-
Kugelquetschmühle Die Erfindung betrifft eine Kugelquetschmühle mit
einem Tisch, der auf seiner Oberseite eine ringförmige Mahlbahn von konkavem Querschnitt
aufweist, in der mehrere Kugeln laufen, wobei verstellbare, den Mahldruck erzeugende
Ringe zum Führen und Belasten der Kugeln sowie Antriebselemente zum Erzeugen einer
Relativbewegung zwischen Tisch und Belastungsringen vorgesehen sind. Mühlen dieser
Art dienen der Vermahlung von Kohle sowie von Materialien, die zur Herstellung von
Zement verwendet werden, und von Stoffen, die in anderen Industriezweigen zu den
verschiedensten Zwecken benutzt werden.
-
Bei den bekannten Mühlen dieser Art ist für einen Kugelring nur ein
Belastungsring vorgesehen. Dieser läßt keine Steuerung der Druckrichtung und des
Berührungsbereiches zwischen Kugeln und Mahlbahn zu, was insbesondere deshalb nachteilig
ist, weil die Mahlbahn und die Kugeln mit der Zeit infolge Abnutzung ihre Form ändern
und dann die Arbeitsweise den veränderten Verhältnissen nicht angepaßt werden kann.
-
Dieser Nachteil wird durch die Erfindung beseitigt. Diese besteht
darin, daß die Belastungsringe aus mindestens zwei zur Mahlbahn koaxialen Ringen
bestehen, von denen mindestens einer außerhalb des Mittenkreises der Kugeln angeordnet
ist, wobei die Ringe unabhängig voneinander verstellbar sind.
-
Durch diese Ausbildung hat man mehrere Steuermöglichkeiten zur Hand:
Man kann einerseits mittels des äußeren Ringes eine zusätzliche Druckkomponente
radial nach innen erzeugen und dadurch der Zentrifugalkraft, der die Kugeln unterworfen
sind, entgegenwirken. Durch die Zentrifugalkraft werden die Mahlkugeln auf den äußeren
Bereichen der Mahlbahn bewegt, was zur Folge hat, daß sich diese stärker abnutzen
als die inneren. Dadurch wird die Bahn vergrößert und vor allem auch unrund, was
notwendigerweise zu einer Verschlechterung der Mahlwirkung führen muß. Mit Hilfe
des äußeren Ringes kann dem entgegengewirkt werden. Befindet sich mehr als ein Ring
außerhalb des Mittenkreises, so kann man darüber hinaus die Richtung der nach innen
weisenden Komponente variieren. Andererseits kann man durch einen eventuell vorhandenen
inneren Ring einen zusätzlichen Druck der Kugeln auf die Mahlfläche nach außen ausüben.
Auch das kann in manchen Fällen von Bedeutung sein, nämlich dann, wenn man bei längerer
und eventuell zu kräftiger Einwirkung des äußeren Ringes die inneren Bahnbereiche
zu stark abgenutzt hat, so daß ein Ausgleich durch Abnutzung der äußeren Bahn erforderlich
ist. Schließlich kann durch die Ringe der Mahldruck so eingestellt werden, daß die
jeweils beste Mahlwirkung erzielt wird. Die Erfindung ermöglicht es ferner, bei
einem gegebenen Bahndurchmesser und einer bestimmten Rotationsgeschwindigkeit das
Gewicht der einzelnen Kugeln zu erhöhen und ihre Zahl zu vermindern, ohne dadurch
einen nachteiligen Verschleiß der Bahn zu erhalten. Versuche haben gezeigt, daß
bei einer Vergrößerung der Kugeln und damit ihres Gewichtes und einer Verminderung
der Zahl der auf einer Bahn mit bestimmtem Durchmesser unterbringbaren Kugeln die
Ausbeute der Mühle bei gegebener Rotationsgeschwindigkeit steigt, und zwar bis zu
einer Reduzierung auf zwei Kugeln, deren Durchmesser gleich dem der Bahn ist. In
der Praxis allerdings ist die günstigste Kugeldrehzahl drei. Zusätzlich zu dem Vorteil
einer großen Leistung haben zwei oder drei große, schwere Kugeln den Vorzug, daß
jede Kugel eine größere Materialmenge verlieren kann und somit die Lebensdauer der
Mühle erhöht wird, bis die Kugeln erneuert werden müssen. Außerdem besteht weniger
die Gefahr einer ungleichmäßigen Kugelbelastung, wie dies bei Mühlen mit mehr als
drei Kugeln der Fall wäre. Hinzu kommt endlich, daß im Falle von Großmühlen, wie
sie für Kraftwerke erforderlich sind, bei Verwendung von nur zwei oder drei Kugeln
das Gewicht der einzelnen Kugel und damit die Zentrifugalkräfte und Kreiselmomente
so groß sind, daß ohne die erfindungsgemäße Steuerung die Lebensdauer der Bahn für
den praktischen Gebrauch zu klein würde. Bei einer großen Mühle stellt das Gewicht
der
Kugeln selbst einen großen Teil zu der zum Mahlen erforderlichen Last dar.
