DE102020114835A1

DE102020114835A1 - Verfahren zur Überwachung einer Hochdruck-Walzenpresse

Info

Publication number: DE102020114835A1
Application number: DE102020114835.6A
Authority: DE
Inventors: Max Buchmeier; Eggert de Weldige
Original assignee: Maschinenfabrik Koeppern GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Koeppern & Co Kg De GmbH
Priority date: 2020-06-04
Filing date: 2020-06-04
Publication date: 2021-12-09
Anticipated expiration: 2040-06-05
Also published as: WO2021244791A1; US20230158510A1; EP4126370A1; DE102020114835B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Verschleißzustandes der Walzoberflächen einer Hochdruck-Walzenpresse im Zuge des Zerkleinerns, Kompaktierens oder Brikettierens von Material, wobei die Walzenpresse zwei rotierend angetriebene Presswalzen aufweist, zwischen denen ein Walzenspalt gebildet ist, dessen Spaltweite während des Betriebes veränderlich ist, wobei eine der Presswalzen als Festwalze und eine der Presswalzen als Loswalze ausgebildet ist, wobei die Loswalze über Krafterzeugungsmittel mit sich während des Betriebes veränderlicher Spaltweite gegen die Festwalze anstellbar ist und wobei der Außendurchmesser der Presswalzen bzw. der während des Betriebes durch Verschleiß abnimmt. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Loswalze als Funktion der Zeit mit zumindest einem Positionssensor aufgenommen und die Positionsdaten auf einem Rechner gespeichert werden und dass mit einem Algorithmus aus den gemessenen Positionsdaten der Verschleißzustand der Walzen ermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Verschleißzustandes der Walzenoberflächen einer Hochdruck-Walzenpresse im Zuge des Zerkleinerns, Kompaktierens oder Brikettierens von Material,
wobei die Walzenpresse zwei rotierend angetriebene Presswalzen (Arbeitswalzen) aufweist, zwischen denen ein Walzenspalt gebildet ist, dessen Spaltweite während des Betriebes veränderlich ist,
wobei eine der Presswalzen als Festwalze und eine der Presswalzen als Loswalze ausgebildet ist, wobei die Loswalze über Krafterzeugungsmittel mit sich während des Betriebes veränderlicher Spaltweite gegen die Festwalze anstellbar ist und wobei der Außendurchmesser der Walzen durch Verschleiß während des Betriebes abnimmt.
Die Presswalzen können z. B. jeweils einen Walzenkern und eine auf dem Walzenkern angeordnete Bandage aufweisen, deren Außendurchmesser während des Betriebes durch Verschleiß abnimmt. Bei einer solchen Ausführungsform werden die Walzenoberflächen, die dem Verschleiß unterliegen, folglich von den Bandagen gebildet.
Eine Hochdruck-Walzenpresse für die Zerkleinerung von Material wird auch als Gutbettwalzenmühle bezeichnet. Die Erfindung betrifft aber auch Hochdruck-Walzenpressen für das Kompaktieren oder Brikettieren von Material. Bei dem Material handelt es sich insbesondere um stark abrasives Material, z. B. Erz, Zementklinker, Schlacke oder Keramikgrundstoffe. Die Walzenpresse kann auch für die Kompaktierung von z. B. Düngemitteln eingesetzt werden. Eine der Presswalzen ist bevorzugt als Festwalze ausgebildet und folglich ortsfest in einem Pressengestell drehbar gelagert. Zumindest eine Presswalze ist als Loswalze ausgebildet, d. h. sie ist über Krafterzeugungsmittel, z. B. über Hydraulikzylinder, mit sich während des Betriebes veränderlicher Spaltweite gegen die andere Walze, z. B. die Festwalze anstellbar. Die beiden Presswalzen werden über Antriebe gegenläufig (synchron) angetrieben. Der Spalt zwischen den Walzen stellt sich - aufgrund der beschriebenen Anstellung der Loswalze gegen die Festwalze - ein, bis ein den Anstellkräften entsprechender Druck zwischen den Walzen wirkt. Die Spaltweite ergibt sich dabei durch das Verhältnis der Anstellkräfte zu den von dem zu verarbeitenden Material ausgehenden Reaktionskräften. Jede Presswalze weist bevorzugt einen rotierend angetriebenen Walzenkern und eine auf dem Walzenkern befestigte Bandage auf, welche die (verschleißfeste) Walzenoberfläche der Walze bildet. Die Bandage kann als vollständig umlaufender (einstückiger) Ring ausgebildet sein oder alternativ von mehreren, auf dem Kern befestigten Segmenten gebildet werden. Alternativ können auch Walzen in der Ausführungsform als Vollwalzen oder segmentierte Walzen verwendet werden, die mit entsprechenden Walzenoberflächen ausgerüstet sind.
In der Praxis ist es üblich, den Zustand bzw. Betriebszustand einer Hochdruck-Walzenpresse kontinuierlich bzw. quasi kontinuierlich zu überwachen, zu steuern und gegebenenfalls zu visualisieren. Dazu ist die Walzenpresse mit Messwert-Aufnehmern ausgerüstet, die verschiedene Betriebsdaten der Walzenpresse aufnehmen, die im Stand der Technik z. B. auf einem Rechner gespeichert werden können und/oder in einer Leitwarte der Anlage visualisiert werden. So werden z. B. das Drehmoment der Presswalzen, die Hydraulikdrücke in den Zylindern der Loswalze und die Spaltweite mit geeigneten Aufnehmern bzw. Sensoren gemessen, wobei die Aufnehmer/Sensoren z. B. mit einer Steuereinrichtung, z. B. einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) verbunden sind, die wiederum mit einer Leitwarte der Anlage bzw. mit einem in der Leitwarte angeordneten Rechner verbunden ist.
