, de aandrijving van het juk t.o.v. de vaste omgeving en de aandrijving van de matrijs t.o.v. de vaste omgeving zodanig te worden gekozen, dat de schuifspanningen en x ongeveer aan elkaar zijn. Dit kan worden verkregen door een juiste regeling van de snelheid van de rol en matrijs ter plaatse van de betreffende spleet.

Een eenvoudige uitvoering van een pelleteerpers volgens de uitvinding omvat een aangedreven rol en een aangedreven matrijs, waarbij het juk vast t.o.v. het huis is opgesteld (fig. 3). Een andere mogelijkheid is een pers met een vast opgestelde matrijs, een aangedreven juk en een aangedreven rol t.o.v. dit juk (fig. 4).

Volgens de uitvinding kunnen de matrijs 1 en de rol 6, (eventueel ook door tussenkomst van een aangedreven juk), elk zodanig worden aangedreven, dat de omtreksnelheid van de rol en matrijs in de nauwste spleet onafhankelijk van elkaar doorlopend veranderbaar instelbaar zijn.

Daarbij kunnen deze instelbare aandrijvingen zodanig met elkaar zijn gekoppeld, dat de verhouding tussen beide snelheden bij wijziging van de snelheden vast is, doch als functie van de spleethoogte veranderbaar is. Bij de besturing van deze instellingen kan gebruik worden gemaakt van de uit mechanische evenwichtsvoorwaarden af te leiden en al dan niet vereenvoudigde benaderende funktionele en eventueel proefondervindelijk bepaalde betrekkingen. Uiteraard kan hierbij van een aangepaste mikroprocessor gebruik worden gemaakt. De voorwaarde voor besturing is, dat de aandrijving van de pers zodanig moet zijn, dat de schuifspanningen Tm en rr ongeveer aan elkaar gelijk zijn.

De integraal van de schuifspanningen ^ of over de omtrek en breedte (in de betreffende spleet) van de matrijs of de rol is een maat voor de betreffende omtrekskracht t.o.v. de matrijs of rol. Aangezien in een spleet de schuifspanning aan de rol en matrijs ongeveer even groot moeten zijn, betekent dit, dat omtrekskracht van de rol ongeveer gelijk moet zijn aan de omtrekskracht van de matrijs ter plaatse van een spleet. Dit betekent, dat de pers volgens de uitvinding kan worden geregeld op omtrekskracht of aandrijfmoment. Immers door vermenigvuldiging van de straal R van de rol of R van de matrijs met de betreffende omtrekskracht wordt het aandrijfmoment per spleet van resp. de rol en de matrijs verkregen.

De pers volgens de uitvinding kan derhalve zodanig worden geregeld, dat het quotiënt van het aandrijfmoment van de rol en de rolstraal R ongeveer gelijk is aan het aandrijfmoment van de matrijs per spleet en de betreffende straal R van de matrijs.

Daar de slip tussen rol en matrijs relatief gering is, zijn de omtrekssnelheden van rol en matrijs ongeveer gelijk. Aangezien het produkt van omtrekssnelheid en omtrekskracht gelijk is aan het vermogen, betekent dit, dat het mechanisch toegevoerde vermogen naar een rol ongeveer gelijk moet zijn aan het mechanische vermogen, dat aan het met deze rol samenwerkende deel van de matrijs wordt toegevoerd. De pers volgens de uitvinding kan derhalve ook zodanig worden bestuurd, dat het aan de rol toegevoerde mechanische vermogen ongeveer gelijk is aan het vermogen van het met deze rol samenwerkende deel van de matrijs.

De pers kan dus o.a. worden gestuurd op snelheid, op aandrijfmoment of vermogen.

Het regelen van de pers op snelheid, aandrijfmoment of vermogen kan op velerlei wijzen met bekende technieken worden verwezenlijkt. Enige voorbeelden daarvan zullen nu worden genoemd.

Indien de aandrijving van rol en matrijs hydraulisch plaatsvindt door middel van hydromotoren, kan de snelheid of het toerental van de rol en matrijs worden ingesteld door bijvoorbeeld regeling van de volumestroom naar de betreffende hydromotoren. Indien wordt geregeld op basis van aandrijfmo-ment of hydraulisch vermogen, is informatie t.a.v. de hydraulische druk resp. de hydraulische druk en het toerental voldoende.

Bij een mechanische aandrijving kan de de snelheid van rol en matrijs worden ingesteld door regeling van het toerental van rol en matrijs door bijvoorbeeld een doorlopend variabele mechanische overbrenging.

Bij regeling op basis van aandrijfmoment of vermogen kan gebruik worden gemaakt van bijvoorbeeld rekstrookjes op de aandrijfas ter bepaling van het aandrijfmoment.