-
Es ist vorteilhaft, wenn ein Führungs- und Belastungsring innerhalb
des die Kugelscheitel verbindenden Kreises derart angeordnet ist, daß er Luf die
Kugeln einen Druck mit radial nach außen gerichteter Komponente ausübt.
-
Der Druck kann gegebenenfalls teilweise durch Federn erzeugt werden,
wenngleich das den Nachteil hat, daß die Federn im Zuge des Verschleißes nachgespannt
werden müssen. Auch kann der Druck unter Umständen teilweise durch ein flüssiges
oder gasförmiges Medium erzeugt werden, so daß er sich leicht ein- und verstellen
läßt, wobei sich in den hydraulischen oder pneumatischen Kreis dämpfende, stoßabsorbierende
Organe ohne weiteres einbauen lassen.
-
Da infolge von ungewöhnlich harten Partikeln oder Klumpen das System
aus dem Gleichgewicht geraten und die eine oder andere Kugel während des Betriebes
gehoben werden kann, erhält sich die Mühle wie ein schwingendes System. Wegen der
großen Kugelmassen und der verwendeten Zusatzlasten auf dem oder den Ringen hat
das System aber eine sehr kleine Eigenfrequenz, wodurch die Schwingungen gedämpft
werden und die Kugeln dauernd in mahlender Weise auf der Bahn lasten. Dieser Effekt
kann noch durch zusätzliche Dämpfungsmittel verstärkt werden, die an den Führungs-
und Belastungsorganen vorzusehen sind.
-
Vom Standpunkt der Kraft gesehen ermöglicht es die bevorzugte Ausführungsform,
bei der die Kugeln Kontaktbereiche innerhalb und außerhalb des die Scheitel der
Kugeln verbindenden Kreises aufweisen, diese Bereiche so anzuordnen, daß eine Kugelbewegung
mit geringem Schlupf an den Belastungsringen und gleichzeitig mit guter Mahlbewegung
relativ zur Bahn in vorteilhafter Weise erzielt wird.
-
Einige spezielle Beispiele einer Mühle nach der Erfindung sind an
Hand der schematischen Zeichnung im folgenden beschrieben.
-
F i g. 1 ist ein Vertikalschnitt durch eine erste Ausführungsform
des Erfindungsgegenstandes; F i g. 2 gibt einen Schnitt nach der Linie 2-2 der F
i g. 1 wieder; F i g. 3 ist ein vertikaler Teilschnitt entsprechend der F i g. 1
durch eine zweite Ausführungsform; F i g. .1 zeigt einen vertikalen Teilschnitt
durch eine weitere Konstruktion; F i g. 5 ist ein vertikaler Teilschnitt einer weiteren
Ausführungsform; F i g. 6 verkörpert eine Draufsicht auf einen Kugelkäfig, wie er
in der Konstruktion der F i g. 5 verwendet wird.
-
In dem Ausführungsbeispiel der F i g. 1. und 2 ist mit 10 ein Gehäuse
bezeichnet, das die eigentliche Mühle umgibt und einen Eintrittsstutzen 9 für die
Förder- und Trockenluft sowie einen Auslaßstutzen 11 für die das gemahlene Gut tragende
Luft aufweist. Dieser Auslaß 11 führt zu einer nicht dargestellten Klassiervorrichtung
z. B. einem Sichter. Das Gehäuse weist ferner eine Füllschurre 12 für das Mahlgut
und ein Einlaßrohr 13 für komprimierte Luft, die auch erhitzt sein kann, auf.
-
Innerhalb des Gehäuses ist drehbar ein Tisch 15 i angeordnet, der
von einer Abtriebswelle eines Getriebekastens 16 getragen wird. Diese wird über
eine Welle 17 von einem außerhalb des Gehäuses angeordneten und nicht dargestellten
Motor angetrieben. Der Tisch hat eine ringförmige Rinne 18, die im Querschnitt ein
Kreissegment darstellt.
