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Die Erfindung betrifft eine Rollenpresse zur Hochdruckbehandlung körnigen Mahlguts, aufweisend zwei drehbar gelagerte, gegenläufig rotierbare und durch einen Walzenspalt voneinander getrennte Walzen und je eine auf jeweils einer der zwei, durch entsprechende Stirnflächen der beiden Walzen gegebenen Seiten der Rollenpresse angeordnete Vorrichtung zur seitlichen Begrenzung und Abdichtung des Walzenspalts.
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Für die Zerkleinerung von körnigem Mahlgut, wie beispielsweise Zementklinker, werden Rollenpressen (Walzenpressen, Gutbettwalzenmühlen) eingesetzt. Sie bestehen aus zwei gegenläufig sich drehenden Walzen, zwischen denen sich ein Walzenspalt befindet. Das Mahlgut wird, häufig durch einen Aufgabeschacht, in den Walzenspalt der Rollenpresse aufgegeben. Durch die gegenläufige Rotation der Walze wird es in den Walzenspalt eingezogen und unter hohem Druck im Walzenspalt zerkleinert. In der Regel ist mindestens eine der beiden Walzen bei gattungsgemäßen Rollenpressen als Loswalze ausgebildet, die sich über zugehörige Lageböcke gegen die Hydraulikzylinder eines hydropneumatischen Systems abstützt, mit dem die Walzenpresskraft aufgebracht wird. In Bezug auf die durch die Rotationsachsen der Walzen gegebene Längsrichtung wird das Mahlgut im Normalfall mittig in den Walzenspalt aufgegeben. Aufgrund der geometrischen Verengung und für die Erzeugung eines geeigneten Druckes von oben kommt es zu einem Materialrückstau bei der Beaufschlagung des Walzenspalts. Durch die Gewichtskraft verteilt sich das Schüttgut in Längsrichtung entlang des Walzenspalts auch zu den Randbereichen hin, wo das Mahlgut noch vor Eintritt in den Zerkleinerungsvorgang im Walzenspalt seitlich aus der Rollenpresse herausfallen würde, wenn keine seitlichen Abdichtungsmaßnahmen bei der Rollenpresse getroffen werden.
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Im einfachsten Fall wird eine solche abdichtende Walzenspaltbegrenzung an den Stirnseiten der Rollenpresse durch starr ausgeführte Seitenwände gegeben. Da im gewöhnlichen Falle mindestens eine der beiden Walzen als Loswalze ausgeführt ist, muss die Seitenwand dabei beweglich angeordnet sein, um den Ausweichbewegungen von einer Loswalze folgen zu können. Beispielsweise wird in der Druckschrift
WO2011/051117A1 vorgeschlagen, die Seitenwand durch eine als Schwinge ausgeführte Aufhängung federnd zu lagern. Solche, abgesehen von Ausweichbeweglichkeiten, starr ausgeführten Seitenwände sind jedoch erheblichem Verschleiß ausgesetzt, da am seitlichen Rand des Walzenspalts befindliche Grobgutstücke mit großer Geschwindigkeit in den Walzenspalt eingezogen werden und dabei im Kontakt mit der Seitenwand eine lange Strecke über die Seitenwand reiben (,kratzen'). Neben dem wartungs- und kostenintensiven Verschleiß der Seitenwände tritt das Problem hinzu, dass die Wandreibung zu einer Verschlechterung des Materialflusses und damit in den seitlichen Regionen zu einem geringen Materialdurchsatz pro Zeiteinheit und folglich zu geringeren Produktionsleistungen der ganzen Anlage führt.
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In der Druckschrift
DE10012696B4 wird ein verschleißfester Kolben vorgeschlagen, der in dem Bereich der Seitenwand angeordnet ist, welcher dem stärksten Verschleiß ausgesetzt ist. Während der Kolben allmählich abgetragen wird, wird er hydraulisch oder mechanisch nachgestellt. Die Konstruktion ist jedoch vergleichsweise aufwändig und stellt darüber hinaus eine ungleichmäßige Seitenwand zur Verfügung, in der sich Mahlgut festsetzen und damit eine Deformation der Seitenwand bewirkt werden kann.
