DE10106856A1 - Verfahren zum Betrieb von Gutbettzerkleinerungs-Hochdruckwalzenpressen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb von Gutbettzerkleinerungs-Hochdruckwalzenpressen mit zwei gegenläufig drehbaren, durch einen Walzenspalt voneinander beanstandeten Walzen, von denen wenigstens eine als Loswalze ausgebildet ist, die mit einer Walzenpresskraft unter Beibehaltung des Walzenspaltes gegen die andere Walze gedrückt wird, wobei im Betrieb die Antriebs- und Bewegungsparameter mindestens einer Walze als Regelparameter gemessen, das Verhältnis dieser Werte zueinander gebildet und dieses Verhältnis durch Verringerung oder Steigerung der Walzenanpresskraft der Walzen immer im Wesentlichen konstant gehalten wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Gutbettzerkleinerungs-Hochdruckwalzenpresse mit zwei gegenläufig drehbaren, durch einen Walzenspalt voneinander beabstandeten Walzen, von denen wenigstens eine als Loswalze ausgebildet ist, die mit einer Walzenpresskraft unter Beibehaltung des Walzenspaltes gegen die andere Walze gedrückt wird, und mit Messeinrichtungen, die im Betrieb die Antriebs- und Bewegungsparameter mindestens einer Walze als Regelparameter messen und mit Regeleinrichtungen die auf Basis des Verhältnisses der Regelparameter zueinander die Walzenpresskraft der Walzen verringern oder steigern, so dass das Verhältnis der Regelparameter immer im Wesentlichen konstant ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb von Gutbettzerkleinerungs- Hochdruckwalzenpressen mit zwei gegenläufig drehbaren, durch einen Walzenspalt voneinander beabstandeten Walzen, von denen wenigstens eine als Loswalze ausgebildet ist, die mit einer Walzenpresskraft unter Beibehaltung des Walzenspaltes gegen die andere Walze gedrückt wird.

Hochdruckwalzenpressen sind Zweiwalzen-Maschinen, die Schüttgut zwischen zwei gegenläufig drehenden Walzen behandeln. Hierbei wird das Schüttgut von einem zwischen den Walzen gebildeten Walzenspalt erfasst und unter hohem Druck verdichtet und zerkleinert. Die Druckkräfte sind so gross, dass das aufgegebene Schüttgut zu einem quasi-Festkörper, der Schülpe, verdichtet wird. Die ursprünglichen Kornstrukturen werden bei diesem Prozess zerstört.

Von den beiden Walzen ist herkömmlicherweise wenigstens eine Walze als beweglich gelagerte Loswalze ausgebildet, wobei die Einstellung der Druckkräfte durch ein hydro-pneumatisches Federsystem erfolgen kann, das das Lagergehäuse der Loswalze gegenüber einem Pressrahmen federnd abstützt. Das hydro­ pneumatische Federsystem besteht hierbei aus einem hydraulischen Arbeitszylinder mit Kolben und einem Gasspeicher. Die Verbindung von Hydraulik-Arbeitszylindern als Abstützelemente für die Lager der Loswalze mit einem oder mehreren Speichern sichert die Federwirkung. Die Bewegung der Kolben in den Arbeitszylindern, hervorgerufen durch eine Horizontalbewegung der Loswalze führt zu einer Ölbewegung zwischen den Arbeitszylindern und den Speichern. Die Kompression bzw. Dekompression des Gases im Speicher ruft eine Druckerhöhung bzw. Druckerniedrigung hervor.

Ein Nachteil der bekannten Hochdruckwalzenpressen ist, dass das System auf Änderungen z. B. der Materialaufgabe, Spaltveränderungen, inhomogene Beschickung, nicht reagieren bzw. nur mit erheblicher Zeitverzögerung reagieren kann.

Um diese bekannten Mängel zu überwinden, wurden bereits verschiedene Lösungsansätze vorgeschlagen.

In der DE 39 22 638 ist eine Zweiwalzenmaschine, insbesondere für Hochdruck- Walzenpressen mit einer Walzenspaltparallelführung beschrieben. Diese Walzenspaltparallelführung wird dadurch erzielt, dass die sich im Betrieb einstellende Breite des Walzenspaltes an beiden Walzenseiten von Sensoren gemessen wird. Aus den beiden Messwerten wird die Differenz errechnet und mit einem vorgegebenen Toleranzwert verglichen. Wird dieser Toleranzwert überschritten erfolgt ein Regeleingriff auf die unabhängig voneinander zu regelnden Druckregelungen der die Loswalze abstützenden Hydraulikzylinder solchermaßen, dass an der Seite der Loswalze, an der der Walzenspalt kleiner wird, der Hydrauliköldruck so weit reduziert wird, bis der Toleranzwert wieder unterschritten wird und umgekehrt. Um den Hydrauliköldruck zu verändern, sind vier Ventile, zwei Druckerhöhungsventile und zwei Druckentlastungsventile vorgesehen.