Aus der DE 101 06 856A1 ist eine Hochdruck-Walzenpresse für eine Gutbettzerkleinerung bekannt, bei welcher im Betrieb die Antriebs- und Bewegungsparameter mindestens einer Walze als Regelparameter gemessen werden, wobei das Verhältnis dieser Werte zueinander gebildet und dieses Verhältnis durch Verringerung oder Steigerung der Walzenanpresskraft der Walzen immer im Wesentlichen konstant gehalten wird. Dazu werden z. B. im Betrieb die Antriebsleistung eines Hauptmotors und die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen gemessen und das Verhältnis dieser als Regelgröße verwendet.
Die DE 42 26 182 A1 beschreibt eine Hochdruck-Walzenpresse, bei welcher die Lagerblöcke der Loswalze gegen Hydraulikzylinder eines hydropneumatischen Systems abgestützt sind, wobei Sensoren zur Messung der sich im Betrieb an den beiden Walzenseiten einstellenden Weite des Walzenspaltes vorgesehen sind. Mit den Sensoren wird der Abstand zwischen den Lagerblöcken der beiden Walzen gemessen und die erhaltenen Signale werden über Leitungen zu den Eingängen einer Überwachungs- und Regelungseinheit geführt. Von den Sensoren wird der sich im Betrieb der Maschine einstellende Abstand der Lagerblöcke und damit auch die sich im Betrieb einstellende Weite des Walzenspaltes an beiden Walzenseiten kontinuierlich oder zeitlich getaktet gemessen und es wird die Differenz beider Messwerte errechnet und mit einem vorgegebenen Toleranzwert verglichen. Bewegt sich bei einer unsymmetrischen Belastung des Walzenspaltes z. B. der Lagerblock der Loswalze nach innen und kommt es zu einer Schiefstellung der Loswalze mit einer Überschreitung des vorgegebenen Toleranzwertes, so erfolgt über die zentrale Überwachungs- und Regelungseinheit ein Regeleingriff, und zwar in diesem Fall betreffend die Beschickung des Walzenspaltes, indem Stellmotoren für Dosierklappen am Aufgabeschacht eingestellt werden.
Die Überwachung des Betriebszustandes rotierender Walzen in einer industriellen Anlage wird z. B. auch in der WO 2007/025395 A1 beschrieben, und zwar für Mühlen für die Getreideverarbeitung. Dabei werden Vibrationen überwacht und daraus ein zeitlich veränderliches elektrisches Signal erzeugt, welches einer Frequenzanalyse unterzogen wird. Die Erfassung der Vibrationen kann z. B. mittels eines am Lager der rotierenden Walze angebrachten Beschleunigungssensors erfolgen. Die Analyse kann mit einem Rechner erfolgen, der auch in ein Leitsystem einer automatisierten industriellen Anlage integrierbar ist, welches z. B. auch Überwachungsbildschirme für die Anzeige des Betriebszustandes aufweisen kann. Die industrielle Anlage kann auch mehrere rotierende Walzen und mehrere Systeme aufweisen, wobei die einzelnen Systeme miteinander und mit einer Überwachungszentrale vernetzt sind, z. B. drahtlos vernetzt sind.
Die WO 2018/036978 A1 beschreibt eine selbstoptimierende, adaptive Produktionsverarbeitungsanlage mit einer Mahlanlage, die eine Walzenpresse enthält, wobei zumindest ein Sensor zur Erfassung von Messwerten betreffend einen Zustand zumindest einer Walze vorgesehen sind, sodass Messwerte erfasst werden, die einen Zustand der Walze charakterisieren. Mit einem Datenempfänger einer Steuereinheit der Produktionsverarbeitungsanlage werden von einem Datensender der Messeinrichtung von mindestens einer Walze Messwerte empfangen. Dabei werden der Walzenbetrieb und die Breite des Spaltes zwischen den Walzen und/oder die Parallelität der Walzen von der Steuereinheit oder von einer mit der Steuereinheit verbundenen Regelvorrichtung basierend auf den empfangenen Messwerten automatisiert optimiert.
Aus der DE 10 2007 004 004 B4 ist eine Walzenmühle mit einer Überwachungsvorrichtung bekannt, die den Verschleißzustand der stiftförmigen Profilkörper überprüft, die neben dem Verschleißzustand der Profilkörper auch den Zustand der autogenen Verschleißschutzschicht überprüft und das Vorhandensein bzw. Nichtvorhandensein von Profilkörpern feststellt. Dazu kann ein Sensor relativ zu der Mahlwalze verfahrbar angeordnet sein.
