具有能量储存器的固定式废物粉碎装置的制作方法

本发明涉及一种固定式废物粉碎装置，其具有至少一个粉碎轴，至少一个电动机，其用于驱动至少一个粉碎轴，和用于向固定式废物粉碎装置供应电能的电源连接。

在以下所有描述中，无论是现有技术还是本发明的描述，出于简化目的，仅引用该系统的一个组件。当然，可以在系统中存在或提供两个或更多个组件。例如，总是引用一个粉碎轴或发电机或电动机。根据粉碎系统，可能还有两个或更多个粉碎轴。此外，关于驱动组件，它可以是几个内燃机、发电机、电动机或能量存储器和其它多个组件。

背景技术：

设计用于固定式操作的废物粉碎装置可包括，例如，柴油发动机或电动机用以驱动粉碎轴。

在电驱动粉碎轴的情况下，提供电源的连接。然后，固定式废物粉碎装置仅使用电能运行。然而，因为在废物粉碎装置的操作期间出现对电能需求的波动，例如，因为待粉碎的固体和软质材料是混合的，或者因为用于粉碎的力取决于粉碎轴上材料的随机取向，所以可能发生峰值负载，在某些情况下，峰值负载明显高于平均负载。这种负载峰值必须由电动机或从电源提供给电动机的电能/功率提供。

同样，启动时的启动电流可能高达电动机额定电流的四倍，对这种粉碎系统的总能量成本产生负面影响。

根据现有技术，尝试通过所谓的用于软启动的开关装置或通过频率转换器来抵消这些负面影响。这只能在非常有限的范围内实现。这些开关装置也不太受电网运营商的欢迎，因为它们可能通过产生所谓的谐波而导致电网“污染”。

这种不仅提供平均功率消耗而且提供最大功率消耗的最先进的程序是不利的，因为它需要与电网运营商达成更多成本密集的资费。这些资费与最大容量撤销的频率无关。因此，即使最大容量很少被调用，高容量的资费也会产生相对较高的成本。

不应忽视的是，这不仅仅是所谓的工作或服务价格的成本。在许多情况下，这些固定式粉碎机的驱动功率的电源容量在某些位置是不可用的。此外，所提供的功率是根据最大功率要求来测算的。而对于这种粉碎机，则是根据粉碎过程的起始电流和峰值负载。对于这种非常高的功率要求，计算电源连接(mainsconnection)，进而计算跨区域网络扩展(supraregionalnetworkexpansion)的一次性成本，并且计算所提供容量的持续成本。除了所谓的工作价格的成本之外，还有所谓的性能价格的成本，其主要根据一个月内购买电力最高的15分钟的电量来计算。

除了这些成本之外，所谓硬件的额外成本也不是无关紧要的。如果电源不是来自网络，则变压器设备或柴油发电机，开关设备，保险丝系统，以及电缆连接，必须设计成适应于最大峰值电流，这会构成相当大的成本。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于，至少部分地克服上述缺点，从而大大减少电源实际所需的连接负载，并尽可能避免或减轻由于启动电流而产生的功率峰值，以及电动机和粉碎过程本身造成的负载峰值。

该目的通过根据权利要求1所述的固定式废物粉碎装置解决。其它有利的实施例在从属权利要求中限定。

根据本发明的固定式废物粉碎装置，其包括至少一个粉碎轴，至少一个电动机其用于驱动至少一个粉碎轴，用于向固定式废物粉碎装置供应电能的电力网络连接，和能量存储器，其用于存储能量并且至少部分地为至少一个电动机供应电能，特别是用于覆盖功率峰值。这具有以下优点：负载峰值超过额定功率的比例不必由来自电源的电能覆盖，而是由能量存储器提供。当以启动电流的形式启动废物粉碎装置时，也会出现这样的功率峰值。本发明使得可以从电力网络提供更少的功率，例如相比于当必须从电源获取超过额定功率的功率峰值的一部分时。因此，即使弱电网也可承受较小的负载，这意味着可以避免电网故障。

根据本发明的固定式废物粉碎装置的一个实施例，其包括，至少一个传动装置或一个传动带传动驱动装置，其可以设置在至少一个电动机和至少一个粉碎轴之间。利用传动装置或传动带驱动装置，电动机和粉碎轴之间的连接，和/或通过驱动器到多个粉碎轴的负载分配，例如，通过同步传动，可以选择性地进行。

根据本发明的固定式废物粉碎装置的另一个实施例，其还可包括：ac/dc转换器，用于将来自电源连接的交流电转换为直流电，dc/ac转换器，用于将直流电转换为交流电。用于至少一个电动机的电流，以及布置在ac/dc转换器和dc/ac转换器之间的中间电路，其具有用于耦合能量存储器的能量管理模块，其中每个电动机是交流电动机。通过这种方式，可由电源和能量存储器为ac电动机供能。

