DE102019204836B3

DE102019204836B3 - Exzenterwalzenbrechbackensatz und Exzenterwalzenbrechanlage umfassend einen solchen Brechbackensatz

Info

Publication number: DE102019204836B3
Application number: DE102019204836.6A
Authority: DE
Inventors: Ingo Neitemeier; Piotr Szczelina
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Current assignee: FLSmidth and Co AS
Priority date: 2019-04-04
Filing date: 2019-04-04
Publication date: 2020-02-27
Anticipated expiration: 2039-04-05

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Exzenterwalzenbrechbackensatz, umfassend wenigstens zwei Brechbacken (12, 13, 14), welche durch den Zerkleinerungsvorgang unterschiedlich stark auf Verschleiß beansprucht werden, wobei wenigstens zwei im eingebauten Zustand unterschiedlich relativ zu einer beweglichen Exzenterwalze (11) positionierte Brechbacken (12, 13, 14) eines Brechbackensatzes aus Materialien mit unterschiedlicher Verschleißfestigkeit und/oder Bruchzähigkeit bestehen, wobei vorzugsweise die Brechbacken eines Brechbackensatzes jeweils eine gleiche Materialstärke aufweisen. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine Exzenterwalzenbrechanlage umfassend wenigstens zwei Brechbacken (12, 13, 14) der vorgenannten Art. Die Erfindung stellt einen Exzenterwalzenbrechbackensatz bzw. eine Exzenterwalzenbrechanlage zur Verfügung, bei der die unterschiedlichen Brechbacken eines Brechbackensatzes so ausgestaltet sind, dass sie trotz unterschiedlich starker Belastung eine etwa gleichbleibende Nutzungsdauer aufweisen und somit gleichzeitig in einem Wartungsvorgang ausgetauscht werden können.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Exzenterwalzenbrechbackensatz umfassend wenigstens zwei Brechbacken, welche durch den Zerkleinerungsvorgang unterschiedlich stark auf Verschleiß beansprucht werden. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine Exzenterwalzenbrechanlage umfassend wenigstens zwei Brechbacken, welche durch den Zerkleinerungsvorgang unterschiedlich stark auf Verschleiß beansprucht werden.
Aus der DE 10 2017 212 922 A1 ist ein Brecher zur Zerkleinerung von Material bekannt, umfassend einen Brechraum mit einem Aufgabebereich, in den zu zerkleinerndes Material aufgegeben wird und mit einem Brechspalt, welcher sich verjüngt, wobei der Brecher ein stationäres Element und ein bewegbares Element aufweist und wobei der Brechspalt zwischen dem stationären und dem bewegbaren Element ausgebildet ist. Aus dieser Druckschrift ist es bekannt, das stationäre Brechelement mit einem Verschleißschutzelement zu versehen, welches aus einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff mit einer Verschleißschutzeinlage aus einem Material mit einer erhöhten Verschleißfestigkeit besteht. Dadurch wird erreicht, dass die Brechelemente eine besonders hohe Verschleißfestigkeit aufweisen, bei gleichzeitig hoher Bruchdehnung. Bei dieser bekannten Brechanlage handelt es sich jedoch um einen Kreiselbrecher, welcher einen mittigen Brechkegel aufweist, der sich in einem Brechergehäuse bewegt, das die Gestalt eines Hohlkegels aufweist. Das Material wird hier in einem Brechspalt gebrochen, der durch den Zwischenraum zwischen dem innen liegenden Brechkegel und dem diesen umgebenden Brechergehäuse definiert ist. An der inneren Fläche des Brechergehäuses sind plattenförmige Verschleißschutzelemente angeordnet. Die Dicke der Verschleißschutzeinlagen unterschiedlicher Verschleißschutzelemente kann zueinander verschieden sein.
Bei Druckzerkleinerungsanlagen, insbesondere Brechanlagen mit Exzenterwalze als bewegliches Brechelement dienen als stationäres Brechelement in der Regel mehrere übereinander angeordnete Brechbacken, die einen Brechbackensatz im Sinne der vorliegenden Erfindung bilden. Als bewegliches Brechelement dient eine Exzenterwalze, die mit Abstand zu den stationären Brechbacken angeordnet ist und die eine exzentrische Bewegung bezüglich einer Achse der Exzenterwalze vollführt, durch die sich der Abstand zu den Brechbacken periodisch ändert. Der Brechspalt ist bei diesem Typus von Brechanlagen definiert durch den Abstand zwischen dem äußeren Umfang der Exzenterwalze und der dieser zugewandten Fläche der Brechbacken. Dabei sind mindestens zwei, bevorzugt drei oder mehrere einen Brechbackensatz bildende Brechbacken entlang einer Kreisbogenlinie angeordnet, wobei dieser Kreisbogen einen größeren Radius aufweist als die dem äußeren Umfang der Exzenterwalze entsprechende Kreislinie. Die Brechbacken eines Brechbackensatzes können an ihrer jeweiligen Außenseite, die der Exzenterwalze abgewandt ist, jeweils in einem Winkel zueinander stehen, während sie an ihrer der Exzenterwalze zugewandten Innenseite abgerundete Flächen, insbesondere teilkreisbogenförmig abgerundete Flächen aufweisen, die bevorzugt gemeinsam eine teilkreisbogenförmige Fläche bilden, die die Brechfläche der Brechbacken bildet, welche beim Brechvorgang mit dem zu zerkleinernden Material in Kontakt kommt. Da dieser von der Brechfläche der Brechbacken gebildete Teilkreisbogen einen größeren Radius aufweist als die Umfangslinie der Exzenterwalze, nähern sich Teilkreisbogen und Umfangslinie einander an, so dass sich ein sichelförmiger kontinuierlich schmaler werdender Brechspalt ergibt.