Die Überwachung des Betriebszustandes von Maschinen wird z. B. auch in der WO 2017/197449 A1 beschrieben, wobei eine Vielzahl von Parametern der Maschine gemessen und damit Messwerte zur Verfügung gestellt werden, wobei aus diesen Messwerten normierte Indikatorwerte erzeugt werden und wobei diese normierten Indikatorwerte für die Beschreibung des Zustandes der Maschine verwendet werden. Dabei können einzelnen Maschinen entsprechende Maschinenmodule zugeordnet sein, die jeweils mit einem Rechner ausgerüstet sind. Über ein Netzwerk können die einzelnen Maschinenmodule mit einem gemeinsamen Anlagenmodul verbunden sein. Im Übrigen können Maschinenmodule von verschiedenen Anlagen auch direkt mit einem zentralen Überwachungssystem verbunden sein, welches Sensordaten einer Vielzahl von Maschinenmodulen mehrerer Anlagen sammelt, welche gegebenenfalls auch geographisch weit verteilt liegen können, sodass auf Methoden des „Internet der Dinge“ zurückgegriffen wird.
Insgesamt besteht in der Maschinen- und Anlagentechnik das Bedürfnis, den Zustand von Maschinen zu überwachen und zu visualisieren. In der Praxis erfolgt dieses im Zusammenhang mit Hochdruck-Walzenpressen in der Regel über die Erfassung der Sensordaten mithilfe herkömmlicher speicherprogrammierbarer Steuerungen, die mit einer Leitwarte der Anlage verbunden sind.
Im Übrigen sind sogenannte übergeordnete Lösungen bekannt, bei denen Betriebsdaten von Maschinen zentral z. B. in einer Cloud gespeichert und gegebenenfalls ausgewertet werden, sodass mit verschiedenen Endgeräten, z. B. Laptops, Tablets oder Smartphones, über das Internet auf die Daten zugegriffen werden kann.
Ausgehend von dem vorbekannten Stand der Technik liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, im Zusammenhang mit Hochdruck-Walzenpressen, die für die Zerkleinerung, Kompaktierung oder Brikettierung von Material bestimmt sind, ein Verfahren zu schaffen, das eine einfache, sichere und zuverlässige Überwachung des Verschleißzustandes der Walzenoberflächen einer Hochdruck-Walzenpresse (z. B. deren Bandagen) ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung beim gattungsgemäßen Verfahren zur Überwachung des Verschleißzustandes der Walzenoberflächen der eingangs beschriebenen Art,
dass die Position der Loswalze als Funktion der Zeit mit zumindest einem Positionssensor aufgenommen und die Positionsdaten auf einem Rechner gespeichert werden und
dass mit einem Algorithmus aus den gemessenen Positionsdaten der Verschleißzustand der Walzenoberflächen bestimmt wird.
Besonders bevorzugt lässt sich mit einem Algorithmus aus den gemessenen Positionsdaten eine Vorhersage für eine Restverwendungsdauer der Walzenoberflächen erzeugen.
Die Überwachung der Spaltweite des Walzenspaltes mit Positionssensoren ist aus der Praxis grundsätzlich bekannt. Der Walzenspalt wird während des Betriebes mithilfe der Hydraulikzylinder kontinuierlich beeinflusst und so eingestellt, dass er während des Betriebes im Großen und Ganzen konstant gehalten wird. Damit lässt sich auf der Basis der bislang erhobenen Daten nicht auf den Verschleißzustand der Walzen bzw. deren Walzenoberflächen schließen, denn auch wenn der Umfang der Arbeitswalzen durch Verschleiß abnimmt, wird der Walzenspalt durch die hydraulische Anstellung im Wesentlichen konstant gehalten. Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, die Position der Loswalze gleichsam absolut bzw. als Absolutmessung durchzuführen, d. h. es wird die Position der Loswalze relativ zu einem ortsfesten Bezugssystem, z. B. zu dem Pressengestell gemessen und gespeichert. Die Positionssensoren können dabei bevorzugt die Position der Lagerstellen der Loswalzen, bevorzugt beider Lagerstellen der Loswalze erfassen. Während sich die Spaltweite während des Betriebes im zeitlichen Mittel nicht ändert bzw. nicht ändern sollte, lässt sich der Verschleiß der Walzenoberfläche, z. B. der Bandage bzw. der Bandagen, sehr einfach anhand der sich verändernden Position der Loswalze ermitteln. Denn mit zunehmendem Verschleiß der Walzenoberfläche und folglich mit abnehmendem Walzendurchmesser wird die Loswalze immer weiter gegen die Festwalze angestellt, so dass sich die Position der Lagerstellen der Loswalze immer weiter der Position der Lagerstellen der Festwalze annähert. Die mittlere zeitliche Position der Lagerstellen der Loswalze ist folglich ein gutes Maß für die Abnahme des bzw. der Walzendurchmesser und damit für den Verschleißzustand der Walzoberflächen, z. B. der Bandagen. Mithilfe eines Algorithmus kann auf der Basis von zuvor zur Verfügung gestellten Daten bzw. Erfahrungswerten eine Vorhersage für eine Restverwendungsdauer der Walzoberfläche, z. B. der Bandage erzeugt werden. Auf diese Weise können mit der Erfindung Wartungsvorhersagen („predictive maintenance“) erstellt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich grundsätzlich mit herkömmlicher Hardware realisieren, da bei bekannten Anlagen die Walzenpresse bzw. deren Positionssensoren z. B. über eine Steuerung, bevorzugt eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) mit einer Leitwarte der Anlage und folglich mit einem in der Leitwarte angeordneten Rechner verbunden ist. Die Speicherung der Absolutposition und die Bestimmung des Verschleißzustandes aus den Positionsdaten kann folglich in einer ersten Ausführungsform mit einem Rechner, z. B. mit der Leitwarte der Anlage unter Berücksichtigung der über die SPS übermittelten Daten erfolgen.