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In der Patentschrift
DE102010035763B4 wird vorgeschlagen, dass die Seitenwand Mittel zum Kühlen, insbesondere Kühlrippen, ggf. mit durchströmendem Kühlmedium, aufweist. Durch Verminderung von reibungsbedingten Überhitzungen der Seitenwand wird so der Verschleiß der Seitenwand reduziert. Abgesehen von den nicht geringen Investitionskosten für eine solche Vorrichtung bleiben hier jedoch durch die Geschwindigkeitsminderung in den Randbereichen der Materialdurchsatz und damit die Produktionsleistung vermindert.
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In der
DE4037816A1 wird für den Betrieb von Walzenpressen eine Vorrichtung zur seitlichen Begrenzung des Walzenspalts vorgeschlagen, die aus einem Kreisring besteht, welcher fest verbunden oder über Reibschluss verbunden mit einer Walze umläuft und so dimensioniert ist, dass er die andere Walze stirnseitig mit überdeckt. Der Vorteil ist hier, dass das in den Randbereichen des Walzenspalts eingezogene Material aufgrund der Rotationsbewegung der durch den Kreisring gebildeten Seitenbegrenzung eine geringere Relativgeschwindigkeit zur Seitenbegrenzung hat (bzw. effektiv eine kürzere Strecke unter Reibkontakt auf der Seitenbegrenzung zurücklegt) als bei starr ausgeführten Seitenbegrenzungen. Dabei ist der Kreisring vorteilhafter Weise mittels Federn in axialer Richtung beweglich ausgeführt. In der
EP2167234B1 wird eine Ausführung der ringförmigen Scheibe in einzelnen Ringsektoren, die durch Federn vorgespannt sind, vorgeschlagen, um der (temporären) Bildung einer Lücke zwischen Walze und Seitenbegrenzung und einer ungleichmäßigen Druckverteilung entlang des Walzenspalts entgegen zu wirken. Die vorgeschlagene Kreisringlösung führt damit zu komplexen und entsprechend wartungs- bzw. reparaturintensiven Konstruktionen. Darüber hinaus ist ein erheblicher Materialaufwand für einen Kreisring gegeben, der die andere Walze überlappen und den Walzenspalt abdichten soll. Da hier Ausführungen oder Oberflächenbeschichtungen mit hochverschleißbeständigem Material vorzusehen sind, erfordert dies erhebliche Investitionskosten.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Rollenpresse zur Hochdruckbehandlung körnigen Mahlguts vorzuschlagen, bei der ein seitlicher Austritt von Mahlgut aus dem Walzenspalt durch eine verschleißarme, konstruktiv einfache und in Investition und Betrieb vergleichweise kostengünstige Vorrichtung verhindert wird.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, dass jede der beiden Vorrichtungen zur seitlichen Begrenzung und Abdichtung des Walzenspalts als rotierbare, mit den Walzen unverbundene Scheibe gegeben ist, wobei die Rotationsachse der rotierbaren Scheibe parallel zu der durch die Rotationsachsen der Walzen festgelegten Längsrichtung des Walzenspalts verläuft und die Scheibe in einem Bereich des verlängerten Walzenspalts die Stirnflächen der beiden Walzen überlappt. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen zu Anspruch 1 angegeben.
