DE102011052633B3

DE102011052633B3 - Walzenbrecher mit Drehmomentstütze

Info

Publication number: DE102011052633B3
Application number: DE201110052633
Authority: DE
Inventors: Jochen Altfeld
Original assignee: ThyssenKrupp Polysius AG
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 2011-08-12
Filing date: 2011-08-12
Publication date: 2012-09-13
Anticipated expiration: 2031-08-13

Abstract

Walzenbrecher mit mehreren reversierbaren Walzen (1), welchen jeweils ein Einzelantrieb zugeordnet ist, wobei jeder Einzelantrieb (2) eine Drehmomentstütze (3) zum Abfangen von Antriebsmomenten aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass jede Drehmomentstütze (3) mit einem vorgespannten Federsystem (5) zusammenwirkt, das eine degressive Kennlinie aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Walzenbrecher mit mehreren reversierbaren Walzen, welchen jeweils ein Einzelantrieb zugeordnet ist, wobei jeder Einzelantrieb eine Drehmomentstütze zum Abfangen von Antriebsmomenten aufweist.
Aus der DE 10 2005 061 085 A1 ist eine Zweiwalzenmaschine mit zwei gegenläufig angetriebenen und durch einen Walzenspalt voneinander getrennten Walzen bekannt. Der Antrieb erfolgt über Aufsteckgetriebe und einen jeder Walze zugeordneten Elektroantrieb, wobei durch eine bei jedem Aufsteckgetriebe vorgesehene Drehmomentstütze etwaige Rückstell-Drehmomente aufgenommen und abgeleitet werden.
Gerade bei elektromechanischen Antrieben ist es bekannt, dass sie wesentlich höhere Massenträgheitskräfte als Hydraulikantriebe besitzen. Bei plötzlichen Blockaden des Walzenbrechers muss die überschüssige Rotationsenergie des Elektromotors schlagartig abgebaut werden. Bei Walzenbrechern können in dieser Situation Drehmomentspitzen auftreten, die das Nennmoment um das Dreifache übersteigen und für die mechanischen Bauteile des Walzenbrechers kaum zu beherrschende Belastungen darstellen.
Zur Lösung des Problems hat man sogenannte Ausrast- bzw. Sicherheitskupplungen in Betracht gezogen, welche die Verbindung zwischen Motor und Getriebe ab einen gewissen Grenzmoment trennen. Allerdings ist das Trägheitsmoment bei Sicherheitskupplungen ähnlich hoch wie beim Rotor eines Elektromotors, sodass prinzipiell kein großer Vorteil bezüglich des Drehmomentstoßes erwirtschaftet wird. Reibkupplungen unterliegen hingegen einem großen Verschleiß, sodass das eingestellte Reibmoment auf Dauer gesehen nicht konstant bleibt und ein nicht unerheblicher Wartungsaufwand erforderlich ist.
Die DE 43 37 710 A1 betrifft einen hydraulischen Antrieb für langsam laufende Zwei- oder Dreiwalzenbrecher, der mit einer Servoverstellpumpe ausgestattet ist. Um im Bedarfsfall die für die Verstellung der Hydropumpe notwendige Zeit bereitzustellen, ist der Antrieb mit einem Ausweichhebel versehen, der mittels einer vorgespannten Federeinheit eine Verdrehung bei Auftreten von Störstoffen gestattet. Bei der dort beschriebenen Ausführung wird die Federeinheit durch die Verwendung von Ringfederpaketen gebildet.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Walzenbrecher zu schaffen, der sich durch eine Reduzierung der auf das System, insbesondere bei einer Blockade der Walzen, wirkenden Kräfte auszeichnet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Der erfindungsgemäße Walzenbrecher weist mehrere reversierbare Walzen auf, welchen jeweils ein Einzelantrieb zugeordnet ist, wobei jeder Einzelantrieb eine Drehmomentstütze zum Abfangen von Antriebsmomenten aufweist. Jede Drehmomentstütze wirkt dabei mit einem vorgespannten Federsystem zusammen, das eine degressive Kennlinie aufweist, sodass der Kraftanstieg beim Einfedern sehr gering ausfällt.
Üblicherweise werden Elektromotoren über Frequenzumrichter angesteuert, welche die Möglichkeit bieten, den vom Motor aufgenommenen Strom zu begrenzen und somit das abgegebene Moment zu begrenzen. Während des Betriebs ist die Funktion des Frequenzumrichter mit dem Verhalten eines Druckbegrenzungsventils einer Hydraulik sehr ähnlich. Bei einer plötzlichen Blockade der Walzen registriert der Frequenzumrichter einen steilen Anstieg des Motorstromes und schaltet die Stromzufuhr innerhalb weniger Sekunden Bruchteile ab. Nun gilt es die am Elektromotor anliegende Rotationsenergie abzubauen. Hierzu muss eine Möglichkeit geschaffen werden, die den Motor bei der plötzlichen Blockade Zeit gibt, um moderat abzubremsen und dann letztendlich zum Stillstand zu kommen. Durch das vorgesehene, mit der Drehmomentstütze zusammenwirkende Federsystem mit degressiver Kennlinie wird diese Funktion erreicht. Hierdurch werden nur geringe Kraftanstiege erwartet, welche die mechanischen Bauteile des Walzenbrechers nicht übermäßig beanspruchen.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Federsystem durch ein Tellerfederpaket gebildet, dass insbesondere teilweise gleichsinnig und teilweise wechselsinnig geschichtet sein kann, wodurch die Federkennlinie gezielt eingestellt werden kann.