Wenn ein Brechbackensatz mit beispielsweise zwei oder drei Brechbacken vorgesehen ist, dann liegt eine hierin als „obere“ bezeichnete Brechbacke mit ihrer gekrümmten, der Exzenterwalze zugewandten Fläche weiter entfernt zur Exzenterwalze als die neben dieser angeordnete nächste Brechbacke, die hierin bei insgesamt zwei vorhandenen Brechbacken als „untere“ und bei insgesamt drei oder mehreren vorhandenen Brechbacken als „mittlere“ Brechbacke bezeichnet wird. Das zu zerkleinernde Material bewegt sich beim Brechvorgang in Schwerkraftrichtung von oben nach unten, weshalb die vorgenannten Bezeichnungen gewählt wurden. Unter diesem Aspekt liegt eine Brechbacke am weitesten oben und eine Brechbacke am weitesten unten, somit der Exzenterwalze am nächsten, und da sich der als Brechspalt fungierende Zwischenraum zwischen der Exzenterwalze und den Brechbacken aufgrund der oben beschriebenen Sichelform kontinuierlich verjüngt, ist der Brechspalt im Bereich der weiter unten liegenden Brechbacke(n) enger als bei der oder den weiter oben liegenden Brechbacke(n). Dies führt dazu, dass beim Zerkleinerungsvorgang die Brechbacke oder die Brechbacken, bei denen der Brechspalt enger ist, stärker mechanisch beansprucht werden, als die Brechbacke oder die Brechbacken, bei denen der Brechspalt weiter ist. Mit anderen Worten, weiter oben liegende Brechbacken werden weniger stark beansprucht und weiter unten liegende Brechbacken, die dort angeordnet sind, wo sich der Brechspalt verengt, werden stärker beansprucht. Dies hat zur Folge, dass die untere(n) Brechbacke(n) einem höheren Verschleiß unterliegen als die obere(n) Brechbacke(n),
Bei einer Wartungsmaßnahme besteht nun bei Erreichen der Verschleißgrenze der unteren Brechbacke entweder die Möglichkeit, alle Brechbacken eines Brechbackensatzes gleichzeitig auszutauschen oder aber alternativ könnten die Brechbacken bei mehreren Wartungsmaßnahmen nacheinander ausgetauscht werden, das heißt ein Austausch nur einer Brechbacke erfolgt dann, wenn diese ihre individuelle Verschleißgrenze erreicht hat. Bei der erstgenannten Variante besteht der Nachteil, dass Material von Brechbacken (den oberen Brechbacken) entsorgt wird, welche noch nicht verschlissen sind und im Prinzip noch weiter genutzt werden könnten. Bei der zweiten Variante ist es nachteilig, dass häufigere Wartungsunterbrechungen notwendig werden, was zu einem hohen Produktionsstillstand und dadurch verursachtem Produktionsausfall führt. Alternativ wäre es zwar möglich, zwei unterschiedlich verschlissene Brechbacken untereinander auszutauschen, was aber auch zum Stillstand der Anlage führen würde.
Angesichts dieser Problematik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Exzenterwalzenbrechbackensatz bzw. eine Exzenterwalzenbrechanlage der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, bei der die unterschiedlichen Brechbacken eines Brechbackensatzes so ausgestaltet sind, dass sie trotz unterschiedlich starker Belastung eine etwa gleichbleibende Nutzungsdauer aufweisen und somit gleichzeitig in einem Wartungsvorgang ausgetauscht werden können.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Exzenterwalzenbrechbackensatz mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen bzw. eine Exzenterwalzenbrechanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die vorliegende Erfindung sieht vor, dass wenigstens zwei im eingebauten Zustand unterschiedlich relativ zu einem beweglichen Brechelement positionierte Brechbacken eines Exzenterwalzenbrechbackensatzes wenigstens bereichsweise aus Materialien mit unterschiedlicher Verschleißfestigkeit und/oder Bruchzähigkeit bestehen.
Vorzugsweise weisen wenigstens zwei Brechbacken eines Brechbackensatzes, insbesondere alle Brechbacken eines Brechbackensatzes jeweils eine gleiche Materialstärke auf.
Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass nunmehr die aufgrund ihrer Anordnung in der Brechanlage stärker beanspruchten Brechbacken aufgrund des verwendeten Materials mit höherer Verschleißfestigkeit und/oder Bruchfestigkeit eine längere Haltbarkeit aufweisen und ihre Verschleißgrenze später erreichen, als sonst zu erwarten wäre, so dass ihre Verschleißgrenze in etwa zur gleichen Zeit erreicht wird wie diejenige der weniger beanspruchten Brechbacken. Damit wird es möglich, mehrere oder bevorzugt alle Brechbacken eines Satzes gleichzeitig auszutauschen, ohne dabei Brechbacken auszutauschen, die ihre Verschleißgrenze noch nicht erreicht haben und somit unnötigerweise vorzeitig ausgetauscht und entsorgt werden würden. Im Idealfall wird durch geeignete Auswahl der jeweiligen Materialien, durch die die Verschleißfestigkeit erhöht wird, die Verschleißfestigkeit der unterschiedlich beanspruchten Brechbacken eines Brechbackensatzes so eingestellt, dass alle Brechbacken des Brechbackensatzes etwa zur gleichen Zeit ihre Verschleißgrenze erreichen.