In einer zweiten, bevorzugten Ausführungsform werden die Positionssensoren alternativ oder ergänzend zu der herkömmlichen SPS mit einem Edge-Computer als Analyserechner verbunden. Dazu ist vorgesehen, dass die Positionsdaten (zunächst) als Rohdaten auf einem lokal im Bereich der Walzenpresse angeordneten und mit den Sensoren verbundenen Edge-Computer als Analyserechner gespeichert werden und dass die Rohdaten auf dem Analyserechner mit einem Analysealgorithmus ausgewertet und damit Kenndaten für den Verschleißzustand erzeugt und diese Kenndaten auf dem Analyserechner gespeichert werden und die Kenndaten von dem Analyserechner über ein drahtloses Netzwerk (d. h. drahtlos) an zumindest ein Endgerät übermittelt und auf dem Endgerät z. B. angezeigt werden.
In diesem Zusammenhang geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass es vorteilhaft ist, die mit den Messwert-Aufnehmern (z. B. Positionssensoren) ermittelten Betriebsdaten zunächst als Rohdaten auf einem leistungsfähigen Edge-Computer zu speichern, der in unmittelbarer Nähe der Walzenpresse angeordnet und besonders bevorzugt kabelgebunden mit den Sensoren verbunden ist. Dieser Edge-Computer dient jedoch nicht nur der Speicherung der Betriebsdaten als Rohdaten, denn auch die Analyse bzw. Auswertung der Rohdaten erfolgt mit entsprechenden Algorithmen, die auf dem Edge-Computer gespeichert sind, unmittelbar auf dem Edge-Computer. Auf eine Speicherung der Betriebsdaten bzw. Rohdaten in einem übergeordneten System, z. B. in einer Cloud wird bei dieser Ausführungsform ebenso verzichtet wie auf die Übertragung der Rohdaten über ein Datennetzwerk oder das Internet. Vielmehr erfolgt bereits lokal eine Analyse mit geeigneten Algorithmen und eine Speicherung der aus diesen Rohdaten mithilfe der Algorithmen erzeugten (komprimierten) Kenndaten, die z. B. in einer Datenbank auf dem Analyserechner gesammelt und von dort (z. B. für einen Abruf mit einem Endgerät) zur Verfügung gestellt werden können. Dabei kann auf grundsätzlich bekannte und zur Verfügung stehende Hardware zurückgegriffen werden, d. h. es können leistungsfähige Edge-Computer mit großen Datenspeichern und leistungsfähigen Prozessoren zum Einsatz kommen, wobei auf die grundsätzlich bekannten Grundsätze des „Edge Computing“ zurückgegriffen werden kann.
Für die Ermittlung und Speicherung der Positionsdaten kann auf bekannte Sensoren zurückgegriffen werden, z. B. Positionssensoren bzw. Wegsensoren im Bereich der Lagerstellen der Loswalze. Ergänzend können zur Information weitere Messwerte aufgenommen werden mit grundsätzlich bekannten Messwert-Aufnehmern. Dabei kann es sich um Drehmomentsensoren bzw. Drehmomentaufnehmer für die Walzen, Drucksensoren für den Hydraulikdruck der Zylinder, Durchflusssensoren, Temperatursensoren oder dergleichen handeln. Die Sensoren können analoge Messwerte, z. B. als Stromsignale, zur Verfügung stellen, die kabelgebunden über eine geeignete Erfassungseinrichtung, z. B. über einen Wandler in digitale Daten transformiert werden, so dass digitale Rohdaten auf dem Edge-Computer gespeichert werden. Die Verarbeitung und Analyse der Rohdaten kann auf dem lokalen Analysecomputer (Edge-Computer) durchgeführt werden. Alternativ zu den genannten Sensoren, die analoge Messwerte erzeugen, können auch Sensoren mit digitalem Ausgang verwendet werden, die das Signal z.B. als codierte Impulsfolge ausgeben.