Weiterhin kann das Federsystem und die Drehmomentstütze derart ausgelegt werden, dass bei einem Verdrehwinkel der Drehmomentstütze von max. 10°, vorzugsweise max. 7°, die auf das Federsystem wirkende Kraft um max. 30% ansteigt. Außerdem ist es denkbar, dass Federsystem und Drehmomentstütze derart ausgelegt sind, dass die auf das Federsystem wirkende Kraft um max. 30% ansteigt, wenn das Federsystem maximal zusammengedrückt wird.
Durch diese Maßnahmen entsteht nur ein moderater Anstieg des auf das System wirkenden Drehmoments, sodass die Dimensionierung der gefährdeten Bauteile entsprechend weniger aufwändig ausgelegt werden muss.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind wenigstens zwei, vorzugsweise mehr als zwei Walzen, mit zugehörigen Einzelantrieben vorgesehen, wobei die mit den zugehörigen Drehmomentstützen zusammenwirkenden Federsysteme hintereinander in einer gemeinsamen Konsole angeordnet sind und die Enden benachbarter Federsysteme direkt oder über Zwischenwände miteinander in Wirkkontakt stehen.
Weiterhin kann das Federsystem als Federpaket ausgebildet sein, dass an gegenüberliegenden Enden an Widerlagern abgestützt ist, wobei ein mit der Drehmomentstütze gekoppeltes Übertragungsglied mit beiden Enden des Federpakets in Wirkkontakt steht, sodass ein auf die Drehmomentstütze in einer ersten Drehrichtung wirkendes Antriebsmoment über das eine Ende des Federpakets und ein auf die Drehmomentstütze in einer entgegengesetzten zweiten Drehrichtung wirkendes Antriebsmoment über das andere Ende des Federpakets auf das Federpaket übertragen wird. Dabei kann das Übertragungsglied das Federpaket umgreifen. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Einzelantriebe der Walzen als elektromechanische Antriebe ausgebildet.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Beschreibung und der Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen
1 eine dreidimensionale Darstellung eines erfindungsgemäßen Walzenbrechers,
2 eine Detailansicht einer Drehmomentstütze mit einem vorgespannten Federsystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
3 Kennlinie des verwendeten Federsystems im Vergleich mit einer progressiven und einer linearen Kennlinie,
4 eine Detailansicht einer Drehmomentstütze mit einem vorgespannten Federsystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
5 eine Detailansicht einer Drehmomentstütze mit einem vorgespannten Federsystem gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel und
6 eine Detailansicht einer Drehmomentstütze mit einem vorgespannten Federsystem gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
1 zeigt einen Walzenbrecher mit mehreren reversierbaren Walzen 1, welchen jeweils ein als elektromechanischer Antrieb ausgebildeter Einzelantrieb 2 zugeordnet ist und jeder Einzelantrieb eine Drehmomentstütze 3 zum Abfangen von Antriebsmomenten aufweist. Bis auf die letzte Walze drehen alle Walzen üblicherweise in Materialflussrichtung, um ein Absieben des Feingutes zu ermöglichen. Die letzte Walze dreht in entgegengesetzter Richtung, damit sich zwischen der vorletzten Walze und der letzten Walze ein Brechspalt ausbildet. Hier werden die gröberen Klinkerbrocken, die nicht vorher schon abgesiebt wurden, gebrochen und entsprechend zerkleinert. Die typische Walzendrehzahl liegt bei ca. 4 U/min für alle Walzen. Bei Überbelastung des Walzenbrechers (Blockade) startet ein Reversierungsprogramm, welches die Drehrichtung der vorletzten Walze kurzzeitig umkehrt, um das Gut, welches zu der Blockade geführt hat, aus dem Brechspalt zu entfernen. Nach einer bestimmten Übergangszeit kehrt sich die Drehrichtung der vorletzten Walze wieder zum Ursprungszustand um.