Die Druckerhöhung und die Druckabsenkung wird bei diesem Stand der Technik über Wegventile mit dem Start und Stop der Hydraulikpumpe erzielt. Der Zeitraum, bis die Pumpe die Druckveränderung des Hydrauliköls veranlasst, ist hierbei jedoch relativ lang, so dass das ganze System erst mit erheblicher Zeitverzögerung auf Veränderungen des Walzenspaltes reagieren kann.

Ferner ist aus der EP 0 340 464 eine Gutbett-Walzmühle mit einer Festwalze und einer Loswalze bekannt, die zwischen sich einen Walzenspalt bilden. Die Loswalze wird hierbei mittels eines Hydraulikgasfedersystems, das wenigstens einen hydraulischen Arbeitszylinder und eine damit zusammenwirkende Arbeitsgasfeder für jede Loswalzenseite enthält, in Richtung der Festwalze gedrückt. Der Federbehälter jeder Arbeitsgasfeder ist durch zwei bewegliche Kolben in einen mittleren Gasfüllraum und zwei entgegengesetzte Hydraulikflüssigkeitsräume unterteilt, wobei dem einen Kolben eine Wegmesseinrichtung für den Vorfülldruck der Hydraulikflüssigkeit zugeordnet ist. Auf diese Weise soll während des Betriebes die Mahlkraft über den Hydraulikdruck bei gleicher Gasfedercharakteristik an beiden Seiten der Loswalze eingestellt werden. Vorzugsweise wird hierbei der Ölfluss über Rückschlagdrosselkombinationen in den Leitungen zwischen Arbeitszylindern und Speichern beeinflusst.

Aber auch diese Gutbett-Walzmühle kann die vorab beschriebenen Probleme nicht zufriedenstellend lösen. Insbesondere weist auch dieses System eine deutliche Zeitverzögerung bei der Regelung auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zum Betrieb von Guttbettzerkleinerungs-Hochdruckwalzenpressen bereitzustellen, welches es ermöglicht, die Nachteile der bekannten Verfahren zu vermeiden, insbesonders auch kleine Walzenschiefstellungen möglichst verzögerungsfrei zu kompensieren, so dass die Druckbehandlung des Gutes im Walzenspalt nicht beeinträchtigt wird.

Diese Aufgabe wird für ein Verfahren der bekannten Gattung durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Gemäss Anspruch 1 werden im Betrieb die Antriebs- und/oder Bewegungsparameter mindestens einer Walze als Regelparameter gemessen, das Verhältnis dieser Werte zueinander gebildet, und dieses Verhältnis durch Verringerung oder Steigerung der Walzenanpresskraft der Walzen immer im wesentlichen konstant gehalten.

Da erfindungsgemäss als Regelparameter Antriebs- und Bewegungsparameter gewählt werden, ist es möglich Unregelmässiglkeiten im Betrieb der Hochdruckwalzenpresse bereits zu einem sehr frühen Zeitpunkt zu ermitteln, d. h. noch bevor z. B. eine Schiefstellung der Walzen auftritt, da eine solche Schiefstellung immer von einer Veränderung der Walzenbewegung begleitet wird und gleichzeitig Gegenmaßnahmen zu ergreifen. Durch den sehr frühen Eingriff in den Ablauf der Hochdruckwalzenpresse kann eine homogene Druckbehandlung und somit ein sehr homogenes Endprodukt sichergestellt werden.

Hierbei hat es sich als besonders bevorzugt erwiesen, dass im Betrieb die Antriebsleistung eines Hauptmotors und die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen gemessen wird, und das Verhältnis dieser als Regelgrösse verwendet wird.

Bei diesen Parametern handelt es sich um solche, die durch einfache Sensoren ermittelt werden können, so dass Anlagen, die sich bereits im Betrieb befinden, ohne grösseren Aufwand nachgerüstet werden können.

Ferner kann vorgesehen sein, dass die Regelgrösse mit einem Sollwert verglichen wird, und die Sollwertabweichung zur Verstellung der Walzenanpresskraft verwendet wird bis der Sollwert wieder erreicht ist.