Die auf dem Edge-Computer durch Anwendung der gespeicherten Algorithmen erzeugten Kenndaten der Walzenpresse sind über ein drahtloses Netzwerk, z. B. über das Internet, online abrufbar bzw. sie lassen sich über das drahtlose Netzwerk drahtlos an Endgeräte übermitteln. Bei den Endgeräten kann es sich z. B. um externe PCs, Notebooks, Tablets oder Smartphones handeln. Selbstverständlich ist ein Zugriff auf die Kenndaten zum Zwecke der Information oder Visualisierung auf dem Endgerät nur durch entsprechende Zugriffsberechtigung möglich. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Edge-Computer mit einem Router, z. B. Industrierouter, verbunden, über den eine Verbindung zu einem drahtlosen Netzwerk, z. B. zum Internet, hergestellt wird, sodass ein Onlinezugang zu den in der Datenbank auf dem Edge-Computer gespeicherten Kenndaten möglich ist. In einer bevorzugten Weiterbildung erfolgt der Abruf bzw. der Zugang nicht unmittelbar über den Industrierouter, sondern über ein externes Portal, das drahtlos, z. B. über eine VPN-Verbindung (Virtual Private Network) mit dem Industrierouter in Verbindung steht. So können z. B. berechtigte Personen über geeignete Endgeräte mit einer https-Verbindung auf das Portal und von dort (per VPN) über den Industrierouter auf die Kenndaten zugreifen. Optional besteht auch die Möglichkeit, z. B. einen Rechner für eine Fernwartung über ein VPN-Netzwerk mit dem Portal zu verbinden. Über einfache https-Verbindungen besteht dann (für Berechtigte) in der Regel nur die Möglichkeit, die Kenndaten abzurufen und folglich Informationen auf dem Endgerät zu visualisieren. Über die VPN-Verbindung besteht z. B. die Möglichkeit im Sinne einer Fernwartung auf den Edge-Computer zuzugreifen. Selbstverständlich werden für das Portal und für die Endgeräte entsprechende Zugangsrechte vergeben, wobei die Nachvollziehbarkeit der Zugriffe mittels Protokollen registriert wird.
Als Kenndaten können z. B. unmittelbar konkrete Daten der Maschine, z. B. die Walzenposition, aktuell angezeigt und visualisiert werden. Alternativ oder ergänzend können statistische Auswertungen als Kenndaten zur Verfügung gestellt werden, z. B. Wochen- oder Monatsberichte über die Maschinenzustände.
In besonders bevorzugter Ausführungsform handelt es sich bei den Kenndaten jedoch nicht um einfache Maschinendaten bzw. ausgewertet oder komprimierte Messdaten, die sich unmittelbar auf eine Messgröße eines Sensors beziehen (z. B. Leistung, Spaltweite oder dergleichen), sondern besonders bevorzugt werden über entsprechende Algorithmen besondere Zustände, z. B. kritische Zustände ermittelt und visualisiert oder ausgewertet. Dabei handelt es sich insbesondere um den Verschleißzustand und eine Restverwendungsdauer.
Bevorzugt werden die Betriebsdaten und folglich die Rohdaten mit einer hohen Abtastrate von mehr als 50 Hz, z. B. mehr als 100 Hz, vorzugsweise zumindest 200 Hz aufgenommen und auf dem Analyserechner gespeichert. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass die in der Praxis üblicherweise eingesetzten speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS), die mit den Sensoren verbunden sind, in der Regel die Messdaten nicht mit hoher Geschwindigkeit bzw. hoher Abtastrate zur Verfügung stellen, verarbeiten und speichern können. Optional erfolgt die Weiterleitung der Daten durch die Sensoren z. B. ohne eine zwischengeschaltete SPS unmittelbar an den Edge-Computer bzw. an eine mit dem Edge-Computer verbundene oder in den Edge-Computer integrierte Auswerteeinheit, die dazu geeignet ist, die Betriebsdaten mit der hohen Abtastrate aufzunehmen und zu speichern. 50 Hz bedeutet, dass 50 Messwerte pro Sekunde (d. h. ein Messwert je 20 ms) zur Verfügung gestellt werden. Die Erfindung hat erkannt, dass sich bestimmte Betriebszustände, Störzustände oder kritische Zustände nur dann oder besonders einfach dann ermitteln lassen, wenn die Betriebsdaten mit entsprechend hoher Abtastrate zur Verfügung gestellt werden. Damit entstehen große Datenmengen. Da diese jedoch lokal und kabelgebunden auf dem Edge-Computer unmittelbar vor Ort gespeichert werden, lassen sich diese Datenmengen ohne Probleme handhaben. Ein Zugriff über ein (drahtloses) Netzwerk ist auf diese große Rohdatenmenge nicht erforderlich, da auf dem Edge-Computer die großen Datenmengen zunächst durch geeignete Auswertungen gleichsam komprimiert werden, sodass der Nutzer über ein drahtloses Netzwerk nur auf die komprimierten bzw. ausgewerteten Daten zugreifen muss.
Erfindungsgemäß gelingt eine Optimierung der Prozesse unter dem Gesichtspunkt der „Industrie 4.0“ bzw. des „Internet der Dinge“. Die Walzenpresse lässt sich zu einer „sprechenden“ Maschine erweitern. Dabei wird gegebenenfalls auf programmierte Algorithmen zurückgegriffen, wobei optional auch Algorithmen bzw. Methoden der künstlichen Intelligenz (KI) und folglich selbstlernende bzw. sich selbstoptimierende Algorithmen zum Einsatz kommen können
Gegenstand der Erfindung ist nicht nur das beschriebene Verfahren, sondern auch eine Anlage zum Zerkleinern, Kompaktieren oder Brikettieren von Material gemäß Anspruch 6. Es ist folglich nicht nur das Verfahren, sondern auch die Anlage unter Schutz gestellt, die mit einem Rechner, z. B. mit einem Edge-Computer der beschriebenen Art ausgerüstet ist, wobei dieser Rechner oder Edge-Computer mit entsprechenden Programmen für die Datenverarbeitung und/oder Algorithmen ausgerüstet ist, die zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens eingerichtet sind.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert, die lediglich Ausführungsbeispiele darstellen. Es zeigen:

1 schematisch stark vereinfacht eine erfindungsgemäße Anlage mit einer Walzenpresse,
2 eine Darstellung der Loswalzenposition und des Verschleißzustandes zur Wartungsvorhersage.

