-
Die Erfindung betrifft eine Hochdruckwalzenpresse zur Hochdruckzerkleinerung von Mahlgut in einem Walzenspalt, aufweisend zwei gegenläufige Walzen, die einen Walzenspalt ausbilden, welchen das zu zerkleinernde Mahlgut bei der Zerkleinerung unter Hochdruck passiert und dabei im Walzenspalt einen Bruch im Gefüge des Mahlguts ausbildet, und eine Aufgabevorrichtung, die das Mahlgut gleichmäßig auf den Walzenspalt aufgibt, wobei das Volumen des aufgegebenen Mahlguts eine Kompaktionszone ausbildet, die von etwa der Mitte des Walzenspaltes bis kurz über die Mitte des Walzenspaltes reicht, wobei eine Vorrichtung zum Vorverdichten des Mahlguts in Form einer Vibrationsvorrichtung oberhalb der Kompaktionszone angeordnet ist und bis nahe an die Kompaktionszone heran reicht, und wobei ein Dosierschieber innerhalb der Aufgabevorrichtung angeordnet ist, mit dessen Hilfe der Aufgabeort und die Aufgabemenge des Mahlguts auf den Walzenspalt einstellbar ist.
-
Nach Schönert,
DE 27 08 053 C3 , ist es bekannt, zur Zerkleinerung von sprödem Material, dieses durch Hochdruckbeanspruchung im Walzenspalt einer Hochdruckwalzenpresse zu sogenannten Schülpen zu pressen, wobei das gesamte Materialgefüge bricht und dadurch in viele kleine Bruchstücke zerteilt wird. Diese Hochdruckzerkleinerung im Walzenspalt unterscheidet sich von der Zerkleinerung durch Scheren oder Reiben, wie es in einer herkömmlichen Mühle passiert, weil es primär auf die Druckbeanspruchung ankommt. Ein Scheren oder Reiben des Mahlguts geschieht nicht. Damit die korrespondierende Hochdruckwalzenpresse bestimmungsgemäß arbeiten kann, ist es wichtig, dass der Walzenspalt gleichmäßig mit Mahlgut beaufschlagt wird, denn bei einer ungleichmäßigen Beaufschlagung wechselt die Hochdruckwalzenpresse in den Betriebszustand eines herkömmlichen Brechers, dessen Zerkleinerungswirkung anders ist als die einer gleichmäßig mit Mahlgut beaufschlagten Hochdruckwalzenpresse.
-
Sofern das Mahlgut inhomogen mit Luft durchsetzt ist, bietet sich dem Mahlgut bei der Passage durch den Walzenspalt die Möglichkeit, in den Luftraum auszuweichen und so dem hohen Druck im Walzenspalt auszuweichen, wodurch die Zerkleinerungsleistung der Hochdruckwalzenpresse erheblich verringert wird. Des Weiteren kann dadurch die Hochdruckwalzenpresse veranlasst werden, ungleichmäßig zu laufen, in dem die Walzen eine Rotationsschwingung ausführen, weil der Antrieb der Hochdruckrollenpressenwalzen wiederholend gebremst wird und wieder freiläuft. Dieser abrupte Lastwechsel setzt sich in der gesamten Hochdruckwalzenpresse fort und ist als Vibration der gesamten Hochdruckwalzenpresse bemerkbar. Bei ungünstigen Bedingungen kann sich die Vibration bis in das Fundament fortsetzen und unter ungünstigen Umständen sogar das Fundament beschädigen.
-
Um für einen gleichmäßigen und ruhigen Lauf der Hochdruckwalzenpresse den Walzenspalt gleichmäßig mit Mahlgut zu beaufschlagen, sind Aufgabevorrichtungen für Mahlgut in solch einer Hochdruckwalzenpresse bekannt, die den Zufluss des Mahlguts geregelt variieren, so dass sich ein konstanter Schüttkegel im Raum zwischen den beiden gegenläufigen Walzen ausbildet. Je nach Art und Konsistenz des Mahlgutes reicht diese Art der Beaufschlagung des Walzenspaltes aber nicht aus, um einen vibrationsfreien Lauf der Hochdruckrollenpressenwalzen zu gewährleisten und um eine kontinuierliche Arbeitsweise der gesamten Zerkleinerungsmaschine als Hochdruckwalzenpresse zu erreichen. Ungleichmäßige Kornverteilung im Mahlgut und Lufteinschlüsse in der Schüttung sind durch eine alleinige Regelung des Schüttkegels im Raum zwischen den gegenläufigen Walzen nicht immer in genügendem Maße zu vergleichmäßigen.