本发明的固定式废物粉碎装置的另一个实施例，其还可包括：ac/dc转换器，用于将来自电源连接的交流电转换成直流电，以及中间电路，其设置在ac/dc转换器和至少一个电动机之间，具有用于耦合能量存储器的能量管理模块，每个电动机是直流电动机。通过这种方式，可以为直流电动机提供来自电源和能量存储器的能量。

根据本发明的固定式废物粉碎装置的另一个实施例，其还可包括：充电器，其设置在电源连接和能量存储器之间，用于给能量存储器充电，其中，能量存储器用于向所述至少一个电动机完全供应电能，其中，如果每个电动机是ac电动机，则为所述至少一个电动机提供用于将直流电转换为交流电的dc/ac转换器。在该实施例中，电动机仅利用来自能量存储器的能量运行，能量存储器利用来自电源的能量进行充电或再充电，特别是在废物粉碎装置运行时连续地进行。

根据本发明的固定式废物粉碎装置或其实施例之一，固定式废物粉碎装置还可包括控制装置，用于控制电源连接、至少一个电动机和能量存储器之间的能量流动。这种控制装置控制能量的存储和废物粉碎装置的各个部件的能量供应。

可以进一步开发控制装置以将从电源连接汲取的最大功率限制到额定功率，和/或仅在能量存储器中包含最小量的能量时执行废物粉碎装置的起动过程，和/或在废物粉碎装置的启动过程之后，仅当在能量存储器中包含最小量的能量时才驱动至少一个粉碎轴，和/或控制从能量存储器到至少一个电动机的供能，用于覆盖超过电源连接的额定功率的功率峰值，和/或当处于至少一个电动机的功率消耗低于电源连接的额定功率的低负载需求时段时，使用至少一个电动机的额定功率和功率消耗之间的差值来为能量存储器充电，和/或在制动期间将至少一个电动机作为发电机操作至少一个粉碎轴，并使用由此产生的动力为能量存储器充电，并且当能量存储器完全充电时，通过电源连接将制动操作期间产生的功率馈送到电源。

固定式废物粉碎装置的能量存储器可包括至少一个电能存储器和/或机械能存储器，其中电能存储器尤其可包括可再充电电池和/或电容器(例如超级电容器，supercap)和/或超导磁能存储器，和/或静态不间断电源(静态ups)，和/或其中机械能存储器尤其可以包括动态不间断电源(动态ups)和/或飞轮大容量存储器(flywheelmassstore)和/或飞轮存储器(flywheelstore)。

在机械能储存器的情况下，废物粉碎装置可包括转换装置，用于将电能转换成机械能和将机械能转换成电能。

根据本发明的固定式废料粉碎机或其进一步发展形式中的一个，固定式废料粉碎机可以特别地具有两个或更多个粉碎轴，每个粉碎轴具有一个电动机或具有共同的电动机。因此，固定式废物粉碎机可以是例如2波(2-wave)、3波(3-wave)或4波(4-wave)粉碎机。

通过根据权利要求11的方法也实现了上述目的。有利的进一步发展在该权利要求的从属权利要求中进行了限定。关于根据本发明的方法的优点及其进一步发展，参考关于根据本发明的废物粉碎装置及其进一步发展的相应说明。

根据本发明的操作固定式废物粉碎装置的方法(其中固定式废物粉碎装置包括至少一个粉碎轴，至少一个电动机，电源连接和能量存储器)包括以下步骤：通过电源连接为固定式废物粉碎装置供能；将能量存储在能量存储器中；用至少一个电动机驱动至少一个粉碎轴；并且至少部分地向电动机供应来自能量存储器的电能，特别是向电动机供应来自能量存储器的电能以覆盖超过电源连接的额定功率的功率峰值的一部分。

根据本发明的方法可以进一步发展，提供控制电源连接、至少一个电动机和能量存储器之间的能量流的进一步步骤。

可以进一步发展，使得该方法还包括：当能量存储器中包含最小量的能量时，将从电源连接获取的最大功率限制为额定功率，和/或当能量存储器中包含最小量的能量时，启动废物粉碎设备，和/或当能量存储器中包含最小量的能量时，在废物粉碎装置的启动操作之后驱动至少一个粉碎轴电动机，和/或控制从能量存储器到至少一个电动机的能量供应，以覆盖超过电源连接的额定功率的功率峰值，和/或当在低负载需求的时段时，即其中至少一个电动机的功率消耗低于电源连接的额定功率，通过使用所述至少一个电动机的额定功率和功率消耗之间的差对能量存储器充电，和/或在至少一个粉碎轴的制动操作期间将所述至少一个电动机作为发电机，并且使用在这种情况下产生的能量来为能量存储器充电，和/或将在至少一个粉碎轴的制动操作期间产生的能量经由电源连接馈送到电源，尤其是充满电时。