In 1 ist beispielhaft eine Anlage zur Überwachung eines Zustandes einer Hochdruck-Walzenpresse 1 dargestellt, wobei diese Hochdruck-Walzenpresse 1 z. B. für das Zerkleinern von körnigem Material, alternativ auch zum Kompaktieren oder Brikettieren von Material bestimmt ist. Die Walzenpresse weist ein Pressengestell 2 und zwei drehbar in dem Pressengestell 2 gelagerte Presswalzen 3a, 3b auf, die gegenläufig rotierend angetrieben sind. Zwischen den Presswalzen ist ein Walzenspalt gebildet, dessen Spaltweite während des Betriebes veränderlich ist. Denn eine der beiden Presswalzen ist als ortsfest in dem Pressengestell 2 gelagerte Festwalze 3a ausgebildet und die andere Presswalze ist als Loswalze 3b ausgebildet, wobei diese Loswalze über Krafterzeugungsmittel, z. B. über Hydraulikzylinder 4 gegen die Festwalze 3a anstellbar ist, sodass sich die Spaltweite des Walzenspaltes während des Betriebes ändern kann. Der Walzenspalt stellt sich jedoch während des Betriebes aufgrund der Anstellung der Loswalze gegen die Festwalze selbständig ein, bis ein bestimmter Druck zwischen den Walzen wirkt. Jede der beiden Presswalzen 3a, 3b weist eine dem Verschleiß unterliegende Walzenoberfläche auf. In einem Ausführungsbeispiel kann jede Walze 3a, 3b einerseits einen angetriebenen Walzenkern und andererseits eine auf dem Walzenkern angeordnete Bandage (z. B. Ringbandage) aufweisen, die z. B. mit einer verschleißbeständigen Oberfläche ausgerüstet ist. Einzelheiten sind in den Figuren nicht dargestellt.
Eine solche Walzenpresse 1 kann in üblicher Weise mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung bzw. SPS 5 verbunden sein, die wiederum mit einer übergeordneten Anlagensteuerung bzw. einer Leitwarte 6 verbunden sein kann. Über die Leitwarte 6 kann der Betrieb der Walzenpresse 1 gesteuert und in bekannter Weise überwacht werden. Dazu kann die SPS 5 einerseits mit den Antrieben der Walzenpresse und andererseits mit verschiedenen Messwert-Aufnehmern verbunden sein.
In dem Ausführungsbeispiel ist jedoch alternativ oder zusätzlich zu der speicherprogrammierbaren Steuerung 5 ein spezieller Rechner vorgesehen, nämlich ein Edge-Computer als Analyserechner 7, der kabelgebunden über ein oder mehrere Verbindungskabel 8 mit Messwert-Aufnehmern 9 der Walzenpresse verbunden ist. Dieser Edge-Computer bzw. Analyserechner 7 ist lokal in unmittelbarer Nähe der Walzenpresse stationiert. Die mit den Messwert-Aufnehmern 9 registrierten Betriebsdaten werden als Rohdaten auf diesem Analyserechner 7 gespeichert. Dazu können die Messwert-Aufnehmer 9 mit (zusätzlichen) Messeinrichtungen bzw. Messkarten 10 ausgerüstet sein, mit denen die analogen Messdaten in digitale Betriebsdaten R umgewandelt werden. Bevorzugt können für die Verbindung 8 der Messkarte 10 an den Analyserechner 7 optische Verbindungskabel, z.B. Lichtwellenleiter für eine besonders schnelle Datenübertragung verwendet werden. Der Analyserechner 7 ist als Edge-Computer mit großen Datenspeichern 11, Prozessoren 12 und speziell eingerichteten Algorithmen 13 für die Analyse und Auswertung der Betriebsdaten vorgesehen. Bevorzugt sind in dem Analyserechner 7 mehrere Speichermedien 11 für eine redundante Datenspeicherung vorgesehen. Die Rohdaten R werden auf dem Analyserechner 7 gespeichert und mit den Analysealgorithmen 13 ausgewertet und damit werden Kenndaten K der Walzenpresse 1 erzeugt, die ebenfalls auf dem Analyserechner gespeichert werden. Erfindungsgemäß werden diese Kenndaten K von dem Analyserechner 7 über ein drahtloses Netzwerk 14 z. B. über das Internet, an ein oder mehrere Endgeräte 15, z. B. PCs, Tablets, Smartphones oder dergleichen übertragen, d. h. über die Endgeräte 15 kann auf die Kenndaten K zugegriffen werden. Von besonderer Bedeutung ist dabei, dass entsprechend berechtigte Nutzer über die Endgeräte 15 nur auf die bereits ausgewerteten Kenndaten K zugreifen müssen und nicht auf die sehr umfangreichen Rohdaten. Dazu können die Kenndaten K in dem Analyserechner 7 in z. B. einer Datenbank als verdichtete Daten gespeichert werden und in der Datenbank für einen Online-Zugriff über PC, Smartphone oder dergleichen bereitgestellt werden, und zwar z. B. für entsprechende Anlagenzustandsanzeigen.