-
In dem deutschen Gebrauchsmuster
DE 20 2009 014 079 U1 wird vorgeschlagen, Vibrationsstäbe, etwa wie sie aus der Betongusstechnik als Betonrüttler bekannt sind, in der Aufgabevorrichtung anzuordnen, die bis nahe an die Kompaktionszone des zu zerkleinernden Mahlguts heranreichen. Die Vibrationsstäbe entlüften das Mahlgut durch dessen Fluidisierung und sorgen so für einen gleichmäßigeren Lauf. Im tatsächlichen Betrieb hat sich gezeigt, dass die Vibrationsstäbe den rauen Bedingungen in der Hochdruckwalzenpresse nicht genügen. Die Vibrationsstäbe werden durch das Mahlgut zu schnell verschlissen oder sogar verbogen. Die Standzeit von Betonrüttlern oder von Metallstangen, die mit Hilfe des Betonrüttlers in Vibration versetzt werden reicht nicht aus, um einen ausreichend langen Betrieb ohne Stillstand der Hochdruckwalzenpresse zu gewährleisten.
-
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Alternative für die bekannten Betonrüttler zur Fluidisierung des Mahlguts in der Aufgabevorrichtung zur Verfügung zu stellen. Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Vibrationsvorrichtung mit dem Dosierschieber verbunden ist, wobei der Dosierschieber die Vibrationsenergie in die Kompaktionszone leitet.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Erfindungswesentlich ist, dass das auf die Hochdruckwalzenpresse beaufschlagte Mahlgut kurz vor und während des Eintritts in die Kompaktionszone, die keine sehr scharfe Begrenzungslinie hat, verdichtet wird, indem eingeschlossene Luft aus dem Mahlgut ausgetrieben wird. Die Kompaktionszone reicht von der Walzenspaltmitte in einen Bereich über den Walzenspalt wo der Einzug des Mahlguts durch nach unten verschwindendes Mahlgut zu einer Fließbewegung führt, wobei sich das freie Volumen des Mahlgutes verringert und dadurch sich die Dichte des Mahlguts erhöht. Um diesen Effekt zu unterstützen, ist es vorgesehen, dass genau dort eine Vorrichtung zum Vorverdichten angeordnet ist.
-
Nach dem Gedanken der Erfindung ist die Vorrichtung zum Verdichten eine Vibrationsvorrichtung, die mit einem ohnehin vorhandenen Dosierschieber verbunden ist. Anstelle von Stäben, die in die Aufgabevorrichtung reichen und die Vibrationsenergie in das Mahlgut leiten, ist nach dem Gedanken der Erfindung vorgesehen, dass der Dosierschieber vibriert und die Vibrationsenergie in das Mahlgut leitet und damit das lockere Mahlgut in Schwingung versetzt. Durch die Schwingungen verhält sich das Mahlgut so, als sei es fluidisiert. Die Vibrationsvorrichtung hat also die Wirkung, dass das Mahlgut besser fließt, weil durch die Vibration die Mahlgutpartikel in einer fließbettähnlichen Bewegung gehalten werden. Die einzelnen Mahlgutpartikel fallen durch die Schwingungen in dem Fließbett nach unten in Richtung des Walzenspaltes und im Mahlgut dispergierte Luft aus dem Mahlgut entweicht nach oben durch das nachfließende Mahlgut in die freie Atmosphäre.
-
Die Vibrationsvorrichtung kann an die nach außen gewandte Seite des Dosierschiebers angeordnet sein und den Dosierschieber in Vibration versetzen. Der Dosierschieber nimmt damit die Funktion eines Rüttelbleches ein.
-
Um den Energieeintrag in das Mahlgut zu erhöhen, kann vorgesehen sein, dass flossenförmige Extensionen auf der zum Mahlgut gewandten Seite des Dosierschiebers angeordnet sind, welche die Vibrationsenergie in das Mahlgut nahe der Kompaktionszone leiten. Diese Extensionen sind im einfachsten Fall etwa dreieckige oder parallelogrammartige Flossen, die wie senkrechte Leitbleche auf der Oberfläche des Dosierschiebers stehen. Je nach Breite der Mahlwalze können nur eine flossenförmige Extension oder auch zwei, drei oder mehr flossenförmige Extensionen etwa parallel zueinander angeordnet sind.