Im Rahmen einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist es von Vorteil, wenn man nicht nur die Standzeiten der zwei oder drei stationären Brechbacken berücksichtigt, sondern auch diejenige der Brechbacken an der beweglichen Exzenterwalze. Deren Standzeit ist gewöhnlich etwas länger, aufgrund der Rückdrehung der Exzenterwalze und weil diese über den Umfang gesehen mehr Segmente aufweist. Bei einem Exzenterwalzenbrecher ist es daher besonders vorteilhaft, wenn man die Brechbacken hinsichtlich ihrer Verschleißfähigkeit so ausbildet, dass alle Brechbacken, also auch die an der Exzenterwalze, sich so abnutzen, dass sie zur gleichen Zeit ausgetauscht werden können. Vorzugsweise wird daher das Material der Brechbacken an der beweglichen Exzenterwalze hinsichtlich seiner Verschleißfestigkeit und/oder Bruchzähigkeit so gewählt, dass die Standzeit dieser Brechbacken etwa derjenigen der stationären Brechbacken entspricht.
Die in dem eingangs zitierten Stand der Technik angesprochene Lösung, in einem Brechbackensatz verschieden dicke Brechbacken zu verwenden, hat sich für eine Exzenterwalzenbrechanlage als unvorteilhaft erwiesen, da es konstruktiv sehr aufwändig wäre, unterschiedlich dicke Brechbacken in der Brechanlage so anzubringen, dass sich zur Exzenterwalze hin ein Brechspalt mit der gewünschten Geometrie ergibt. Daher weisen im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise wenigstens zwei Brechbacken, insbesondere alle Brechbacken eines Brechbackensatzes jeweils die gleiche Materialstärke auf.
Der in der vorliegenden Anmeldung verwendete Begriff der „Verschleißfestigkeit“ entspricht der Verschleißbeständigkeit nach DIN 50320-das heißt der Widerstandsfähigkeit eines festen Körpers gegen Verschleiß, beispielsweise durch Abrieb.
Unter „Bruchzähigkeit“ wird in der Bruchmechanik der Widerstand eines Materials gegen Rissinitiierung verstanden. Die Bruchzähigkeit kann mit einem Kompakt-Zugversuch bestimmt werden, beispielsweise durch Erzeugung einer Kerbe in einer Zugprobe und anschließendes Hervorrufen eines Anrisses durch Beanspruchung, beispielsweise nach DIN EN ISO 12737. Für Schneidstoffe wird zuweilen auch der Begriff „Bruchbeständigkeit“ verwendet, welche als Beständigkeit des Werkstoffs gegen Bruch zu verstehen ist.
Die in einer Druckzerkleinerungsanlage gemäß der vorliegenden Erfindung zu zerkleinernden Materialien sind beispielsweise mineralische Brechgüter, wie Ölsand, Kohle, Erze oder auch Zementklinker. Insbesondere beim Einsatz von Hartstahl, wie zum Beispiel Manganhartstahl, tritt keine Aushärtung des Hartstahls während des Einsatzes der Brechelemente auf. Dies führt dazu, dass die Oberfläche der Brechbacken relativ schnell verschleißt und eine Wartung oder ein Austausch der Brechbacken notwendig wird. Der Einsatz eines härteren und somit verschleißärmeren Werkstoffs führt allerdings dazu, dass auch die Bruchdehnung sinkt, was ein Versagen der Brechbacken bei einem unbrechbaren Gegenstand im Brechraum zur Folge hat.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst wenigstens eine Brechbacke einen Metallmatrix-Verbundwerkstoff. Dieser weist ein Metallmatrixmaterial auf, beispielsweise aus einem hochtemperaturfesten Stahl und/oder einem Stahl mit einer Härte von etwa 150 bis etwa 400 HB (Brinellhärte). Unter einem hochtemperaturfesten Stahl ist vorzugsweise ein warmfester Stahl mit einem hohen Chrom-Nickel-Anteil zu verstehen, der eine Temperaturbeständigkeit von beispielsweise bis zu 650 °C, insbesondere bis zu 1000 °C aufweist. Bei solchen Stählen kann es sich beispielweise um austenitische Chrom-Nickel-Stähle handeln. Hochtemperaturfeste Stähle bis 600 °C sind beispielsweise Stähle gemäß DIN EN 10213. Hochtemperaturfeste Stähle bis 1200 °C sind beispielsweise Stähle gemäß DIN EN 10295.
Als Metallmatrixmaterial mit erhöhter Verschleißfestigkeit für die Brechbacken kommen beispielsweise auch XAR® Stähle (extra abrasion resistant) insbesondere der Sorten XAR 300, XAR 400, XAR 500 oder XAR 600 der Fa. thyssenkrupp in Betracht, welche Härten bis zu beispielsweise 600 Brinell und eine mindestens fünffache Lebensdauer im Vergleich zu konventionellem Baustahl aufweisen.