Gleichermassen ist bevorzugt, dass eine Kaskadenregelung durchgeführt wird, wobei im primären Regelkreis die Walzenanpresskraft konstant gehalten wird, und der Sollwert dieses Regelkreises durch die Sollwertabweichung des Verhältnisses aus Antriebsleistung eines Hauptmotors und Umfangsgeschwindigkeit der Walzen geführt wird.

Diese Ausführungsformen stellen einfach zu verwirklichende Regelungen des Systems dar, die sich wiederum problemlos in bereits existierende Systeme integrieren lassen.

Ferner kann vorgesehen sein, dass die Walzen in Lagerböcken gelagert sind, wobei die Lagerböcke der Loswalze gegen Hydraulikzylinder eines hydro-pneumatischen Systems abgestützt werden über die die Walzenanpresskraft aufgebracht wird.

Vorzugsweise ist hierbei der Druck des Hydrauliköl einstellbar.

Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Tankleitung jeder hydraulischen Feder mit einem Ventil versehen ist, das eine Einstellung der Druckkonstanz ermöglicht.

Gemäss einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Reglerausgang so aufgeteilt wird, dass der Mittelwert aus den Hydraulikdrücken (rechte und linke Seite des Hydrauliksystems) der vom Regler vorgegebenen Stellgrösse entspricht.

Ferner stellt die Erfindung eine Gutbettzerkleinerungs-Hochdruckwalzenpresse mit zwei gegenläufig drehbaren, durch einen Walzenspalt voneinander beabstandeten Walzen zur Verfügung, von denen wenigstens eine als Loswalze ausgebildet ist, die mit einer Walzenpresskraft unter Beibehaltung des Walzenspaltes gegen die andere Walze gedrückt wird, mit Messeinrichtungen, die im Betrieb die Antriebs- und Bewegungsparameter mindestens einer Walze als Regelparameter messen und mit Regeleinrichtungen die auf Basis des Verhältnisses der Regelparameter zueinander die Walzenanpresskraft der Walzen verringern oder steigern, so dass das Verhältnis der Regelparameter immer im wesentlichen konstant ist.

Hierbei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Walzen in Lagerböcken gelagert sind, wobei die Lagerböcke der Loswalze gegen Hydraulikzylinder eines hydro-pneumatischen Systems abgestützt sind, über die die Walzenanpresskraft aufgebracht wird.

Ferner kann vorgesehen sein, dass in den Hydraulikölkreislauf zwischen Hydraulikzylinder und Blasenspeicher ein Proportional- oder Regelventil eingefügt ist, und wobei des weiteren eine Pumpe und ein Rückschlagventil zur ständigen Ölversorgung bereitgestellt ist.

Die oben genannten Massnahmen ermöglichen es die Probleme beim Betrieb von Gutbett-Hochdruckwalzenpressen, z. B. Auftreten von Vibrationen, Schieflauf der Walzen, unkontrollierte Leistungsschwankungen und Arbeitsdruckschwankungen zu lösen.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen sowie Vorteile der Erfindung anhand von Zeichnungen beschrieben. Diese Ausführungsformen sollen die Erfindung jedoch nur zum besseren Verständnis beschreiben und nicht auf diese Ausführungsformen einschränken. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Gutbett-Hochdruckwalzenpresse

Fig. 2 ein hydro-pneumatisches Federsystem einer Loswalze bei einer herkömmlichen Hochdruckwalzenpresse

Fig. 3 ein hydro-pneumatisches Federsystem einer Loswalze bei einer erfindungsgemässen Hochdruckwalzenpresse

Unter Bezug aus Fig. 1 wird zunächst kurz der allgemeine Aufbau einer Gutbett- Hochdruckwalzenpresse erläutert. Die Walzenpresse weist zwei gegenläufig drehbare Walzen 12 und 13 auf, die zwischen sich einen Walzenspalt 15 bilden. Eine der Walzen 12 ist als Festwalze und die andere 13 als Loswalze ausgebildet. Die Festwalze 12 mit Lagerböcken 14 ist stationär innerhalb des Pressrahmens gelagert, die Loswalze 13 ist in Lagerböcken gelagert, die sich entsprechend dem Doppelpfeil innerhalb des Pressrahmens bewegen können. Um die Lagergehäuse 5 der Loswalze mit dem erforderlichen Druck gefedert in Richtung der Festwalze 12 zu pressen ist ein hydro-pneumatisches Federsystem vorgesehen.