-
Die Größe des Energieeintrages durch die Vibration in das Mahlgut spielt auch eine Rolle bei der Effektivität der Fluidisierung. Im Betrieb hat es sich als Vorteilhaft erwiesen, wenn sich der mechanische Energieeintrag zwischen 0,1 kJ/m3 und 1 kJ/m3 Mahlgut befindet. Ist das Mahlgut in einer Kreislaufmühle oder Umlaufmühle recht fein, so reicht ein geringerer Energieeintrag in das feine Mahlgut. Allerdings ist der Energieeintrag bei sehr feinem Mahlgut nur mit einer hohen Oberfläche der Vibrationsvorrichtung zu erreichen. Bei gröberem Mahlgut, beispielsweise in einer Kreislaufmühle mit geringerer Umlaufzahl muss der Energieeintrag größer sein. Allerdings ist der mechanische Energieeintrag bei gröberem Mahlgut leichter erreichbar. Wieder anders ist es bei Mahlgut mit einer sehr breiten Korngrößenverteilung, wenn sehr feines Mahlgut aus dem Umlauf gemischt ist mit grobem Mahlgut aus dem Frischgutzulauf. Für inhomogenes Mahlgut hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Energieeintrag durch Regelung der Leistung variiert wird. Um die Wirkung der Vibrationsvorrichtung zu optimieren, ist es möglich, die Vibrationsintensität, damit den tatsächlichen mechanischen Energieeintrag durch einen Regelkreis zu regeln, wobei als Eingangsparameter die Energieaufnahme der Vibrationsvorrichtung gewählt ist. Sofern die Energieaufnahme hoch oder höher als ein zuvor bestimmter Sollwert ist, bewirkt die Regelungsvorrichtung eine Verringerung der Vibrationsintensität, denn im verdichteten Material arbeitet die Vibrationsvorrichtung ohne weitere Verdichtungswirkung, so dass der mechanische Energieeintrag in das Mahlgut unnötig erhöht ist. Die Verringerung der Vibrationsintensität hat zur Folge, dass im laufenden Betrieb der Hochdruckwalzenpresse neues, unverdichtetes Material nachfließt und somit sich der mechanische Energieeintrag wieder verringert, was eine geringere Dichte des Mahlguts über und am Anfang der Kompaktionszone anzeigt. Die Regelungsvorrichtung regelt in diesem Fall die Vibrationsvorrichtung wieder in einen Betriebszustand mit erhöhter Intensität, bis sich ein stationäres Gleichgewicht zwischen Vibrationsintensität der Vibrationsvorrichtung und deren Energieaufnahme, aus dem die Mahlgutdichte ableitbar ist, einstellt. Die Energieaufnahme und der tatsächliche mechanische Energieeintrag in das Mahlgut stehen zwar in Verbindung miteinander. Allerdings kann die Korngrößenverteilung und die Mahlgutbeschaffenheit, zum Beispiel durch variierende Feuchtigkeit oder durch unterschiedlichen Lufteinschluss unterschiedlich fluidisiert, den tatsächlichen mechanischen Energieeintrag bei konstanter Energieaufnahme der Vibrationsvorrichtung beeinflussen.
-
Zur Bildung einer Regelschleife kann die Energieaufnahme der Vorrichtung zur Verdichtung selbst als Eingangsgröße genutzt werden. Es ist auch zielführend, die Energieaufnahme des Walzenantriebes als Regeleingangsgröße zu nutzen, denn eine erhöhte Energieaufnahme zeigt eine höhere Schüttdichte des Mahlguts an und eine geringere Energieaufnahme des Walzenantriebes zeigt eine geringere Schüttdichte des Mahlguts an. Bei diesem Regelprinzip ist darauf zu achten, dass Durchgänge von größeren Mahlgutpartikeln oder nicht durch Hochdruck zerkleinerbare Materialien, wie Metallstücke, die eine kurzzeitige erhöhte Energieaufnahme des Mahlwalzenantriebs erzeugen, in die Regelschleife eingehen, um dadurch ein Ausbreiten der Störung durch die Passage des nicht zerkleinerbaren Mahlgutpartikels in der Hochdruckwalzenpresse zu verhindern.
-
Noch eine weitere Regeleingangsgröße kann die Mahlwalzengeschwindigkeit sein. Je schneller die Hochdruckrollenpressenwalze rotiert, desto intensiver muss die Vorrichtung zur Verdichtung arbeiten, hier die Vibrationsvorrichtung vibrieren, um das nun schneller in den Walzenspalt fließende Mahlgut in kürzerer Zeit zu verdichten.