-
In der durch die Rinne gebildeten Bahn laufen drei Kugeln 20. Diese
haben, wie F i g. 2 zeigt, eine solche Größe, daß sie sich seitlich beinahe berühren
und so einen geschlossenen Ring auf der Bahn bilden. Der Radius des Rinnenquerschnittes
ist gleich dem der Kugeln.
-
Ober den Kugeln sind zwei Führungs- und Belastungsringe 22, 23 angeordnet,
die unabhängig voneinander nach oben und unten bewegt werden können, wie dies im
einzelnen weiter unten beschrieben ist. Der äußere Ring 22 besitzt eine Fläche 24,
die jede Kugel auf ihrem oberen, äußeren Quadranten, d. h. seitlich des Scheitelkreises
berührt, wie dies aus F i g. 1. hervorgeht. Hierdurch lastet das Gewicht des Ringes,
das erheblich ist, auf den Kugeln und weist sowohl eine nach unten als auch eine
radial nach innen gerichtete Komponente auf. Die Oberflächen 25, 26 des Ringes,
die an die Fläche 24 angrenzen, sind so ausgebildet, daß die auf die Kugeln wirkenden
Kräfte bei Abnutzung der Fläche 24 sowohl nach Richtung (auf die Kugeloberfläche,
bezogen auf das Zentrum des Kontaktbogens) als nach Größe in gewünschter Weise verändert
werden oder im wesentlichen konstant bleiben, wobei die Abnutzung der Kugeln zulässig
ist.
-
Der innere Ring 23 besitzt eine Fläche 28, mit der er die Kugeln auf
ihrem oberen innere Quadranten berührt. Hierdurch lastet das Gewicht des Ringes,
das im Ausführungsbeispiel beträchtlich, aber geringer als das des Ringes 22 ist,
auf den Kugeln und enfaltet eine nach unten und eine radial nach außen gerichtete
Komponente. Die nach innen gerichtete Druckkomponente des Ringes 22 ist größer als
die nach außen gerichtete Komponente des Ringes 23, und zwar um einen Betrag, der,
wie weiter unten im einzelnen beschrieben ist, größer ist als die nach außen wirkende
Zentrifugalkraft, die auf die Kugeln infolge ihrer Rotation einwirkt, so daß die
resultierende Kraft der Kugeln nach unten und innen gerichtet ist. Demgemäß können
die Kugeln bei ihrer Bewegung auf der Bahn unter der Wechselwirkung von Trägheits-und
Reibungskräften bzw. -momenten frei rotieren, wobei die Kugelzentren gezwungen werden,
sich auf einer Kreisbahn zu bewegen. Die Kugeln haben dabei die Tendenz, die Innenbäche
der Bahn stärker abzutragen als die Außenfläche, und neigen außerdem dazu, sich
entsprechend deren Verschleiß nach innen zu bewegen. Auf diese Weise kann der Abstand
zwischen den Kugeln in Umfangrichtung klein und im wesentlichen konstant gehalten
werden, obgleich der Durchmesser der Kugeln abnimmt. Es ist aber auch möglich, für
die Unterschiede in der Abnutzung der innen- und der Außenfläche der Bahn Kompensationsmittel
vorzusehen.
-
Bei einer anderen Anordnung ist die nach innen gerichtete Kraft des
Ringes 22 gleich der gesamten nach außen wirkenden Kraft der Kugeln, so daß beide
Seiten der Bahnen gleichmäßig abgetragen werden und die kreisförmige Gestalt des
Bahnquerschnittes erhalten bleibt, während ihre Tiefe zunimmt.
-
Die Oberfläche 29 des Ringes 23 ist so ausgebildet, daß bei der Abtragung
der Oberfläche 28 und der Kugeln die nach außen gerichtete Kraft im wesentlichen
konstant bleibt. Sie kann aber auch so geformt
sein, daß sich die
Kraft in vorbestimmter Weise ändert.
-
Um den Tisch 15 läuft, an ihm befestigt, ein Führungsring 30, der
zwischen sich und dem Tisch einen ringförmigen Zwischenraum 31 für die in das Gehäuse
bci 9 eintretende Luft frei läßt. Der Führungsring ist durch schraubenförmige Führungsflächen
32 mit dem Tisch verbunden.