根据另一个进一步的发展，可以提供以下进一步的步骤：将来自电源连接的交流电转换为直流电，使用至少一部分直流电将能量存储在能量存储器中，并将直流电转换为交流电，由电源连接和/或能量存储器向以交流电动机形式存在的至少一个电动机提供能量。

对于另一个进一步的发展，将来自电源连接的交流电转换成直流电的步骤，使用至少一部分直流电将能量存储在存储能量存储器中，并由电源连接和/或来自电源连接的能量为至少一个电动机供应能量，所述电动机是直流电动机。

根据另一个实施例，可以提供以下进一步的步骤：利用来自电源连接的能量对能量存储器充电，并且由能量存储器向至少一个电动机完全供应电能。

在下面的附图中更详细地解释了本发明的其他特征和实施例及其优点。不言而喻，这些实施例并不能限制本发明的整个范围。不言而喻，下面描述的一些或所有特征也可以以其他方式组合。

附图说明

图1示出了本发明的固定式废物粉碎装置的第一实施例。

图2示出了本发明的固定式废物粉碎装置的第二实施例。

图3显示了负载峰值和低负载需求期。

图4示出了本发明的固定式废物粉碎装置的第三实施例。

具体实施方式

以下描述的实施例仅是用于实现所述发明目的的示例。可知其他实施例亦可实现本发明的目的。

图1示出了根据本发明的固定式废物粉碎装置的第一实施例100。

根据本发明的固定式废物粉碎装置包括至少一个粉碎轴80，至少一个用于驱动至少一个粉碎轴80的电动机70，以及用于向固定式废物粉碎装置供电的电源连接10和能量存储器50。

根据本发明的固定式废物粉碎装置，其主要特征在于能量存储器50，用于存储能量并且用于向至少一个电动机70供应电能，用于部分地覆盖超过电源连接10的额定负载的功率峰值，所述峰值由粉碎过程引发。

从图3可以看出，粉碎过程伴随着扭矩的剧烈变化，从而强烈改变电动机70的功耗。图中清楚地显示了所谓的负载峰值和低负载需求期。在根据本发明的实施例中，系统的额定功率进而是电源连接10的额定功率将优选地设计为预期的负载峰值和低负载需求期之间的中点。

由于电源连接10不能覆盖超过电源连接的额定功率的负载峰值，因此必须向粉碎系统提供额外的能量。这种所需的额外能量由能量存储器50提供。来自电源的能量供应优选地具有本实施例的额定功率的值。

因此，覆盖超过额定电流的负载峰值部分所需的额外能量由能量存储器50提供，并且由粉碎轴80的电动机70提供额外的功率作为来自电源的电能的附加电能。

由于负载峰值超过额定功率的份额不必由来自电源10的电能覆盖，而是由能量存储器50提供，相比于负载峰值超过额定功率的份额必须由从电源10提供，电源提供更小的电能。

实施例100中的能量存储器50连接到中间电路30。能量存储器可以是所谓的supercap形式的电容器，各种设计或系统的电池或蓄电池，或电动飞轮存储器，或类似的电或机械能量存储器。在这种情况下，为能量存储器50进行装载和卸载的相应的能量管理模块40直接设置在能量存储器前或整个控制系统中。

几种相同或几种不同能量存储器的组合也是可能的。例如，用于启动过程的电池能量存储器和覆盖超过来自粉碎机100的电动机的额定电流的启动电流和用于覆盖短期负载峰值的电容器。

当再次出现低负载需求期时，如图3所示，能量存储器50通过电源10再充电到适当的电流量的水平，使得存储的能量可用于进一步覆盖负载峰。

如果这种粉碎系统的操作表明，在所谓的低功耗期从电源对电能量存储器50进行充电是不足够的，则能量存储器50也可以通过单独布置的附接有发电机的内燃机来进行再充电，其还通过ac/dc转换器将其电能输送到中间电路30。

根据本发明的实施例，通过电动机70也很容易使粉碎轴80的速度适应实际的粉碎任务。这种速度的调节也可能与能量储存器50的容量有关。如果负载峰值(即来自能量存储器50的能量需求增加)与低能量需求期(即电源对能量存储器50再充电)的比率应不足以连续地为能量存储器50充电，可以调节电动机70的速度并因此调节粉碎轴80，从而调节负载峰值与低负载需求期的比率，以确保能量存储器50的连续充电，即使这与吞吐量的减少有关。

这里描述的这些固定式粉碎机也在特定的时间间隔或在发生某些事件之后的非常短的时间内操作，即使在反向操作中，即电动机70和粉碎轴80的转动方向发生改变。引起转动方向变化是因为，例如，进入粉碎轴之前进料已经被压缩以至于没有实际的粉碎，因此大大降低了吞吐量。