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Nach der Erfindung ist also eine seitliche, d. h. neben den (bezogen auf die Rotationsachsen der Walzen) stirnseitigen Enden der Walzen angeordnete Begrenzung des Walzenspalts durch drehbare Scheiben vorgesehen. Diese stehen mit ihren Deckflächen senkrecht zur Längserstreckungsrichtung des Walzenspalts, d. h. senkrecht zu den Längsachsen der (im Ruhezustand befindlichen) Walzen. Die Scheiben sind dabei mit keiner der beiden Walzen fest oder über Reibschluss verbunden. Damit können sie in ihrer präzisen Lage variabel einstellbar gehalten werden und sind bei Wartung oder Reparaturen sowohl der Walzen als auch der Scheiben selbst leicht zu handhaben. Der Abstand zu den Stirnflächen ist so gering zu halten, dass bezüglich der Größenverteilungskurve der aufgegebenen Mahlgutpartikel keine nennenswerten Anteile zwischen Scheibe und Walze durchfallen (– unbeachtlich sind dabei ohnehin Partikel mit der typischen Größe von Partikeln des gemahlenen Mahlguts –) und dass mögliche Ausweichbewegungen einer als Loswalze ausgebildeten Walze keine Beschädigungen an der Scheibe hervorrufen. Die rotierbaren Scheiben habe gerade eine solche Größe, dass sie den Bereich des Walzenspalts und oberhalb des Walzenspalts hinreichend abdecken. (Durchgängig wird hier davon ausgegangen, dass das Mahlgut gewichtskraftbewirkt von oben in den Walzenspalt aufgegeben wird. Das Beschriebene ist auf etwaige andere Anordnungen unmittelbar analog übertragbar.) Hierzu ist jede Scheibe in Bezug auf die Größe ihrer Zylinderdeckflächen so zu bemessen, dass sie die auf ihrer Seite der Rollenpresse gelegenen Stirnflächen der beiden Walzen teilweise überdeckt, d. h. überlappt. Da eine solche Scheibe zur Abdichtung des Gutaufgabebereiches, d. h. nur des oberen und mittleren Bereiches des Walzenspalts dienen soll, kann sie mit ihrem Mittelpunkt oberhalb (d. h. in Materialflussrichtung gesehen vor) der von den Rotationsachsen der Walzen festgelegten Ebene angeordnet werden. Auch wenn die Scheibe typischerweise asymmetrisch zu einer der beiden Walzen hin verschoben angeordnet wird, kann aus elementargeometrischen Gründen die Größe ihrer kreisförmig begrenzten Oberfläche im Normfall um ein Vielfaches kleiner ausfallen, als ein Kreisring, der mit einer der Walzen umläuft und dabei die andere Walzen zur Abdichtung des Walzenspalts hinreichend überlappen muss. Hiermit ist eine geringere Investition in hochverschleißbeständiges Material notwendig, mit der die Oberfläche der Scheiben wie auch der zum Vergleich herangezogenen Kreisringe aus Schutzzwecken auszugestalten sind.
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Die Reduzierung des Verschleißes der drehbaren Scheiben im Vergleich zu starr ausgeführten Seitenbegrenzungen beruht ähnlich wie bei der angeführten Lösung mit den Kreisringen auf einer Verminderung der Relativgeschwindigkeit zwischen den aufgegebenen Grobgutstücken und der Begrenzungsfläche. Bewegt sich die begrenzende Scheibe durch eine Drehbewegung für ein Grobgutstück, das sich auf dem Weg von oben nach unten in den Walzenspalt befindet, mit einer deutlich ausgeprägten vektoriellen Geschwindigkeitskomponente ebenfalls in diese Richtung, so vermindert sich mit der geringeren Relativgeschwindigkeit zwischen Grobgutstück und Scheibe effektiv die reibungsrelevante Kontaktstrecke (,Kratzstrecke') mit der Scheibe. Aufgrund der geringeren Wandreibungsverluste sind mithin höhere Materialdurchsätze und Produktionsleistungen erzielbar.