Vorzugsweise umfasst gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wenigstens eine Brechbacke einen Metallmatrix-Verbundwerkstoff mit wenigstens einem verschleißfesten Inlay (einer Verschleißschutzeinlage). Ein solches Inlay kann beispielsweise in den Metallmatrix-Verbundwerkstoff eingefügt oder eingebunden, beispielsweise eingegossen werden. Das Inlay hat eine hohe Verschleißfestigkeit, während das Metallmatrixmaterial, welches die Verschleißschutzeinlage umgibt und in dieser gegebenenfalls infiltriert ist, eine relativ hohe Bruchdehnung aufweist, so dass es auch bei hohen Belastungen, wie sie beispielsweise durch einen unbrechbaren Gegenstand im Brechraum entstehen, nicht zu einem Versagen der Brechbacke kommt. Durch ein Infiltrieren des Metallmatrixmaterials, insbesondere Stahl, in das als Verschleißschutzeinlage dienende Inlay, wird zwischen dem Matrixwerkstoff und dem Werkstoff des Inlays eine stoffschlüssige Verbindung hergestellt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist das Inlay aus einem Hartmetall oder aus einer Keramik ausgebildet. Insbesondere kommen für das Inlay Materialien wie zum Beispiel Wolframcarbid, Titancarbid, Borcarbid, Niobcarbid, Chromcarbid oder eine Mischung dieser Werkstoffe in Betracht, wobei die vorgenannte Aufzählung keinesfalls als abschließend zu verstehen ist. Ein solches Inlay kann beispielsweise hergestellt werden aus einem pulverförmigen und/oder körnigen Gemisch aus den oben genannten Werkstoffen oder Werkstoffen mit ähnlichen Eigenschaften, welches beispielsweise in einer Form erhitzt, insbesondere begast und gebacken wird. Nach Abkühlung härtet das Material zu einem sehr verschleißbeständigen Körper mit einer porösen Struktur aus.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann der Metallmatrix-Verbundwerkstoff zwei oder mehrere Inlays aufweisen. Diese sind bevorzugt in einer Hauptverschleißzone, insbesondere in einem mittleren Bereich und/oder in einem unteren Bereich einer Brechbacke eingebracht, vorzugsweise in den Metallmatrixwerkstoff eingegossen.
Da der Verschleiß einer Brechbacke in ihren unterschiedlichen Bereichen, insbesondere in Richtung der Breite des Brechraums gesehen, ebenfalls variieren kann, ist es gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung von Vorteil, wenn beispielsweise in einem in Querrichtung gesehen mittleren Bereich der Brechbacke mehr Material mit erhöhter Verschleißbeständigkeit, insbesondere großflächigere Inlays eingebracht werden, als in einem in Querrichtung gesehen äußeren Bereich der Brechbacke.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung können in den Metallmatrix-Verbundwerkstoff wenigstens zwei Inlays aus Materialien unterschiedlicher Verschleißbeständigkeit in definierten unterschiedlichen Positionen oder Bereichen eingebracht, vorzugsweise eingegossen werden. Somit kann gezielt in bestimmten Bereichen einer Brechbacke, die aufgrund ihrer Position im Brechraum einem besonders starken Verschleiß unterliegen, eine erhöhte Verschleißfestigkeit und/oder Bruchzähigkeit erreicht werden, wobei das Maß der Verschleißfestigkeit und/oder Bruchzähigkeit entsprechend dem Bedarf in dem jeweiligen Bereich variieren kann.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine Exzenterwalzenbrechanlage umfassend wenigstens zwei Brechbacken, welche durch den Zerkleinerungsvorgang unterschiedlich stark auf Verschleiß beansprucht werden, wobei wenigstens zwei im eingebauten Zustand unterschiedlich relativ zu einem beweglichen Brechelement positionierte Brechbacken eines Brechbackensatzes wenigstens bereichsweise aus Materialien mit unterschiedlicher Verschleißfestigkeit und/oder Bruchzähigkeit bestehen und wobei die Brechbacken eine jeweils gleiche Materialstärke aufweisen. Bevorzugt handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Brechanlage um einen Exzenterwalzenbrecher mit einer rotierenden Exzenterwalze und wenigstens zwei mit Abstand zu dieser Exzenterwalze angeordneten Brechbacken.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung handelt es sich um eine Exzenterwalzenbrechanlage bei der wenigstens zwei Brechbacken in Bereichen des Brechraums angeordnet sind, in denen der Brechspalt zwischen der Brechbacke und einem weiteren Brechwerkzeug unterschiedlich breit ist, wobei in einem Bereich mit engerem Brechspalt eine Brechbacke aus wenigstens bereichsweise einem Material mit höherer Verschleißfestigkeit und/oder Bruchzähigkeit vorgesehen ist.
Vorzugsweise weisen wenigstens zwei Brechbacken, insbesondere alle Brechbacken eines Brechbackensatzes der Brechanlage eine jeweils gleiche Materialstärke auf.
Mit zunehmender Enge des Brechspalts, das heißt in Schwerkraftrichtung von oben nach unten hin, nimmt die mechanische Beanspruchung der Brechbacken jeweils zu. Je enger der Brechspalt zwischen der Exzenterwalze und der jeweiligen Brechbacke wird, desto höher ist somit vorzugsweise die Verschleißfestigkeit des Materials, aus dem die Brechbacke besteht.