Fig. 2 zeigt das hydro-pneumatische Federsystem einer herkömmlichen Hochdruckwalzenpresse, welches eingesetzt wird um die Lagergehäuse 2 der Loswalze gegenüber dem Pressrahmen 5 abzustützen. Das hydro-pneumatische Federsystem besteht hierbei, wie bereits ausgeführt, aus einem hydraulischen Arbeitszylinder 3 mit Kolben 4 und einem Gasspeicher 1.

Bewegt sich die Loswalze mit ihren Lagern 2 horizontal zum Rahmen wird der Kolben 4 des Arbeitszylinders 3 relativ zum Zylinder 3 bewegt. Beim Einfahren des Kolbens 4 in den Zylinder 3 wird Öl aus dem Zylinder 3 in den Speicher 1 verdrängt. In der gezeigten Darstellung ist der Speicher als Blasenspeicher ausgebildet. Das Gas im Speicher wird komprimiert, dadurch steigt der Druck im System. Beim Ausfahren des Kolbens 4 aus dem Zylinder 3 liefert der Blasenspeicher 1 die gespeicherte Ölmenge und die Energie für das Ausfahren des Kolbens 4 und die Bewegung der Loswalze 2. Das Gas im Speicher wird entspannt und der Druck im System fällt ab.

Wie bei einer Feder wird beim Zusammendrücken des Gases im Speicher, der sich wie eine Feder verhält, Energie gespeichert, die bei der umgekehrten Bewegung wieder abgegeben wird. Der Vorgang der Energiespeicherung und Energieabgabe führt zu Schwingungen. Das hydro-pneumatische Federsystem der Walzenpresse hat jedoch einen entscheidenden Unterschied zu einer mechanischen Feder. Während bei einer mechanischen Feder die Federkraft proportional zum Federweg ist (F = c.s), gilt bei einer hydro-pneumatischen Feder eine Potenzfunktion:

F = c.sⁿ

Für die Hochdruckwalzenpresse und ihre Funktionsweise bedeutet dies, dass am oberen Totpunkt der Bewegung des Kolbens eine grössere Kraft zur Verfügung steht als am unteren Totpunkt. Dieser Sachverhalt begünstigt jedoch das Auftreten von kritischen Schwingungen.

In Fig. 3 ist im Gegensatz dazu das hydro-pneumatische Federsystem einer erfindungsgemässen Hochdruckwalzenpresse gezeigt. Hierbei werden baugleiche Bauteile mit dem gleichen Bezugszeichen benannt.

Wie bei dem herkömmlichen System ist die Loswalze wiederum mit ihren Lagern 2 horizontal zum Rahmen 5 beweglich. Erfindungsgemäss ist jedoch zusätzlich in der Verbindungsleitung zwischen dem Hydraulikzylinder 3 und dem Blasenspeicher 1 ein Proportionalventil 6 eingefügt. Das Proportionalventil 6 öffnet gegen eine elektrisch erzeugte Kraft eines Magneten. Bei einer Öldruckerhöhung über den eingestellten Sollwert öffnet sich das Ventil proportional zur Regelabweichung und Öl kann in den Tank 8 entweichen. Eine Öldruckerniedrigung führt zur proportionalen Verringerung des Ölflusses aus dem System und bei Unterschreiten des Sollwertes zum Schliessen des Ölablasses.

Um den mittleren Öldruck konstant zu halten, ist ferner eine ständige Ölversorgung über die Pumpe 9 und ein Rückschlagventil 7 sichergestellt.

Im Gegensatz zu dem bekannten System, bei welchen aufgrund der Federwirkung Schwingungen auftreten ist es erfindungsgemäss möglich diese Schwingungen zu dämpfen. Um eine Dämpfung der Schwingung zu erreichen, wird hierbei auf dem Weg zum oberen Totpunkt Öl aus dem System entfernt und auf dem Weg zum unteren Totpunkt Öl zugeführt. Auf diese Weise wird vermieden, dass die Feder an den Totpunkten der Bewegung ihre Kraft abgibt, d. h. zu einem Zeitpunkt, zu dem sie nicht benötigt wird. Durch diese Schaltung ist die Dämpfung regelbar und ein gezielter Abbau von Schwingungen möglich.

Das Proportionalventil erlaubt hierbei eine stetige stufenlose Einstellung des Öldruckes im System über die Vorgabe einer von einem Regler vorgebenenen Sollwertspannung.