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Für eine optimale Verringerung der Reibung und mithin des Verschleißes ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung nicht nur vorgesehen, dass die Scheiben (im Querschnitt senkrecht zu ihrer Rotationsachse betrachtet) mit ihrem Mittelpunkt nicht nur aus der von den Rotationsachsen der Walzen festgelegten Mittelebene nach oben in den Gutaufgabebereich des Walzenspalts verrückt sind, da sie hauptsächlich in dieser Region und nicht unterhalb des Spalts für eine seitliche Begrenzung sorgen sollen. Darüber hinaus ist auch vorgesehen, dass der Drehpunkt einer solchen Scheibe asymmetrisch hin zu einer der beiden Walzen, d. h. aus der senkrecht zur Mittelebene und mittig durch den Walzenspalt verlaufenden Ebene (,senkrechte Spaltebene') heraus gerückt ist. Eine Scheibe, deren Drehpunkt direkt in der senkrechten Spaltebene liegen würde, würde für die Partikel ein symmetrisches, in Teilen abwärtsgerichtetes (reibungsverminderndes) und zu gleichen Teilen aufwärtsgerichtetes (reibungserhöhendes) Geschwindigkeitsprofil zur Verfügung stellen. Nur bei einer losen Scheibe, die durch die Reibung der Grobgutstücke in Drehbewegung versetzt wird, und bei einer zufällig stark asymmetrischen geometrischen Mengenverteilung des Aufgabeguts im bzw. oberhalb des Walzenspalts würden sich hier im Ganzen gesehen reibungsvermindernde Effekte einstellen. Wir jedoch der Mittelpunkt in der beschriebenen Weise zu einer der Walzen hin verlagert, überwiegen in dem Anteil der Scheibenoberfläche, in dem Kontakt mit dem Mahlgut stattfindet, die überwiegend nach unten zum Walzenspalt gerichteten Geschwindigkeitsanteile, wenn die Drehrichtung der Scheibe mit der Drehrichtung der (näheren) Walze übereinstimmt. Als besonders vorteilhaft erweist sich dabei eine Anordnung, bei welcher der Drehpunkt der Scheibe (im Querschnitt) auf Höhe der äußeren Mantellinie einer der beiden Walzen liegt. Ferner ist die Scheibe im Falle einer Rollenpresse mit einer Fest- und einer Loswalze aufgrund der Ausweichbewegungen der Loswalze besser zur Seite der Festwalze hin anzuordnen. Die Rotationsachse der Scheiben stimmt mit der Symmetrieachse der Scheiben überein. Aufgrund der nicht gegebenen Verbindung zwischen Walzen und Scheiben ist die genaue Positionierung der Scheiben gegenüber den Walzen den Erfordernissen und gemäß den Versuchsreihen des Fachmanns leicht einzustellen und nach Bedarf veränderbar.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, die Drehbewegung der Scheiben nicht reibungsbewirkt durch den in den Walzenspalt eingezogenen Mahlgutstrom entstehen zu lassen, sondern durch Motorantrieb. Um keine ungleichmäßige Beschickung des Walzenspalts in seiner Längserstreckung entstehen zu lassen, sind vorzugsweise beide Scheiben durch Motorkraft anzutreiben. Es liegt hier für den Fachmann nahe, für eine gegebene Betriebsart, d. h. insbesondere abhängig von der Beschaffenheit des Mahlguts, empirische Tests durchzuführen, um eine optimale Rotationsgeschwindigkeit der Scheiben zu ermitteln. Aufgrund des Materialrückstaus im Bereich oberhalb des Walzenspalts kann eine solche optimale Rotationsgeschwindigkeit von der Drehgeschwindigkeit der Walze abweichen. Im Spezialfall kann eine getrennte Geschwindigkeitsregelung für die beiden Scheiben zum kurzfristigen Reagieren auf entstehende Asymmetrien bei der Materialaufgabe längs des Walzenspalts vorteilhaft sein. Aus den oben dargelegten Gründen trägt ein Motorantrieb nur effektiv zu einer Reibungs- bzw. Verschleißminderung bei, wenn der Drehpunkt der Scheibe aus der senkrechten Spaltebene hin zu einer der beiden Walzen heraus gerückt ist.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei den begrenzenden, rotierbaren Scheiben die Oberfläche, die dem Walzenspalt zugewandt ist und daher den Kontakt zum Mahlgut hat, aus einem hochverschleißbeständigem Material, bspw. Wolframcarbid, besteht, um die Standzeiten der Rollenpresse mit den Seitenbegrenzungen möglichst groß zu gestalten. Dabei kann die betreffende Oberfläche als solche ganz aus dem hochverschleißbeständigem Material gefertigt sein, oder sie kann, um Kosten einzusparen, aus gewöhnlichem verschleißfesten Material mit einem aufgesetzten Profil von hochverschleißbeständigen Zusatzkörpern bestehen.
