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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Walzenstuhl zur Zerkleinerung von Mahlgut,
insbesondere von Getreide. Ein solcher Walzenstuhl weist eine erste Mahlwalze
und eine zweite Mahlwalze auf, die jeweils drehbar gelagert sind
und zueinander derart angeordnet sind, dass zwischen den Oberflächen der ersten
und der zweiten Mahlwalze ein Mahlspalt vorliegt.
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Die
beiden Mahlwalzen werden in der Regel derart angetrieben, dass sie
gegenläufig
rotieren und sich im Spalt die jeweilige Oberfläche der beiden Mahlwalzen von
oben nach unten bewegt. Dies begünstigt
das Einzugsverhalten von Mahlgut in den Mahlspalt.
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Ausserdem
wird beim Antrieb der beiden Mahlwalzen üblicherweise dafür gesorgt,
das zwischen den Bahngeschwindigkeiten am Walzenumfang der rotierenden
Walzen eine Geschwindigkeitsdifferenz, das sog. "Differential" besteht. Dadurch werden in das in den
Mahlspalt eingezogene Mahlgut nicht nur Kompressionskräfte (Druckkräfte), sondern auch
Scherkräfte
eingetragen. Erst dadurch wird eine wirkungsvolle Zerkleinerung
des Mahlguts gewährleistet.
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Eine
Mühlenanlage
enthält
in der Regel mehrere Zerkleinerungseinheiten in Form von Walzenstühlen sowie
mehrere Fraktioniereinheiten, in denen das in einem Walzenstuhl
zerkleinerte Mahlgut unter Verwendung von Sieben und Luftströmen nach
Partikelgrössen-Fraktionen
sortiert wird. Diese Fraktionen werden dann als Mahlprodukt gesammelt
oder erneut einmal oder mehrmals über eine Zerkleinerungseinheit
sowie eine Fraktioniereinheit geschleust.
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Typischerweise
wird bei den Zerkleinerungseinheiten in Form von Walzenstühlen der
Spalt während
des Mühlenbetriebs
gesteuert oder geregelt. Dabei wird entweder eine fixierte Spaltweite
eingestellt, oder die Kraft, mit der die beiden Walzen im Spalt
anei nandergedrückt
werden, wird eingestellt. Diese Einstellung des Spaltes erfolgt
in Abhängigkeit von
den Mahlergebnissen nach dem jeweiligen Walzenstuhl.
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Die
beiden Walzen werden im Betrieb aneinandergepresst, wobei die Drehachsen
der beiden Mahlwalzen parallel zueinander angeordnet sind. Wenn
die beiden Mahlwalzen, rein theoretisch, ideale Starrkörper wären, d.
h. einen unendlich grossen E-Modul hätten, gäbe es aufgrund einer Krafteinwirkung
(z. B. Linienpressung zweier Mahlwalzen aneinander und/oder Schwerkrafteinwirkung
auf eine Mahlwalze) orthogonal zur Walzen-Drehachse keinerlei Durchbiegung
der Mahlwalzen. In der Praxis verhalten sich aber Mahlwalzen nicht
als ideale Starrkörper,
sondern als reale elastisch verformbare Körper, wodurch sich aufgrund
der Linienpressung zwischen den Mahlwalzen oder aufgrund der Schwerkrafteinwirkung
auf die Mahlwalzen eine Durchbiegung der beiden Mahlwalzen ergibt.
Dies führt
im Mahlspalt zwischen den beiden Walzen entlang des Mahlspalts zu
ungleichmässigen
Presskraft- und Spaltweiten und somit zu ungleichmässigen Mahlergebnissen.
Ausserdem führt
die ständige
Verformung der Mahlwalzen zu zusätzlichen
Energieverlusten durch innere Verformungsarbeit im Innern der Mahlwalzen.
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Eine
seit langem bekannte Massnahme zum Ausgleich einer derartigen Walzendurchbiegung
bzw. zur Vergleichmässigung
einer ungleichmässigen
Linienpressung aufgrund der Walzendurchbiegung bei Walzwerken bzw.
Walzenstühlen
sind bombierte Walzen. Bei einer solchen bombierten Walze nimmt der
Durchmesser von den beiden axialen Walzenenden zur axial mittigen
Stelle entlang der Walze zu. Die Herstellung bombierter Walzen ist
kompliziert und kostspielig. Ausserdem hängt die notwendige Bombierung
nicht nur von der Walzengeometrie, sondern auch vom Betriebs- und
Verschleisszustand der Walzen ab.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden
und einen möglichst
einfachen Walzenstuhl für
die Zerkleinerung von Mahlgut bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird gemäss
Anspruch 1 dadurch gelöst,
dass bei einem Walzenstuhl zur Zerkleinerung von Getreide mit einer
ersten zylinderförmigen
Mahlwalze mit Durchmesser D1, einer zweiten zylinderförmigen Mahlwalze
mit Durchmesser D2 und einem Mahlspalt der Länge L zwischen den Oberflächen der
ersten und der zweiten Mahlwalze das Verhältnis (D1 + D2)/2L zwischen
dem Mittelwert der Durchmesser D1 und D2 der beiden Mahlwalzen und
der Länge
L des Mahlspalts im Bereich von 0,25 bis 2 liegt.