Aus der Detailansicht gemäß 2 wird ersichtlich, dass die über einen Flanschring 4 mit dem Einzelantrieb 2 verbundene Drehmomentstütze 3 mit einem vorgespannten Federsystem 5 zusammenwirkt. Die Drehmomentstütze ist nach Art eines um eine Achse 6 schwenkbaren Hebelarms ausgebildet, der an seinem von der Achse 6 entfernten Ende mit dem Federsystem 5 zusammenwirkt, dass in diesem Fall durch zwei Federelemente 5a, 5b gebildet wird, die jeweils zwischen einem Widerlager 7 bzw. 8 und der Drehmomentstütze 3 vorgespannt sind.
Im Falle einer Blockade der Walzen 1 kann die Drehmomentstütze 3 in Richtung des Doppelpfeils 9 gegen die Kraft der beiden Federelemente 5a, 5b verstellt werden. Das verwendete Federsystem 5 zeichnet sich durch eine degressive Kennlinie auf, wie sich in 3 dargstellt ist. Die Vorspannkraft F1 beträgt beispielsweise 35000 N. Die Drehmomentstütze 3 und insbesondere die wirksame Länge l des Hebelarms und das Federsystem sind zweckmäßigerweise so ausgelegt, dass ein möglichst flacher Bereich der degressiven Kennlinie genutzt wird, sodass die bei maximaler Auslenkung der Drehmomentstütze 3 auf das Federsystem wirkende Kraft F2 ≤ 1,3·F1 beträgt. Der max. Federweg zwischen der vorgespannten Ruhestellung und der max. ausgelenkten Stellung der Drehmomentstütze 3 beträgt s₂-s₁. Dieser Federweg entspricht vorzugsweise einer Auslenkung der Drehmomentstütze 3 aus der Ruhestellung um den Winkel α von max. 7 bis 10°.
Im Gegensatz zu der gestrichelt dargestellten linearen Kennlinie 10 und der gestrichelt dargestellten progressiven Kennlinie 11 ist der Kraftanstieg zwischen der Ruhestellung und der maximal ausgelenkten Stellung deutlich reduziert, wodurch sich eine entsprechend reduzierte Beanspruchung des Walzenbrechers ergibt.
Die Länge l des wirksamen Hebelarms der Drehmomentstütze 3 kann beispielsweise 700 mm betragen, sodass eine Auslenkung um +–5° einen Verschiebeweg (s₂-s₁) von ca. +–60 mm ergeben würde.
Zur Realisierung des Federsystems mit degressiver Kennlinie können grundsätzlich verschiedene Systeme zum Einsatz kommen. Im Ausführungsbeispiel gemäß 4 wurden hierfür Tellerfederpakete 5c, 5d verwendet, wobei die Tellerfederpakete teilweise gleichsinnig und wechselsinnig geschichtet sind, wodurch die Federkennlinie gezielt eingestellt werden kann.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 5 kommen einfach oder mehrfach geschichtete Blattfederelemente 5e, 5f zum Einsatz.
Anstelle von zwei separaten Federelementen kann das Federsystem 5 auch durch ein Federpaket 5g, insbesondere ein Blattfederpaket, gebildet werden, wie dies im Ausführungsbeispiel gemäß 6 dargestellt ist. Das vorgespannte Federpaket 5g stützt sich an gegenüberliegenden Enden an Widerlagern 7 und 8 ab, wobei ein mit der Drehmomentstütze 3 gekoppeltes Übertragungsglied 10 mit beiden Enden des Federpakets in Wirkkontakt steht, sodass ein auf die Drehmomentstütze 3 in einer ersten Drehrichtung wirkendes Antriebsmoment über das eine Ende des Federpakets und ein auf die Drehmomentstütze in einer entgegengesetzten zweiten Drehrichtung wirkendes Antriebsmoment über das andere Ende des Federpakets auf das Federpaket übertragen wird.
Im Einzelnen besteht das in 6 dargestellte Federsystem 5 aus einer Führungsstange 5h, auf der die einzelnen Tellerfedern jeweils in zweifacher Schichtung aufgefädelt sind. Die einzelnen Tellerfedern werden an den beiden Enden durch aufgefädelte Druckplatten 5i, 5j eingefasst. Auf beide Enden der Führungsstange 5h werden außerdem jeweils Druckhülsen 5k, 5l soweit aufgeschraubt bis das Federpakete 5g die nötige Vorspannung erreicht hat. Die einzelnen Tellerfedern stehen somit mit den Druckplatten 5i, 5j in Kontakt, die sich wiederum an den Druckhülsen 5k, 5l abstützen, die wiederum zwischen den Widerlagern 7 und 8 angeordnet sind. Das Übertragungsglied 10 steht mit den beiden Druckplatten 5i und 5j derart in Kontakt, dass eine Auslenkung der Drehmomentstütze 3 eine Verschiebung der einen Druckplatte 5i, 5j und ein Zusammendrücken der Tellerfedern bewirkt.
In 1 ist der Einbau des Ausführungsbeispieles gemäß 6 bei mehreren nebeneinander angeordneten Walzen 1 veranschaulicht. Hierzu werden die Federpakete 5g hintereinander in einer gemeinsamen Konsole 11 angeordnet, wobei die Enden der benachbarten Federsysteme direkt oder über Zwischenwände 12, 13 miteinander in Wirkkontakt stehen.
Die oben beschriebene nachgiebige Drehmomentstütze ermöglicht eine sinnvolle und nachhaltige Reduktion von Überlastspitzen, die bei einer plötzlichen Blockade des Walzenbrecherantriebs auftreten können.