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Die Gefahr eines seitlichen Mahlgutaustritts besteht in dem Bereich oberhalb der seitlich begrenzenden Scheiben in dem Falle, dass durch die Menge und die längs des Walzenspalts vorliegende Verteilung des aufgegebenen Materials eine solche Füllguthöhe des Mahlguts vorliegt, dass dieses über den oberen Scheibenrand aus der Rollenpresse seitlich herausfällt und damit unwirtschaftliche Auffang- und Rückführungsmaßnahmen erforderlich macht. Dem könnte durch den Einsatz vergrößerter Scheiben begegnet werden, was jedoch zu einer deutlichen Erhöhung der Investitions-, Wartungs- und Betriebskosten führt. Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht daher vor, durch Messung des Füllstandes des Walzenspalts in den Randbereichen vor den begrenzenden Scheiben eine mögliche Ausbildung zu hoher Füllstände zu detektieren. Ist dies der Fall, so kann manuell oder automatisch nach Art einer Regelschleife die Menge des aufgegebenen Gutes soweit reduziert werden, dass durch die damit gegebene Absenkung des Füllstandes die Gefahr des seitlichen Materialaustritts beseitigt wird. Insofern das aufgegebene, in körnigen Partikeln vorliegende Mahlgut im Wesentlichen ein Schüttgut darstellt, können gattungsmäßige Messsysteme zur Bestimmung der Füllstande von Schüttgütern eingesetzt werden. Aufgrund der Dynamik des Mahlguts im Walzenspalt ist vorzugsweise eine kontinuierliche und berührungslose Messung durchzuführen, wofür die Laufzeitmessung von ausgesendeten und am Schüttgut reflektierten Ultraschallwellen oder Mikrowellensignalen oder Radarimpulsen besonders geeignet ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass die rotierbaren Scheiben durch eine Federung so gelagert sind, dass sie in Richtung ihrer Rotationsachse in begrenztem Maße beweglich sind. Damit wird ein Schutz der Scheiben erreicht, da sie bei Stößen durch Ausgleichbewegungen insbesondere einer als Loswalze gegebenen Walze nachgeben können.
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Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine erfindungsgemäße Rollenpresse im schematischen, senkrecht zu den Walzenrotationsachsen gegebenen Querschnitt mit einer an der hinteren Seite angeordneten, rotierbaren begrenzenden Scheibe;
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2 eine erfindungsgemäße Rollenpresse im schematischen, senkrecht zu den Walzenrotationsachsen gegebenen Querschnitt mit einer an der vorderen Seite angeordneten, rotierbaren begrenzenden Scheibe mit Motorantrieb.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Rollenpresse zur Hochdruckbehandlung körnigen Mahlguts 1 mit zwei Walzen 2, 3 dargestellt, die zwischen sich einen Walzenspalt 4 ausbilden. Die Walzen 2, 3 sind drehbar gelagert und gegenläufig zueinander rotierbar. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die links abgebildete Walze 2 eine Festwalze und die rechts abgebildete Walze 3 eine Loswalze, die mit einer Walzenpresskraft von rechts auf das Mahlgut 1 im Walzenspalt 4 eine Druckkraft ausübt. Die Darstellung ist schematisch im Querschnitt senkrecht zu den Rotationsachsen der Walzen 2, 3 ausgeführt. Abgebildet ist hinter der Querschnittsebene zusätzlich die an dem für den Betrachter hinteren Ende der Walzen 2, 3 als seitliche Begrenzung und Abdichtung angeordnete, erfindungsgemäße Scheibe 5. (Die entsprechend vor der Querschnittsebene gelegene vordere Scheibe 6 ist nicht abgebildet.) Sie ist mit ihrem Mittel- bzw. Drehpunkt oberhalb der durch die Rotationsachsen der Walzen 2, 3 gegebenen Mittelebene und näher an der festen Walze 2 angeordnet, jedoch nicht mit einer der Walzen 2, 3 verbunden. Dabei überlappt sie die Stirnfläche der anderen Walze 3.