-
Während des Betriebes wird das zu pulverisierende Material auf das
Zentrum des Tisches und in die Bahn 18 durch die Schurre 12 und den Ring 23 übergeführt,
welcher die Mündung der Schurre 12 darstellt. Wenn der Tisch rotiert, werden die
Kugeln auf der Bahn bewegt und zermahlen das Material. Das pulverisierte Gut wird
dann von der Luft erfaßt, die durch den Durchlaß 31 nach oben steigt, während das
unzermahlbare Material über den äußeren Rand des Tisches und durch eine an sich
bekannte, nicht dargestellte Falltür entfernt wird. Die Luft trägt das pulverisierte
Material zwischen den Ringen 22 und 23 und durch den Auslaß 11 nach oben und zu
der Klassiervorrichtung. Außerdem strömt Luft durch das Rohr 13 nach unten und hilft,
das Zentrum des Tisches sauberzuhalten und das Material nach außen zu führen bzw.
es zu trocknen, wodurch vermieden wird, daß die Mühle durch eine anhaftende und
feuchte Masse oder durch teilweise lehmige Partikeln verstopft wird.
-
Ein kleiner Teil der Luft kann durch einen Zwischenraum zwischen dem
äußeren Ring 22 und dem Gehäuse nach unten geleitet werden, um zu verhindern, daß
Staub enthaltende Luft auf die Fläche 24 einwirkt.
-
Um die Ringe 22 und 23 zu führen und sie gegen Drehung zu sichern,
weist jeder von ihnen in gleichen peripheren Abständen radial angeordnete Arme auf,
die durch Schlitze 35 des Gehäuses 10 nach außen führen. In F i g. 2 ist einer der
Arme 36 des Ringes 22 und einer der Arme 37 des Ringes 23 dargestellt. Die Arme
37 gehen durch Schlitze 38 des Ringes 22 nach außen. Jeder der Arme 36, 37 weist
an seinem äußeren Ende eine Rolle 40 auf, die auf einer Führungsfläche 41 läuft.
Letztere ist an dem Gehäuse befestigt, um den Ring in vertikaler Richtung zu führen.
Die Rollen sind in radialer Richtung verstellbar, so daß jeder Ring in bezug auf
die Kugeln zentriert werden kann. Ferner besitzt jeder Arm eine Rolle 42, die auf
einer festen vertikalen Führungsfläche 43 läuft und die Ringe gegen Rotation sichert.
Um den Austritt von Luft durch die Schlitze 35 zu verhindern, weist der äußere Ring
22 einen Dichtungsring 44 auf, der an der Innenseite des Gehäuses 10 anliegt.
-
In dem oben beschriebenen Beispiel wirkt auf die Kugeln nur das Gewicht
der zwei Ringe 22, 23. Diese Last kann durch zusätzliche Gewichte verändert werden,
z. B. durch zusätzliche Ringe, wie sie mit 22a und 23a bezeichnet sind.
-
Bei der in F i g. 1 dargestellten Anordnung wirkt die Last des äußeren
Ringes 22 auf jede Kugel in Richtung des Pfeiles BO. Das Gewicht des inneren
Ringes 23 wirkt in Richtung des Pfeiles CO. Diese Kräfte zusammen mit dem in Richtung
0A wirkenden Gewicht der Kugel erzeugen eine nach innen gerichtete Resultierende
0E, die auf den Tisch wirkt. Bei dieser Belastung ist die Rollachse, die eine Komponente
der Kugelbewegung darstellt, annähernd durch die Linie 0D gegeben, die den Winkel
BOE halbiert. Das Zentrum C des Kontaktbogens des inneren Ringes 23 liegt auf oder
unmittelbar neben der Linie BD, wodurch die Relativbewegung und damit die Abnutzung
zwischen der Kugel und den Ringen reduziert wird. Im Betrieb rotiert die Kugel infolge
von Kreisel- und kreiselähnlichen Momenten um die durch O gehende Achse, die senkrecht
zur Zeichenebene verläuft. Die Ringe 22, 23 zwingen die Kugeln, wie bereits ausgeführt
wurde, der kreisförmigen Bahn zu folgen.
-
F i g. 3 zeigt eine Konstruktion, bei der die Belastung und Führung
der Kugeln durch zwei Ringe erfolgt, die lediglich außerhalb des die Kugelscheitel
verbindenden Kreises angeordnet sind. Die beiden Ringe 50 und 51 können entsprechend
der für die Kugeln erwünschten Belastung und der gewünschten Rotationsgeschwindigkeit
getrennt oder zusammen verwendet werden. So wird man bei größeren Geschwindigkeiten
nur den äußeren Ring 50 benutzen, der eine größere nach innen gerichtete Kraftkomponente
auf die Kugeln ausübt. Ist hingegen ein großes Mahlgewicht erforderlich, so benutzt
man beide Ringe. Es können Organe vorgesehen sein, wie z. B. Lenker 52 um die Ringe
außer Funktion zu setzen. Jeder Ring hat drei solcher Lenker, die in gleichen Abständen
um den Ring angeordnet sind, wobei jeder durch eine feste Konsole 53 des Gehäuses
ragt und eine auf der Konsole aufruhende Mutter 54 aufweist, die es gestattet, den
Ring lösbar im Abstand von den Kugeln zu halten. Bei einer abgewandelten Ausführungsform
berührt der Ring 51 die Kugeln innerhalb des ihre Scheitel verbindenden Kreises,
wobei er auch in diesem Fall wieder benutzt wird, wenn eine schwere Kugelbelastung
bei kleiner Geschwindigkeit erforderlich ist.