Ein erfindungsgemäßer Exzenterwalzenbrecher weist in der Regel mindestens eine Exzenterwalze und wenigstens zwei mit Abstand zu der Exzenterwalze angeordnete Brechbacken auf, wobei der Brechspalt durch den Zwischenraum zwischen der Exzenterwalze und den Brechbacken definiert ist.
Vorzugsweise ist bei einem Exzenterwalzenbrecher der erfindungsgemäßen Art wenigstens eine weiter oben angeordnete und wenigstens eine weiter unten angeordnete Brechbacke vorgesehen und der Brechspalt verjüngt sich von der weiter oben angeordneten zu der weiter unten angeordneten Brechbacke hin, wobei die weiter unten angeordnete Brechbacke wenigstens bereichsweise aus einem Material mit höherer Verschleißfestigkeit und/oder Bruchzähigkeit besteht als die weiter oben angeordnete Brechbacke.
Vorzugsweise sind wenigstens drei übereinander angeordnete Brechbacken vorgesehen und die am weitesten unten angeordnete Brechbacke besteht zumindest bereichsweise aus einem Material mit höherer Verschleißfestigkeit und/oder Bruchzähigkeit als die weiter oben angeordneten beiden Brechbacken.
Besonders bevorzugt sind wenigstens drei übereinander angeordnete Brechbacken vorgesehen, wobei die am weitesten unten angeordnete Brechbacke zumindest bereichsweise aus einem Material mit höherer Verschleißfestigkeit und/oder Bruchzähigkeit besteht als eine mittlere Brechbacke und/oder die mittlere Brechbacke aus einem Material mit höherer Verschleißfestigkeit und/oder Bruchzähigkeit besteht als eine oberhalb der mittleren Brechbacke angeordnete Brechbacke, wobei vorzugsweise alle drei Brechbacken eine jeweils (etwa) gleiche Materialstärke aufweisen.
Besonders bevorzugt weisen mindestens zwei aneinandergrenzende Brechbacken an ihrer der Exzenterwalze zugewandten Seite jeweils eine gekrümmte, insbesondere jeweils eine teilkreisbogenförmig gekrümmte Oberfläche auf und sind dabei so angeordnet, dass sich zwischen den Brechbacken und der Exzenterwalze ein etwa sichelförmiger, sich von oben nach unten hin kontinuierlich verjüngender Brechspalt ergibt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine Exzenterwalzenbrechanlage, welche einen Brechbackensatz mit den oben beschriebenen Merkmalen aufweist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

1 eine schematisch vereinfachte Seitenansicht eines Ausschnitts im Bereich des Brechraums eines Exzenterwalzenbrechers.

Nachfolgend wird auf die 1 Bezug genommen und anhand dieser wird ein mögliches Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist schematisch vereinfacht dargestellt und es sind nur die im Rahmen der vorliegenden Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Zunächst sollen die wesentlichen Bestandteile einer Exzenterwalzenbrechanlage, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, sowie die geometrischen Verhältnisse bezüglich der Exzenterwalze und der Brechbacken der Brechanlage kurz erläutert werden. Die Brechanlage umfasst einen Brechraum 10, innerhalb dessen sich ein Brechwerkzeug befindet. Dieses Brechwerkzeug umfasst eine Exzenterwalze 11 als bewegliches Brechelement und drei jeweils im Abstand zu dieser Exzenterwalze 11 angeordnete Brechbacken 12, 13, 14, die als stationäre Brechelemente dienen und einen Brechbackensatz im Sinne der vorliegenden Erfindung bilden. Diese drei Brechbacken 12, 13, 14 sind übereinander so angeordnet, dass sie einen Teilkreisbogen 16 bilden, wobei die jeweils gekrümmte Innenseite der Brechbacken der Exzenterwalze 11 zugewandt ist. Die Exzenterwalze 11 ist exzentrisch so um eine Achse rotierend gelagert und angetrieben, dass sie eine Exzenterbewegung ausführt. Die äußere Umfangslinie 15 der Exzenterwalze 11 beschreibt im stationären Zustand einen Kreisbogen. Bei der Bewegung der Exzenterwalze 11 bewegt sich diese in einem äußeren Berührungskreis. Aufbau und Funktionsweise eines Exzenterwalzenbrechers sind in der EP 2 911 793 B1 beschrieben, auf deren Inhalt hiermit Bezug genommen wird.
Im Bereich ihrer Stirnflächen oder an ihrer Rückseite sind die drei Brechbacken 12, 13, 14 in geeigneter Weise an einer Halterungsstruktur der Vorrichtung so befestigt, dass sie stationär sind. Die rückseitigen Flächen der drei Brechbacken können wie in dem Ausführungsbeispiel geradlinig verlaufen, wobei die drei Brechbacken so angeordnet sind, dass sie rückseitig jeweils zu der benachbarten Brechbacke einen flachen Winkel einnehmen.