Dabei können die Betriebsdaten R in herkömmlicher Weise mit bekannten und gegebenenfalls ohnehin im Bereich der Walzenpresse vorgesehenen Messwert-Aufnehmern 9 aufgenommen werden. Erfindungsgemäß wird für die Verschleißüberwachung die Position der Loswalze z. B. mit Positionssensoren erfasst. Ergänzend können mit weiteren Aufnehmern weitere Daten aufgenommen werden, und zwar z. B. das Drehmoment einer Presswalze oder beider Presswalzen, der Hydraulikdruck der Hydraulikzylinder für die Beaufschlagung der Loswalze, Wägezellen, Temperatursensoren, Durchflusssensoren oder dergleichen. Über die Endgeräte 15 kann z. B. in einfacher Weise der jeweilige Zustand der Walzenpresse 1 bzw. Werte der genannten Sensoren 9 in verdichteter Form angezeigt werden, sodass ein aktueller Maschinenstatus visualisierbar ist. Alternativ können statistische Auswertungen auf dem Endgerät 15 abgefragt werden, die jedoch nicht auf dem Endgerät 15, sondern auf dem Analyserechner 7 erzeugt werden, z. B. individuelle Wochenberichte, Monatsberichte oder dergleichen. Besonders bevorzugt können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren jedoch Störzustände, außergewöhnliche Zustände oder dergleichen überwacht werden.
Dazu ist es besonders vorteilhaft, wenn die Betriebsdaten als Rohdaten R mit einer hohen Abtastrate von mehr als 100 Hz, z.B. mehr als 200 Hz aufgenommen und auf dem Analyserechner 7 gespeichert werden. Dadurch entstehen extrem große Datenmengen, die jedoch kabelgebunden über kurze Distanzen unmittelbar an den lokal positionierten Analyserechner 7 übertragen und dort gespeichert und bereits ausgewertet werden. Aus den sehr großen Datenmengen werden durch die bereits erwähnten Analysealgorithmen 13 die gewünschten Kenndaten bzw. Kennwerte K erzeugt, auf die schließlich mit den Endgeräten 15 über das drahtlose Netzwerk 14, z. B. über das Internet zugegriffen werden kann.
Dabei ist in 1 dargestellt, dass der Rechner 7 für den Online-Zugriff mit einem Industrierouter 16 verbunden ist, der in einer bevorzugten Variante über ein VPN-Netzwerk bzw. eine VPN-Verbindung 17 mit einem Internet-Portal 18 verbunden ist. Die Endgeräte 15 greifen folglich für eine Abfrage der ausgewerteten Kenndaten nicht unmittelbar auf den Industrierouter 16, sondern auf das Portal 18 zu, und zwar z. B. über gesicherte bzw. verschlüsselte https-Verbindungen 19. Im Übrigen kann optional über eine zusätzliche VPN-Verbindung 20 ein weiterer Rechner bzw. PC 21 mit dem Portal 18 verbunden sein, sodass über diesen PC im Sinne einer Fernwartung nicht nur Daten abgefragt, sondern auch auf den Analyserechner 7 bzw. auf die Walzenpresse zugegriffen werden kann.
In 1 ist im Übrigen angedeutet, dass an die SPS 5 und/oder an den Rechner 7 auch Felddaten F und folglich Daten von anderen Komponenten der Anlage, z. B. einer Mahlanlage A, erfasst werden können, z. B. Betriebsdaten eines Sichters.
Schließlich ist angedeutet, dass von dem Analyserechner 7 auch Daten, Befehle oder dergleichen an die Walzenpresse 1 oder andere Komponenten der Anlage übermittelt werden können. So können z. B. die ausgewerteten Kenndaten für eine Steuerung oder Regelung der Presse oder anderer Maschinen verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird beispielhaft anhand der 2 dargestellt, die (oben links) die Position der Loswalze 3b in Abhängigkeit von der Zeit zeigt. Die Absolutposition der Loswalze 3b wird mit einem oder mit mehreren Positionssensoren erfasst. Als Position der Loswalze 3b ist die Position der Loswalze relativ zu einem ortsfesten Pressengestell 2 bezeichnet. Dazu können z. B. Positionssensoren 9 im Bereich der Lagerstellen der Loswalze angeordnet sein. In 2 oben links ist die Position einer Lagerstelle als Funktion der Zeit dargestellt. Es ist erkennbar, dass diese Rohdaten R zunächst hochfrequent aufgenommen und auf dem Analyserechner 7 gespeichert werden. Dieser erzeugt daraus die Kenndaten K, die in der Grafik unten aufgetragen sind. Es handelt sich um ein Maß für den Verschleiß V der Walzoberflächen, z. B. der Bandagen und es ist erkennbar, dass dieses Maß mit zunehmender Betriebsdauer zunimmt, da der Arbeitswalzen-durchmesser, z.B. der Bandagendurchmesser, durch den Verschleiß abnimmt. Wenn ein bestimmter oberer Grenzwert erreicht wird, erfolgt ein Austausch der Walzen bzw. der Walzoberflächen, z.B. der Bandagen. Dieses ist durch den sprunghaften Abfall an den dargestellten Stellen erkennbar. Während die Rohdaten R tatsächlich die Positionsdaten betreffen, handelt es sich bei den Kenndaten K um Daten, die den Verschleißzustand V der Walzoberfläche repräsentieren. Erfindungsgemäß besteht die Möglichkeit, den Verschleißzustand, der in 2 aufgetragen ist, auf den Endgeräten 15 zu visualisieren. Alternativ oder ergänzend können auch Wartungsvorhersagen getroffen werden, d. h. es kann auf dem Endgerät angezeigt werden, zu welchem Zeitpunkt ein Austausch der Walzoberfläche oder der Walzen erforderlich oder empfohlen ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10106856 A1 [0005]