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Mit
diesen Walzenabmessungen ergeben sich für Mahlwalzen aus Metallguss,
insbesondere Stahlguss, bei den für die Zerkleinerung von Getreide erforderlichen
Druck- und Scherkräften im
Mahlspalt vernachlässigbare
Durchbiegungen, so dass bombierungsfreie Walzen verwendet werden
können. Dies
ermöglicht
nicht nur Einsparungen bei den Herstellungskosten, sondern auch
bei den Betriebskosten, da unabhängig
vom Abnutzungsgrad der Mahlwalzen während der gesamten Lebensdauer
auf eine Bombierung verzichtet werden kann.
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Zweckmässigerweise
verwendet man Walzen mit Durchmessern D im Bereich von 250 mm bis 1000
mm, insbesondere von 300 mm bis 500 mm, und mit wirksamen Mahlspalt-Längen L im
Bereich von 400 mm bis 800 mm.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn das Verhältnis
(D1 + D2)/2L zwischen dem Mittelwert der Durchmesser D1 und D2 der
beiden Mahlwalzen und der Länge
L des Mahlspalts im Bereich von 0,5 bis 2 liegt. Solche Mahlwalzen
sind besonders starr und haben praktisch keine Durchbiegung.
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Solange
die Umfangsgeschwindigkeiten der Mahlwalzen eine Obergrenze nicht überschreiten, bei
der durch Luftstau und Luftverwirbelung über dem Mahlspalt das einzuziehende
Mahlgut zu schweben und abzuheben beginnt (floating) und eine weitere Steigerung
des Einzugsverhaltens und Durchsatzes durch weitere Drehzahlsteigerung
noch möglich
ist, verhält
sich der Durchsatz etwa proportional zur Drehzahl, zum Durchmesser
und zur Länge
der Mahlwalzen. Ausgehend von den herkömmlichen Mahlwalzen aus Metallguss,
kompensiert die vorliegende Erfindung eine Verringerung der Walzenlänge durch
eine Erhöhung
des Walzendurchmessers.
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Vorzugsweise
verwendet man Walzen mit Durchmessern D im Bereich von 500 mm bis
1000 mm und mit wirksamen Mahlspalt-Längen L im Bereich von 400 mm
bis 800 mm.
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Bei
einem Walzenstuhl im Vakuum hätte
dies bei gegebener Walzendrehzahl keinen Einfluss auf den Durchsatz.
Da man aber praktisch immer in Luft, Stickstoff oder ggf. einem
anderen Gasgemisch arbeitet, ist das durch Luftstau und Luftverwirbelung über dem
Mahlspalt begrenzte Einzugsverhalten und seine Abhängigkeit
von der Walzengeometrie relevant, wenn man den Durchsatz deutlich
steigern will. Ein spitzwinkliger Zwickelbereich, was grossen Walzendurchmessern
entspricht, hat in Luft bei gleichen Walzen-Umfangsgeschwindigkeiten
ein besseres Einzugsverhalten als ein stumpfwinkliger Zwickelbereich,
was kleinen Walzendurchmessern entspricht.
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Vorzugsweise
besitzen die erste Mahlwalze und die zweite Mahlwalze jeweils einen
eigenen Walzen-Antrieb, wobei die Walzen-Antriebe miteinander gekoppelt
sind.
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Die
Kopplung der Antriebe kann zur Einsparung von Antriebsenergie genutzt
werden.
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Zweckmässigerweise
besitzen die erste Walze und/oder die zweite Walze einen elektrischen
Antrieb (Elektromotor). Vorzugsweise verwendet man bei mindestens
einer der Walzen für
den jeweiligen Antrieb einen Frequenzumformer. Dadurch kann mindestens
eine der Walzen mit variabler Drehzahl angetrieben werden. Wenn
beide Walzen einen elektrischen Antrieb aufweisen, können diese
miteinander elektrisch gekoppelt oder mechanisch gekoppelt sein.
Die elektrische Kopplung kann über
einen Zwischenkreis erfolgen. Dadurch lässt sich die Ausnutzung der
in den Walzenstuhl eingetragenen elektrischen Antriebsenergie verbessern.
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Bei
einer besonders kompakten Anordnung ist die Antriebseinheit mindestens
einer Mahlwalze im Innern dieser Mahlwalze angeordnet.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführung besitzt die erste Mahlwalze
und/oder die zweite Mahlwalze einen radial innen liegenden Walzen-Grundkörper, auf
den radial aussen ein Walzen-Verschleissmantel aufgeschoben ist.
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Zweckmässigerweise
sind der Mahlspalt und/oder die Temperatur der Walzen einstellbar.
Dadurch erhält
man noch mehr Flexibilität
bei der Einstellung des Walzenstuhls.
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Bei
den beiden Walzen kann es sich um Glattwalzen einer Ausmahlpassage
oder um Riffelwalzen einer Schrotpassage handeln.
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Die
Erfindung gemäss
Anspruch 1 ermöglicht
nicht nur eine bautechnische Vereinfachung des erfindungsgemässen Walzenstuhls,
da aufgrund des grossen Durchmesser/Länge-Verhältnisses praktische keine Walzen-Durchbiegung
entsteht und somit auch keine aufwändige Bombierung nötig ist,
sondern auch eine markante Steigerung des Durchsatzes, da der spitzwinklige
Zwickelbereich günstigere Mahlgut-Einzugseigenschaften
hat.