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Aufgrund der durch den Mahlgutstrom oder durch Motorantrieb bewirkten Rotationsbewegung der Scheibe 5, die im Drehsinn mit der Rotationsbewegung der näher gelegenen Walze 2 übereinstimmt, hat das aufgegebene Mahlgut 1 in den Randbereichen eine geringere Relativbewegung zur seitlich begrenzenden Scheibe 5, als wenn die Seitenbegrenzung durch eine starr ausgeführte Wand gegeben wäre. Damit sind der Reibungswiderstand für das Mahlgut 1 auf der Scheibe 5 und mithin der Verschleiß der Scheibe 5 vergleichweise gering und der Materialdurchsatz an Mahlgut 1 in den Randbereichen des Walzenspalts 4 vergleichweise hoch. Die Scheibe 5 ist mit ihren Deckflächen parallel zur Querschnittsebene angeordnet und kann durch eine gefederte Lagerung (nicht abgebildet) in axialer Richtung beweglich sein, um bei Stößen insbesondere von der Loswalze 3 (von Betrachter weg) nachzugeben. Die zum Walzenspalt gelegenen Oberflächen der Scheiben 5, 6 sind mit hochverschleißbeständigem Material vor Verschleiß zu schützen und damit die Stehzeiten der Rollenpresse mit Seitenbegrenzung zu verlängern. Bei einem Materialrückstau im Walzenspalt 4 kann durch ein Füllstandsmesssystem (nicht abgebildet) ein drohender Materialüberfluss über den oberen Rand der begrenzenden Scheibe 5 detektiert werden, woraufhin die Menge an zugeführtem Mahlgut 1 kurzfristig reduziert werden kann.
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In 2 ist bei sonst gleichem Aufbau die Rollenpresse aus 1 abgebildet, wobei hier die für den Betrachter vordere (vor der Querschnittsebene befindliche) begrenzende, rotierbare Scheibe 6 dargestellt ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Rotationsbewegung der Scheibe 6 durch einen Motor M angetrieben. Die Umdrehungsgeschwindigkeit der Scheibe 6 wird günstig in etwa gleich der Umdrehungsgeschwindigkeit der näher gelegenen und im Drehsinn übereinstimmend rotierenden Walze 2 zu wählen sein, kann aber vom Fachmann aufgrund empirischer Tests für die je gegebene Betriebssituation auch optimierend verändert werden.
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Die rotierbaren, mit den Walzen 2, 3 nicht verbundenen, seitlich begrenzenden und abdichtenden Scheiben 5, 6 stellen somit konstruktiv einfache Vorrichtungen für einen effektiven Betrieb der Rollenpresse mit einem hohen Materialdurchsatz dar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Mahlgut
- 2
- Walze
- 3
- Walze
- 4
- Walzenspalt
- 5
- Scheibe
- 6
- Scheibe
- M
- Motor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2011/051117 A1 [0003]
- DE 10012696 B4 [0004]
- DE 102010035763 B4 [0005]
- DE 4037816 A1 [0006]
- EP 2167234 B1 [0006]