-
Der Energieeintrag kann durch Erhöhung der Vibrationsamplitude der Vibrationsvorrichtung beeinflusst werden als auch durch die Frequenz der Vibration. Je nach Bauart kann bei elektrisch angeregten Vibrationsvorrichtungen die Frequenz durch Variation der Anregungsfrequenz variierbar sein. Bei pneumatischen Vibrationsvorrichtungen ist eine Frequenzvariation in der Regel auch möglich. Die Arbeitsfrequenz üblicher und am Markt erhältlicher Betonrüttler können im Bereich zwischen 800 min-1 (ca. 13 Hz) und 9.000 min-1 (150 Hz) eingestellt werden. Als Anregungsfrequenz zur Fluidisierung des Mahlguts hat es sich als besonders wirksam erwiesen, wenn die Vibrationsfrequenz zwischen 10 Hz und 60 Hz liegt.
-
Anregungen mit geringerer Frequenz im Bereich von 10 Hz eigen sich zur Lockerung von gröberen Mahlgutpartikeln. Allerdings kann die geringere Frequenz, die möglicherweise eine Resonanz- oder Eigenfrequenz des Dosierschiebers sein könnte, besondere Belastung für die Mechanik oder die Hydraulik des Dosierschiebers darstellen. Höhere Frequenzen, wie zum Beispiel 50 Hz oder 60 Hz, was übliche Stromnetzfrequenzen sind, eignen sich zur Lockerung von feinerem Mahlgut. Diese Frequenzen liegen in der Regel weit höher als Eigenfrequenzen des mechanischen Aufbaus des Dosierschiebers und stellen damit geringere mechanische Belastungen für den Dosierschieber dar.
-
In besonderer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vibrationsvorrichtung manuell ausgelöst werden kann, um bei möglichen Störungen der Hochdruckrollenpressenwalze oder bei blockiertem Fluss des Mahlguts die Vibrationsvorrichtung auszulösen, wodurch seinerseits der Materialfluss des Mahlguts wieder ausgelöst wird.
-
Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine skizzierte Seitenansicht auf eine Hochdruckwalzenpresse mit einem Dosierschieber mit Vibrationsvorrichtung,
- 2 einen Dosierschieber, wie er in der Hochdruckwalzenpresse nach 1 eingesetzt ist, mit flossenförmigen Extensionen,
- 3 einen Dosierschieber, wie er in der Hochdruckwalzenpresse nach 1 eingesetzt ist, mit alternativen flossenförmigen Extensionen,
- 4 eine skizzierte Seitenansicht auf eine weitere Hochdruckwalzenpresse mit einem alternativen Dosierschieber mit Vibrationsvorrichtung,
- 5 einen Dosierschieber, wie er in der Hochdruckwalzenpresse nach 4 eingesetzt ist, mit alternativen flossenförmigen Extensionen und Schleißkanten,
- 6 ein Vibrationsdiagramm, dass die Wirkung der Vibrationsvorrichtung zeigt.
-
In 1 ist eine skizzierte Seitenansicht auf eine Hochdruckwalzenpresse 100 mit einem Dosierschieber 111 abgebildet. Am Dosierschieber 111 ist eine Vibrationsvorrichtung 110 befestigt, die den Dosierschieber 111 in Vibration versetzt. Mahlgut 101 in einer Aufgabevorrichtung 104 wird durch den vibrierenden Dosierschieber 111 fluidisiert. Dabei entweicht eingeschlossene Luft L aus dem Mahlgut 101 heraus. Der Dosierschieber 111 reicht je nach Stellung bis nahe an die Kompaktionszone 105 heran, die hier durch das Muster und die Grenze innerhalb des Mahlguts 101 hervorgehoben ist. Das Mahlgut 101 wird durch die beiden gegenläufig rotierenden Walzen 103 und 103' durch den Walzenspalt 102 gezogen, wo das Mahlgut einen Gefügebruch ausbildet und dabei zerkleinert wird.
-
In 2 ist eine alternative Ausgestaltung des Dosierschiebers 111 dargestellt. Der Dosierschieber 111 weist flossenförmige Extensionen 120 auf, die wie Leitbleche senkrecht auf der Oberfläche des Dosierschiebers 111 stehen. Die Extensionen 120 leiten die Vibrationsenergie in das Mahlgut 101. Da der Dosierschieber 111 in seiner Stellung variierbar ist, folgen die Extensionen 120 dem Dosierschieber 111.
-
In 3 ist eine weitere alternative Ausgestaltung des Dosierschiebers 111 dargestellt. Der hier dargestellte Dosierschieber 111 weist flossenförmige Extensionen 121 auf, die ebenfalls wie Leitbleche senkrecht auf der Oberfläche des Dosierschiebers 111 stehen. Die Extensionen 121 leiten die Vibrationsenergie in das Mahlgut 101. Da der Dosierschieber 111 in seiner Stellung variierbar ist, folgen die Extensionen 121 dem Dosierschieber 111. Besonders an den Extensionen 121 ist, dass diese parallelogrammartig aufgebaut sind und mit einer Verlängerung am Fuße der Extensionen 121 näher an die Kompaktionszone 105 heranreichen.