为了解决这个问题，需要在一段预定的较短的时间内将粉碎轴80的转动方向反转。这使进料松散，然后在随后的正常操作期间所述进料以足够的通量被再次粉碎。

然而，为了启动这种反转过程，首先必须使带有粉碎轴80的电动机70停止。为了使其所需的时间尽可能短，发动机70从发动机操作切换到发电机操作。在发电机运行中，制动能量可用于给存储器50充电，直到粉碎轴80停止，并且如果其容量耗尽，则制动能量被反馈到电源中以防止成本补偿。

电源10出现的峰值负载的另一个原因是该固定式粉碎机的电动机70启动时的启动电流。通常，该启动电流约为额定电流的四倍。如果必须从电源吸取额外的启动电流，则必须将电流连接设计为大于超过额定功率的启动电流。

因此，本发明还基于以下目的：覆盖电动机启动电流，所述启动电流超过来自能量存储器50而非电源10的额定电流。这意味着电源连接和上游供电，切换和固定装置，以及电缆连接仅需要以电动机的额定电流的大小制作，这意味着在安装这种电源连接时以及粉碎机本身的操作都可以节省相当多的成本。

提供具有广泛的软件的复杂控制器90，用于控制根据本发明的粉碎装置100，以便实现本发明的目的。该控制器必须承担这样的任务，即从不从电源10获取比特定的额定功率更高的功率，并且在电动机70的实际启动过程之前，能量存储器50有足够的容量可用。在启动过程之后，控制器90必须不执行实际的粉碎过程，直到能量存储器50在启动过程之后再次具有足够的容量。在粉碎过程中，控制器90必须确保从能量存储器50到电源10到电动机70的附加能量供应过程的控制，以覆盖负载峰值直到其允许的最大功率。相反，当出现低负载需求期时，控制器90必须确保能量存储器50以电源10的额定功率与电动机70的实际电流消耗之间的差值充电。控制器90必须具有对ac/dc转换器20、dc/ac转换器60和能量存储管理模块40的相应影响，除非这些部件中的一个已经集成在控制器90中，使得能量存储器50不会出现过度充电或不允许的放电。

固定式废物粉碎装置100的能量存储器50，可以，例如由电池或蓄电池组成，优选使用锂离子电池。实施例100还包括ac/dc转换器20，其将市电电流(优选400v交流电)转换成中间电路30的直流电，其为200-800v，优选650v。能量管理模块40连接该中间电路控制能量存储器50的充电和放电。dc/ac转换器60或频率转换器，其以指定频率向电动机70提供交流电以驱动粉碎轴80，同样连接到中间电路30。

图2示出了根据本发明的固定式废物粉碎装置的第二实施例200。

在第一实施例100中，能量存储器50以这样的方式布置，即它通过能量管理系统从中间电路30接收40能量并再次将其释放到该电路中。该能量存储器50的容量将仅足以覆盖高于峰值负载和低负载需求期之间的平均值的峰值负载。所需的容量相对较小。

第二实施例200在电动机70的主电源线中提供主要设计为电池或蓄电池的能量存储器50。电池通过充电器25从电源10连续地供电和充电。通过dc/在ac转换器60，电力被传递回电动机70，电动机70驱动轴80。

电动机70还接收覆盖来自能量存储器或电池50的负载峰值所需的电力。然而，仅向能量存储单元供应相对应于负载峰值和负载谷值之间的中点的电力以覆盖所需的电力。

在低负载需求期，电动机70的能量需求低于负载峰值和低负载需求期之间的上述中点，能量存储器或电池50可以通过先前获取的能量来再充电以覆盖负载峰值。

除了使用具有上游dc/ac转换器60的ac电动机70(图2a)之外，可以想到使用具有用于驱动轴80的dc电动机75(图2b)，由此转换器60在此情况下则是不必要的。

利用根据图2的该实施例，实现了与实施例100相同的效果，即，网络10仅被加载到与负载峰值和低负载需求期之间的所需功率相对应的程度。

覆盖负载峰值所需的额外能量和施加电动机70或75的启动电流所需的电能由能量存储器或电池50覆盖。因此，第二实施例200中的能量存储器50的容量必须根据图2的电动机70或75的包括负载峰值的全电量来设计。

根据当前的电池成本，根据图2的实施例在经济上较难施行。然而，根据电池行业的经验和发展，成本可能在5年内降低10倍。

图4示出了根据本发明的固定式废物粉碎装置的第三实施例300。该实施例对应于图1的实施例，但是在第一实施例中代替一个粉碎轴，这里设置两个粉碎轴80，81(双轴粉碎机)。电动机70和粉碎轴80，81之间的可选连接通过传动装置90(例如同步传动装置)实现。

所示的实施例仅是示例性的，本发明的完整范围由权利要求限定。