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.
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.