DE 4226182 A1 [0006]
WO 2007/025395 A1 [0007]
WO 2018/036978 A1 [0008]
DE 102007004004 B4 [0009]
WO 2017/197449 A1 [0010]

Claims

Verfahren zur Überwachung des Verschleißzustandes der Walzenoberflächen einer Hochdruck-Walzenpresse (1) im Zuge des Zerkleinerns, Kompaktierens oder Brikettierens von Material, wobei die Walzenpresse (1) zwei rotierend angetriebene Presswalzen (3a, 3b) aufweist, zwischen denen ein Walzenspalt gebildet ist, dessen Spaltweite während des Betriebes veränderlich ist, wobei eine der Presswalzen als Festwalze (3a) und eine der Presswalzen als Loswalze (3b) ausgebildet ist, wobei die Loswalze (3b) über Krafterzeugungsmittel (4) mit sich während des Betriebes veränderlicher Spaltweite gegen die Festwalze (3a) anstellbar ist und wobei der Außendurchmesser der Presswalzen bzw. deren Walzoberflächen während des Betriebes durch Verschleiß abnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Loswalze (3b) als Funktion der Zeit mit zumindest einem Positionssensor (9) aufgenommen und die Positionsdaten auf einem Rechner (7) gespeichert werden, dass mit einem Algorithmus (13) aus den gemessenen Positionsdaten der Verschleißzustand der Walze oder der Walzen bzw. deren Walzoberflächen ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Algorithmus (13) aus den gemessenen Positionsdaten eine Vorhersage für eine Restverwendungsdauer der Walze bzw. der Walzenoberfläche erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem oder mit mehreren Positionssensoren (9) die Position einer oder mehrerer Lagerstellen der Loswalze (3b) gemessen wird, vorzugsweise relativ zu einem ortsfesten Bezugssystem, z. B. zu einem ortsfest angeordneten Pressengestell (2).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsdaten als Rohdaten (R) auf einem lokal im Bereich der Walzenpresse (1) angeordneten und mit den Sensoren (9) verbundenen Edge-Computer als Analyserechner (7) gespeichert werden, dass die Rohdaten (R) auf dem Analyserechner (7) mit einem Analysealgorithmus (13) ausgewertet und damit Kenndaten (K) für den Verschleißzustand erzeugt und diese Kenndaten auf dem Analyserechner (7) gespeichert werden, wobei die Kenndaten (K) von dem Analyserechner (7) über ein drahtloses Netzwerk (14) an zumindest ein Endgerät (15) übermittelt und auf dem Endgerät z. B. angezeigt oder weiterverarbeitet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohdaten (R) mit einer hohen Abtastrate von mehr als 50 Hz, z. B. mehr als 100 Hz, vorzugsweise zumindest 200 Hz aufgenommen und auf dem Analyserechner (7) gespeichert werden.
Anlage zum Zerkleinern, Kompaktieren oder Brikettieren von Material nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit zumindest einer Walzenpresse (1), die zwei rotierend angetriebene Presswalzen (3a, 3b) aufweist, zwischen denen ein Walzenspalt gebildet ist, dessen Spaltweite während des Betriebes veränderlich ist, wobei eine der Presswalzen als Festwalze (3a) und eine der Presswalzen als Loswalze (3b) ausgebildet ist, wobei die Loswalze (3b) über Krafterzeugungsmittel (4), z. B. Hydraulikzylinder, mit sich während des Betriebes veränderlicher Spaltweite gegen die Festwalze (3a) anstellbar ist, und mit einem oder mit mehreren Positionssensoren (9), mit dem bzw. mit denen Positionsdaten der Loswalze (3b) als Funktion der Zeit aufnehmbar und auf einem Rechner (7) speicherbar sind, wobei mit einem Algorithmus (13) aus den gemessenen Daten der Verschleißzustand der Walze/Walzen bzw. deren Walzenoberflächen bestimmt und bevorzugt eine Vorhersage für eine Restverwendungsdauer der Bandage erzeugbar ist.
Anlage nach Anspruch 6, mit einem lokal im Bereich der Walzenpresse (1) befindlichen und mit den Positionssensoren (9) verbundenen Edge-Computer (7) als Analyserechner.
Anlage nach Anspruch 6 oder 7, mit einem Router (16), der mit dem Rechner (7), z. B. Analyserechner, verbunden ist, wobei mit einem Endgerät (15), z. B. einem PC, Notebook, Tablet-Computer, Smartphone oder dergleichen, auf den Router (16) zugegriffen wird, bevorzugt auf ein mit dem Router (16) über eine VPN-Verbindung verbundenes Portal (18).
Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Presswalzen (3A, 3B) jeweils einen Walzenkern und eine auf dem Walzenkern angeordnete Bandage als Walzenoberfläche aufweisen.