Der von den drei, in dem Teilkreisbogen nebeneinander liegenden, Brechbacken 12, 13, 14 an der gekrümmten Vorderseite der Brechbacken beschriebene Teilkreisbogen 16, in dem Ausführungsbeispiel ist dies in etwa ein Viertelkreisbogen, hat einen größeren Krümmungsradius als der Kreisbogen, den die äußere Umfangslinie 15 der Exzenterwalze 11 beschreibt. Die drei Brechbacken 12, 13, 14 sind jeweils innenseitig konkav gekrümmt und liegen unmittelbar oder mit vergleichsweise geringem Abstand so aneinander, dass sie sich zu dem Teilkreisbogen 16 ergänzen. Somit beschreibt die Innenseite jeder einzelnen Brechbacke 12, 13, 14, die jeweils der Exzenterwalze 11 zugewandt ist, jeweils etwa einen zwölftel Kreisbogen. Zwischen dieser Innenseite der drei Brechbacken 12, 13, 14 und dem äußeren Umfang der Exzenterwalze 11 ist der Brechspalt 17 ausgebildet. Dadurch, dass der von den drei Brechbacken 12, 13, 14 beschriebene Teilkreisbogen 16 einen größeren Krümmungsradius aufweist als die äußere Umfangslinie 15 der Exzenterwalze 11 und dass die Exzenterwalze 11 exzentrisch bezüglich des Mittelpunkts des Teilkreisbogens 16 der drei Brechbacken 12, 13, 14 liegt, nähern sich die gekrümmten innenseitigen Flächen der Brechbacken von oben nach unten hin gesehen dem äußeren Umfang der Exzenterwalze 11 immer mehr an, so dass der Brechspalt 17 von oben nach unten hin immer enger wird.
Durch die Begrenzung durch zwei exzentrisch zueinander angeordnete Kreisbögen ergibt sich für den Brechspalt 17 etwa eine Sichelform. Die oberste der drei Brechbacken wird hierin als obere Brechbacke 12 bezeichnet, die sich nach unten hin an die obere Brechbacke 12 anschließende Brechbacke wird als mittlere Brechbacke 13 bezeichnet und die sich an die mittlere Brechbacke 13 wiederum nach unten hin anschließende Brechbacke wird als untere Brechbacke 14 bezeichnet. Man erkennt in 1, dass im Bereich der oberen Brechbacke 12 der Brechspalt 17 am breitesten ist, der Brechspalt dann zur mittleren Brechbacke 13 hin und im Bereich der mittleren Brechbacke 13 kontinuierlich schmaler wird und der Brechspalt 17 im Bereich der unteren Brechbacke 14 kontinuierlich noch schmaler wird, so dass im unteren Bereich der unteren Brechbacke 14 der Brechspalt 17 am schmälsten ist, während der Brechspalt 17 im oberen Bereich der oberen Brechbacke 12 am breitesten ist. Durch diesen sich sichelförmig verjüngenden Brechspalt 17, in den das zu zerkleinernde Material von oben her aufgegeben wird, nimmt die mechanische Belastung der Brechbacken 12, 13, 14 beim Zerkleinerungsvorgang von oben nach unten hin zu. Mit anderen Worten, die untere Brechbacke 12 ist stärker belastet als die mittlere Brechbacke 13 und diese ist wiederum stärker belastet als die obere Brechbacke 12. Außerdem ist die mechanische Belastung der mittleren Brechbacke 13 in ihrem unteren Bereich höher als in ihrem oberen Bereich, da sich der Brechspalt auch über die Länge der mittleren Brechbacke 13 von oben nach unten hin allmählich verjüngt. Gleiches gilt für die mechanische Belastung der unteren Brechbacke 14, die ebenfalls über deren Länge durch den schmaler werdenden Brechspalt 17 nach unten hin allmählich zunimmt, so dass die mechanische Belastung der unteren Brechbacke 14 in deren unterstem Bereich, dort wo der Brechspalt am engsten ist, am höchsten ist.
Aus diesem Grunde wird für die besonders belasteten Bereiche der Brechbacken 12, 13, 14 ein Werkstoff verwendet, der eine höhere Verschleißfestigkeit aufweist als das Material, aus dem die Brechbacken in den übrigen Bereichen bestehen. Die obere Brechbacke 12 kann beispielsweise aus einem üblichen Stahlwerkstoff bestehen, da sie aufgrund des dort noch vergleichsweise breiten Brechspalts 17 die geringste mechanische Belastung erfährt und folglich über einen längeren Zeitraum Verschleißbeständigkeit aufweist, so dass man sie bei Verwendung gleicher Materialien für alle drei Brechbacken erst später austauschen müsste.
Die mittlere Brechbacke 13 erfährt hingegen eine höhere mechanische Belastung als die obere Brechbacke 12, da in ihrem Bereich der Brechspalt 17 bereits enger wird. Daher ist gemäß der Erfindung vorgesehen, die mittlere Brechbacke 13 mindestens bereichsweise, beispielsweise in einem unteren Bereich aus einem Material mit höherer Verschleißfestigkeit zu versehen, verglichen mit dem Material, aus dem die obere Brechbacke 12 besteht. Dazu kann man beispielsweise in bestimmten Bereichen wie dem unteren oder gegebenenfalls auch in einem mittleren Bereich in einen Metallmatrix-Werkstoff ein oder mehrere Inlays (Verschleißschutzeinlagen) 18 aus einem verschließfesteren Material wie beispielsweise Hartmetall oder Keramik einlegen, insbesondere eingießen. Ein solches Inlay 18 wird insbesondere im Bereich der gekrümmten Oberfläche 20 der Brechbacke 13 angeordnet, da in diesem Oberflächenbereich das zu zerkleinernde Material mit dem Werkstoff der Brechbacke 13 in Kontakt kommt. Die Größe, Materialstärke und der Werkstoff des Inlays 18 werden dabei bevorzugt so gewählt, dass sich dadurch die Erhöhung der Verschleißfestigkeit in einem solchen Ausmaß ergibt, dass die Standzeit der mittleren Brechbacke 13 damit in etwa gleich derjenigen der weniger belasteten oberen Brechbacke 12 ist.