Bij een elektrische aandrijving van rol en matrijs kan de snelheid worden ingesteld door regeling van het toerental van rol en matrijs (bijvoorbeeld door frequentieregelira}. Indien op aandrijfmoment of vermogen zou worden gestuurd, dan geeft een meting van elektrische grootheden zoals spanning (V), stroomsterkte (A) en elektrische vermogen (kW) voldoende informatie.

Uiteraard zijn allerlei mengvormen mogelijk.

Daarbij kunnen deze instelbare aandrijvingen zodanig met elkaar zijn gekoppeld, dat de verhouding tussen beidie snelheden bij wijziging van de snelheden vast, doch als functie van de spleethoogte veranderbaar is. Bij de besturing van deze instellingen kan gebruik worden gemaakt van de uit mechanische evenwichtsvoorwaarden af te leiden en al dan niet vereenvoudigde benaderende funktionele en eventueel proefondervindelijk bepaalde betrekkingen. Uiteraard kan hierbij van een aangepaste mikroprocessor gebruik worden gemaakt. De voorwaarde voor besturing is, dat de aandrijving van de pers zodanig moet zijn, dat de schuifspanningen τ en T ongeveer aan elkaar gelijk zijn.

Het zal duidelijk zijn, dat de uitvinding niet tot de afgebeelde uitvoering is beperkt, en dat deze bijvoorbeeld ook bij in hoofdzaak vlakke schijfvormige matrijzen kan worden toegepast.

Claims (6)

1. Pelleteerpers voor het uit een poeder-, korrel- en/of pastavormig materiaal persen van verdichte staafvormige stukjes van dit materiaal, omvattende een matrijs met een of meer daarmede samenwerkende draaibare rollen met elk een zodanig ondersteunde as, dat deze in een vlak door de as van de matrijs is gelegen, terwijl de het dichtst bij de matrijs gelegen beschrijvende ervan op een geringe afstand van en althans ongeveer evenwijdig aan een overeenkomstige beschrijvende van het naburige oppervlak van de matrijs is gelegen, ten einde een spleet tussen de matrijs en deze rol te begrenzen, waarbij deze matrijs of de of elke rol van persopeningen is voorzien, terwijl de ondersteuning van de matrijs en/of rol of rollen zodanig is, dat de spleethoogte instelbaar is, verder omvattende middelen voor het naar de of elke spleet toevoeren van het te persen materiaal, en aandrijfmiddelen voor het in beweging brengen van de matrijs en de of elke rol ten opzichte van dit aan de of elke spleet toegevoerde materiaal, een en ander zodanig, dat het toegevoerde materiaal bij beweging in de spleet tussen de matrijs en een rol wordt verdicht en door de persopeningen wordt geperst, met het kenmerk, dat de aandrijfmiddelen zijn ingericht voor het aandrijven van zowel de matrijs als de of elke rol, en dat de snelheid van ten minste de matrijs dan wel de of elke rol onafhankelijk regelbaar is.

2. Pers volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een aantal rollen in een juk is opgenomen, en dat de aandrijf-middelen zijn ingericht om de rollen t.o.v. het juk en het juk t.o.v. de matrijs of omgekeerd aan te drijven.

3. Pers volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de snelheidsregeling is ingericht om de verhouding tussen de snelheid van de matrijs en die van de of elke rol ter plaatse van de kleinste spleethoogte afhankelijk van de in gestelde spleethoogte in te stellen.

4. Pers volgens een van de conclusies 1..3, met het kenmerk, dat de snelheidsregeling is ingericht om de verhouding tussen de snelheid van de matrijs en die van de of elke rol ter plaatse van de kleinste spleethoogte zodanig in te stellen, dat de door de matrijs en een rol op het doorgevoerde materiaal uitgeoefende schuifspanningen althans nagenoeg aan elkaar gelijk zijn.

5. Pers volgens een van de conclusies 1..4, met het kenmerk, dat de aandrijfmiddelen zodanig zijn ingericht, dat de verhouding tussen het door een rol op het doorgevoerde materiaal uitgeoefende aandrijfmoment en de rolstraal althans ongeveer gelijk is aan die tussen het door het daarmede samenwerkende deel van de matrijs uitgeoefende moment en de matrijsstraal.

6. Pers volgens een van de conclusies 1..3, met het kenmerk, dat de aandrijfmiddelen zodanig zijn ingericht, dat het door een rol toegevoerde mechanische vermogen althans ongeveer gelijk is aan het vermogen, dat door het met deze rol samenwerkende deel van de matrijs wordt toegevoerd.