Da das Hydrauliksystem doppelt vorhanden ist, für jede Lagerseite ein System, muss das Proportionalventil auf jeder Seite eingesetzt und der Reglerausgang so aufgeteilt werden, dass der Mittelwert aus den Hydraulikdrücken der beiden Systeme dem der vom Regler vorgegebenen Stellgrösse entspricht. Die Aufsplittung auf die beiden Seiten der Hydraulik erfolgt entsprechend der Schiefstellung der Loswalze solchermassen, dass die Druckdifferenz solange verändert wird, bis die Schiefstellung Null wird.

Im Betrieb werden Messeinrichtungen, vorzugsweise Sensoren eingesetzt um die Antriebsleistung des Hauptmotors und die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen zu messen. Die solchermassen erhaltenen Werten werden zueinander ins Verhältnis gesetzt und diese Ergebnis als Regelparameter verwendet. Über eine Steuereinrichtung wird der Regelparameter kontinuierlich mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen. Treten Abweichungen auf erfolgt eine Einstellung über die Proportionalventile.

Claims (11)

1. Verfahren zum Betrieb von Gutbettzerkleinerungs-Hochdruckwalzenpressen mit zwei gegenläufig drehbaren, durch einen Walzenspalt voneinander beabstandeten Walzen, von denen wenigstens eine als Loswalze ausgebildet ist, die mit einer Walzenpresskraft unter Beibehaltung des Walzenspaltes gegen die andere Walze gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb die Antriebs- und Bewegungsparameter mindestens einer Walze als Regelparameter gemessen, das Verhältnis dieser Werte zueinander gebildet und dieses Verhältnis durch Verringerung oder Steigerung der Walzenanpresskraft der Walzen immer im wesentlichen konstant gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb die Antriebsleistung eines Hauptmotors und die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen gemessen wird und das Verhältnis dieser als Regelgrösse verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelgrösse mit einem Sollwert verglichen wird und die Sollwertabweichung zur Verstellung der Walzenanpresskraft verwendet wird bis der Sollwert wieder erreicht ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kaskadenregelung durchgeführt wird, wobei im primären Regelkreis die Walzenanpresskraft konstant gehalten wird und der Sollwert dieses Regelkreises durch die Sollwertabweichung des Verhältnisses aus Antriebsleistung eines Hauptmotors und Umfangsgeschwindigkeit der Walzen geführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen in Lagerböcken gelagert sind, wobei die Lagerböcke der Loswalze gegen Hydraulikzylinder eines hydro-pneumatischen Systems abgestützt werden, über die die Walzenanpresskraft aufgebracht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Hydrauliköls einstellbar ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Tankleitung jeder hydraulischen Feder mit einem Ventil versehen ist, das eine Einstellung der Druckkonstanz ermöglicht.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, das der Reglerausgang so aufgeteilt wird, dass der Mittelwert aus den Hydraulikdrücken (rechte und linke Seite des Hydrauliksystems) der vom Regler vorgegebenen Stellgrösse entspricht.

9. Gutbettzerkleinerungs-Hochdruckwalzenpressen mit zwei gegenläufig drehbaren, durch einen Walzenspalt voneinander beabstandeten Walzen, von denen wenigstens eine als Loswalze ausgebildet ist, die mit einer Walzenpresskraft unter Beibehaltung des Walzenspaltes gegen die andere Walze gedrückt wird, gekennzeichnet durch
Messeinrichtungen, die im Betrieb die Antriebs- und Bewegungsparameter mindestens einer Walze als Regelparameter messen und durch
Regeleinrichtungen die auf Basis des Verhältnisses der Regelparameter zueinander die Walzenanpresskraft der Walzen verringern oder steigern, so dass das Verhältnis der Regelparameter immer im wesentlichen konstant ist.

10. Gutbettzerkleinerungs-Hochdruckwalzenpressen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen in Lagerböcken gelagert sind, wobei die Lagerböcke der Loswalze gegen Hydraulikzylinder eines hydro­ pneumatischen Systems abgestützt sind, über die die Walzenanpresskraft aufgebracht wird.

11. Gutbettzerkleinerungs-Hochdruckwalzenpressen, nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in den Hydraulikölkreislauf zwischen Hydraulikzylinder und Blasenspeicher ein Proportional- oder Regelventil eingefügt ist und wobei des weiteren eine Pumpe und ein Rückschlagventil zur ständigen Ölversorgung bereitgestellt ist.