Die untere Brechbacke 14 erfährt eine noch höhere mechanische Belastung als die mittlere Brechbacke 13, da in ihrem Bereich der Brechspalt 17 noch enger wird. Daher ist gemäß der Erfindung vorgesehen, die untere Brechbacke 14 mindestens bereichsweise, beispielsweise in einem unteren und/oder in einem mittleren Bereich aus einem Material mit höherer Verschleißfestigkeit zu versehen, verglichen mit dem Material, aus dem die mittlere Brechbacke 13 besteht. Dazu kann man beispielsweise in bestimmten Bereichen wie dem unteren oder gegebenenfalls auch in einem mittleren Bereich in einen Metallmatrix-Werkstoff der unteren Brechbacke 14 ein oder mehrere Inlays (Verschleißschutzeinlagen) 19 aus einem verschließfesteren Material wie beispielsweise Hartmetall oder Keramik einlegen, insbesondere eingießen. Ein solches Inlay 19 wird insbesondere im Bereich der gekrümmten Oberfläche 20 der Brechbacke 13 angeordnet, da in diesem Oberflächenbereich das zu zerkleinernde Material mit dem Werkstoff der Brechbacke 13 in Kontakt kommt. Die Größe, Materialstärke und der Werkstoff des Inlays 18 werden dabei bevorzugt so gewählt, dass sich dadurch eine Erhöhung der Verschleißfestigkeit in einem solchen Ausmaß ergibt, dass die Standzeit der unteren Brechbacke 14 damit in etwa gleich derjenigen der weniger belasteten mittleren Brechbacke 13 und besonders bevorzugt auch in etwa gleich derjenigen der oberen Brechbacke 12 ist. Um dies zu erreichen, kann man beispielsweise für die untere Brechbacke 14 Inlays 19 aus noch verschleißfesteren Materialien verwenden als man für die mittlere Brechbacke 13 verwendet. Oder man sieht beispielsweise in dem Metallmatrix-Verbundwerkstoff der unteren Brechbacke 14 ein Inlay 19 mit einer größeren Flächenausdehnung vor, verglichen mit dem Inlay 18 in der mittleren Brechbacke 13. Oder alternativ kann man beispielsweise für die untere Brechbacke 14 ein Inlay 19 mit einer größeren Materialstärke verwenden, verglichen mit dem Inlay 18 in der mittleren Brechbacke 13, wobei die gesamte Materialstärke der Brechbacke 14 aber gleich derjenigen der beiden anderen Brechbacken 12, 13 sein sollte. Ebenso ist es beispielsweise möglich, in der unteren Brechbacke 14 zwei oder mehrere Inlays in verschiedenen belasteten Bereichen anzuordnen, während man in der mittleren Brechbacke 13 nur ein Inlay 18 vorsieht.
Schließlich besteht die Möglichkeit, die vorgenannten Maßnahmen miteinander zu kombinieren, das heißt man variiert die Größe und/oder die Anzahl und/oder die Materialstärke und/oder den Werkstoff der jeweiligen Inlays um letztlich zu einer Verschleißfestigkeit für die drei Brechbacken 12, 13, 14 zu kommen, die ungefähr vergleichbar ist, so dass alle drei Brechbacken eine ähnlich lange Standzeit haben und folglich ein Austausch aller Brechbacken gleichzeitig in einer Wartungsmaßnahme erfolgen kann.
Bezugszeichenliste

10: Brechraum
11: Exzenterwalze
12: obere Brechbacke
13: mittlere Brechbacke
14: untere Brechbacke
15: äußere Umfangslinie der Exzenterwalze
16: Teilkreisbogen
17: Brechspalt
18: Inlays
19: Inlays
20: gekrümmte Oberfläche

Claims

Exzenterwalzenbrechbackensatz, umfassend wenigstens zwei Brechbacken, welche durch den Zerkleinerungsvorgang unterschiedlich stark auf Verschleiß beansprucht werden, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei im eingebauten Zustand unterschiedlich relativ zu einer beweglichen Exzenterwalze (11) positionierte Brechbacken (12, 13, 14) eines Brechbackensatzes wenigstens bereichsweise aus Materialien mit unterschiedlicher Verschleißfestigkeit und/oder Bruchzähigkeit bestehen.
Exzenterwalzenbrechbackensatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Brechbacken (12, 13, 14), vorzugsweise alle Brechbacken des Brechbackensatzes jeweils eine gleiche Materialstärke aufweisen.
Exzenterwalzenbrechbackensatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Brechbacke (12, 13,14) einen Metallmatrix-Verbundwerkstoff umfasst.
Exzenterwalzenbrechbackensatz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Brechbacke (12, 13, 14) einen Metallmatrix-Verbundwerkstoff mit wenigstens einem verschleißfesten Inlay umfasst.