Claims

Walzenbrecher mit mehreren reversierbaren Walzen (1), welchen jeweils ein Einzelantrieb zugeordnet ist, wobei jeder Einzelantrieb (2) eine Drehmomentstütze (3) zum Abfangen von Antriebsmomenten aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass jede Drehmomentstütze (3) mit einem vorgespannten Federsystem (5) zusammenwirkt, das eine degressive Kennlinie aufweist.
Walzenbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federsystem (5) durch ein Tellerfederpaket gebildet wird.
Walzenbrecher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Tellerfederpaket teilweise gleichsinnig und teilweise wechselsinnig geschichtet ist.
Walzenbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federsystem (5) und die Drehmomentstütze (3) derart ausgelegt sind, dass bei einem Verdrehwinkel (α) der Drehmomentstütze (3) von maximal 10°, vorzugsweise maximal 7°, die auf das Federsystem (5) wirkende Kraft um maximal 30% ansteigt.
Walzenbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federsystem (5) und die Drehmomentstütze (3) derart ausgelegt sind, dass die auf das Federsystem (5) wirkende Kraft um maximal 30% ansteigt, wenn das Federsystem (5) maximal zusammengedrückt wird.
Walzenbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Walzen (1), vorzugsweise mehr als 2 Walzen, mit zugehörigen Einzelantreiben (2) vorgesehen sind, wobei die mit den zugehörigen Drehmomentstützen (3) zusammenwirkenden Federsysteme (5) hintereinander in einer gemeinsamen Konsole (11) angeordnet sind und die Enden benachbarter Federsysteme direkt oder über Zwischenwände (12, 13) miteinander in Wirkkontakt stehen.
Walzenbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federsystem als Federpaket (5g) ausgebildet ist, das an gegenüberliegenden Enden an Widerlagern (7, 8) abgestützt ist, wobei ein mit der Drehmomentstütze (3) gekoppeltes Übertragungsglied (10) mit beiden Enden (5h, 5i) des Federpakets in Wirkkontakt steht, sodass ein auf die Drehmomentstütze (3) in einer ersten Drehrichtung wirkendes Antriebsmoment über das eine Ende des Federpakets (5g) und ein auf die Drehmomentstütze (3) in einer entgegen gesetzten zweiten Drehrichtung wirkendes Antriebsmoment über das andere Ende des Federpakets (5g) auf das Federpaket (5g) übertragen wird.
Walzenbrecher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsglied (10) das Federpaket (5g) umgreift.
Walzenbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelantriebe (2) der Walzen (1) als elektromechanische Antriebe ausgebildet sind.