-
In 4 ist eine skizzierte Seitenansicht auf eine weitere Hochdruckwalzenpresse 200 mit einem alternativen Dosierschieber 211 mit Vibrationsvorrichtung 210 gezeigt. Der hier gezeigte Dosierschieber kann wie ein Mönch eines Stausees in der Höhe verstellt werden. Die Vibrationsvorrichtung 210 bringt durch den Dosierschieber 211 Vibrationsenergie in das Mahlgut 101 in der Aufgabevorrichtung 204. Dabei entweicht Luft L aus dem Mahlgut an der eingezeichneten Stelle, nämlich zwischen Dosierschieber 211 und der benachbarten Wand der Aufgabevorrichtung. Auch dieser Dosierschieber 211 reicht je nach Stellung bis unmittelbar an die Kompaktionszone 205 heran, die hier durch das Muster und die Grenze innerhalb des Mahlguts 101 hervorgehoben ist. Das Mahlgut 101 wird durch die beiden gegenläufig rotierenden Walzen 203 und 203' durch den Walzenspalt 202 gezogen, wo das Mahlgut einen Gefügebruch ausbildet und dabei zerkleinert wird. Eine Regelvorrichtung 230 kann vorgesehen sein, welche die Vibrationsintensität und/oder die Vibrationsfrequenz regelt und zwar in Abhängigkeit von mindestens einer Eingangsgröße wie Rotationsvibration der Walzen 203, 203', Vibration des Walzenpressenrahmens, Energieaufnahme der Vibrationsvorrichtung 210, Energieaufnahme des Walzenantriebes.
-
In 5 ist eine weitere alternative Ausgestaltung des Dosierschiebers 211 dargestellt. Der hier dargestellte Dosierschieber 211 weist auch flossenförmige Extensionen 220 auf, die ebenfalls wie Leitbleche senkrecht auf der Oberfläche des Dosierschiebers 211 stehen. Die Extensionen 220 leiten die Vibrationsenergie in das Mahlgut 101. Da der Dosierschieber 211 in seiner Stellung variierbar ist, folgen die Extensionen 220 dem Dosierschieber 211. Besonders an den Extensionen 220 ist, dass diese dreieckig aufgebaut sind und auf der nach oben gerichteten Kante eine Schleißkante 222 aufweisen. Die Schleißkante 222 ist aus gehärtetem Stahl aufgebaut oder durch eine Auftragsschweißung verstärkt.
-
In 6 ist schließlich ein Diagramm dargestellt, in dem die Walzenspaltbreite d einer im Betrieb befindlichen Hochdruckwalzenpresse über die Zeit t dargestellt ist. Ohne Vibration der Vibrationsvorrichtung erleben die Walzen erhebliche Schläge und vibrieren mit einer nicht mehr vernachlässigbaren Amplitude, hervorgerufen durch einen unregelmäßigen Spalt. Diese Ausschläge belasten die Mahlwalze erheblich und wirken sich auch auf die Mahleffizienz nachteilig aus. In dem Diagramm wurde nach ca. 30 s die Vibrationsvorrichtung eingeschaltet. Der Walzenspalt variiert nun mit erheblich geringerer Amplitude und zeigt dadurch einen wesentlich ruhigeren Lauf. Der ruhigere Lauf der Walzen belastet die Hochdruckwalzenpresse weniger und der ruhige Lauf erhöht die Mahleffizienz in Bezug auf Energieeintrag und notwendige Umlaufzahl des Mahlguts, so dass im Endeffekt mit weniger Energieeinsatz ein feineres Mahlgut erhalten wird, und wobei das Mahlgut mit weniger Umläufen die Hochdruckwalzenpresse passieren muss.
-
Bezugszeichenliste
-
- 100
- Hochdruckwalzenpresse
- 101
- Mahlgut
- 102
- Walzenspalt
- 103
- Walze
- 103'
- Walze
- 104
- Aufgabevorrichtung
- 105
- Kompaktionszone
- 110
- Vibrationsvorrichtung
- 111
- Dosierschieber
- 120
- Extensionen
- 121
- Extensionen
- 200
- Hochdruckwalzenpresse
- 202
- Walzenspalt
- 203
- Walze
- 203'
- Walze
- 204
- Aufgabevorrichtung
- 205
- Kompaktionszone
- 210
- Vibrationsvorrichtung
- 211
- Dosierschieber
- 220
- Extensionen
- 222
- Schleißkante
- 230
- Regelvorrichtung
- L
- entweichende Luft