Exzenterwalzenbrechbackensatz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Inlay (18, 19) in den Metallmatrix-Verbundwerkstoff eingegossen ist.
Exzenterwalzenbrechbackensatz nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallmatrix-Verbundwerkstoff eine Stahlgussmatrix aufweist.
Exzenterwalzenbrechbackensatz nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallmatrix-Verbundwerkstoff zwei oder mehrere Inlays (18, 19) mit gegebenenfalls unterschiedlich hoher Verschleißfestigkeit und/oder Bruchzähigkeit aufweist.
Exzenterwalzenbrechbackensatz nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in den Metallmatrix-Verbundwerkstoff einer Brechbacke (12, 13, 14) in einer Hauptverschleißzone, insbesondere in einem mittleren Bereich und/oder in einem unteren Bereich wenigstens ein Inlay (18, 19) aus einem verschleißfesten Material eingebracht, vorzugsweise eingegossen ist.
Exzenterwalzenbrechbackensatz nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in den Metallmatrix-Verbundwerkstoff wenigstens zwei Inlays (18, 19) aus Materialien unterschiedlicher Verschleißbeständigkeit in definierten unterschiedlichen Positionen oder Bereichen eingebracht, vorzugsweise eingegossen sind.
Exzenterwalzenbrechbackensatz nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigsten ein Inlay (18, 19) aus einem Hartmetall und/oder aus Keramik ausgebildet ist.
Exzenterwalzenbrechanlage umfassend wenigstens zwei Brechbacken, welche durch den Zerkleinerungsvorgang unterschiedlich stark auf Verschleiß beansprucht werden, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei im eingebauten Zustand unterschiedlich relativ zu der beweglichen Exzenterwalze positionierte Brechbacken (12, 13, 14) eines Brechbackensatzes wenigstens bereichsweise aus Materialien mit unterschiedlicher Verschleißfestigkeit und/oder Bruchzähigkeit bestehen.
Exzenterwalzenbrechanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Brechbacken (12,13, 14), vorzugsweise alle Brechbacken jeweils eine gleiche Materialstärke aufweisen.
Exzenterwalzenbrechanlage nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Brechbacken (12, 13, 14) in Bereichen des Brechraums (10) angeordnet sind, in denen der Brechspalt (17) zwischen der Brechbacke und einem weiteren Brechwerkzeug unterschiedlich breit ist, wobei in einem Bereich mit engerem Brechspalt eine mindestens bereichsweise aus einem Material mit höherer Verschleißfestigkeit und/oder Bruchzähigkeit bestehende Brechbacke (12, 13, 14) vorgesehen ist.
Exzenterwalzenbrechanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Exzenterwalzenbrecher eine Exzenterwalze (11) und wenigstens zwei mit Abstand zu der Exzenterwalze angeordnete Brechbacken (12, 13, 14) aufweist, wobei der Brechspalt (17) durch den Zwischenraum zwischen der Exzenterwalze (11) und den Brechbacken (12, 13, 14) definiert ist.
Exzenterwalzenbrechanlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine weiter oben angeordnete und wenigstens eine weiter unten angeordnete Brechbacke vorgesehen ist und sich der Brechspalt (11) von der weiter oben angeordneten (12) zu der weiter unten angeordneten Brechbacke (13, 14) hin verjüngt.
Exzenterwalzenbrechanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die weiter unten angeordnete Brechbacke (13, 14) mindestens bereichsweise aus einem Material mit höherer Verschleißfestigkeit und/oder Bruchzähigkeit besteht als die weiter oben angeordnete Brechbacke (12, 13).
Exzenterwalzenbrechanlage nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens drei übereinander angeordnete Brechbacken (12, 13, 14) vorgesehen sind und die am weitesten unten angeordnete Brechbacke (14) mindestens bereichsweise aus einem Material mit höherer Verschleißfestigkeit und/oder Bruchzähigkeit besteht als die weiter oben angeordneten beiden Brechbacken (12, 13).
Exzenterwalzenbrechanlage nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens drei übereinander angeordnete Brechbacken (12, 13, 14) vorgesehen sind und die am weitesten unten angeordnete Brechbacke (14) mindestens bereichsweise aus einem Material mit höherer Verschleißfestigkeit und/oder Bruchzähigkeit besteht als eine mittlere Brechbacke (13) und/oder die mittlere Brechbacke (13) mindestens bereichsweise aus einem Material mit höherer Verschleißfestigkeit und/oder Bruchzähigkeit besteht als eine oberhalb der mittleren Brechbacke (13) angeordnete Brechbacke (12).
Exzenterwalzenbrechanlage nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei aneinandergrenzende Brechbacken (12, 13, 14) an ihrer der Exzenterwalze (11) zugewandten Seite jeweils eine gekrümmte, insbesondere jeweils eine teilkreisbogenförmig gekrümmte Oberfläche (20) aufweisen und dabei so angeordnet sind, dass sich zwischen den Brechbacken (12, 13, 14) und der Exzenterwalze (11) ein etwa sichelförmiger, sich von oben nach unten hin kontinuierlich verjüngender Brechspalt (17) ergibt.
Exzenterwalzenbrechanlage nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Brechbackensatz mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 10 aufweist.