-
Die F i g. 3 zeigt auch noch einen weiteren Weg dafür, wie die Belastung
und ihre Verteilung auf die Kugeln variiert werden kann. Dort ist eine Einrichtung
58 vorgesehen, welche auf außer Gleichgewicht befindliche Belastung ansprechend,
wahlweise drei mit jedem Ring 50 und 51 verbundene, in gleichen Abständen angeordnete
hydraulische oder pneumatische Preßvorrichtungen 56 betätigt, durch die zusätzliche,
nach unten gerichtete Kräfte auf den Ring ausgeübt werden können, so daß die Last
des Ringes auf die Kugeln erhöht werden kann. Natürlich können die Preßvorrichtungen,
falls erforderlich auch so angeordnet sein, daß sie eine nach oben gerichtete Kraft
auf den Ring ausüben, um auf diese Weise das Gewicht des Ringes auf die Kugeln zu
verringern. Ein vorzugsweise steuerbares Drosselelement 57 kann in die Zuflußleitung
zu der Preßvorrichtung eingebaut sein, so -daß eine beträchtliche Dämpfung auf die
Bewegungen der Ringe ausgeübt werden kann.
-
F i g. 4 zeigt schematisch eine Anordnung, bei der die Belastung der
Kugeln zu einem erheblichen Teil von Federn ausgeübt wird. Wie im ersten Beispiel
sind jeweils zwei Ringe 61, 62 innerhalb und außerhalb des die Scheitel der Kugeln
verbindenden Kreises vorgesehen; im vorliegenden Fall sind die Ringe aber leichter
gehalten, und ihr Gewicht bildet nur einen Teil der auf die Kugeln wirkenden Last.
An drei in gleichen Abständen um die Ringe verteilten Stellen sind Druckfederaggregate
vorgesehen, von denen eins im folgenden beschrieben ist. Von den beiden Ringen wird
eine Brücke 64 getragen, auf die über einen Treiber 67 eine Feder 66 einen nach
unten gerichteten Druck ausübt. Die Feder stützt
sich über einen
zweiten Treiber 68 gegen einen Träger 69 ab, der an dem Gehäuse befestigt ist und
in vertikaler Richtung verstellt werden kann, wodurch die Kraft der Feder variierbar
ist. Die beiden Teile 67, 68 werden von einer Gabel 70 gehalten, die durch nicht
dargestellte, außerhalb des Gehäuses angeordnete Organe in radialer Richtung bewegbar
ist. Auf diese Weise kann der Angriffspunkt der Feder auf der Brücke 64 und damit
die Aufteilung des Federdruckes auf die Ringe 61 und 62 variiert werden, wodurch
die Richtung der resultierenden Kraft der Kugeln auf den Tisch verändert werden
kann.
-
F i g. 5 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher der Tisch 70 feststeht
und die Belastungsringe 71, 72 rotieren, um die Kugeln 20 auf der Bahn rollen zu
lassen. Außerdem stammt das auf die Kugeln wirkende Gewicht zum Teil von dem nicht
dargestellten Antriebsmotor und einem Getriebekasten 73. Dieser ist gegen Drehung
gesichert, hingegen ist eine senkrechte Bewegung desselben und des Motors möglich.
An der Abtriebswelle 74 des Getriebes sitzt ein Sternrad 75, dessen Arme 76 mit
dem äußeren Ring 72 verbunden sind. Der innere Ring 71 ist an seinem oberen Ende
als Trichter 77 ausgebildet, in den zwischen den Armen 76 hindurch das Mahlgut aus
einer Schurre 78 geschüttet wird. Der Trichter und der innere Ring 71 können starr
mit den Armen 76 und dem äußeren Ring verbunden sein. Natürlich können aber der
innere und der äußere Ring auch unabhängig voneinander in vertikaler Richtung bewegbar
sein und durch die Arme 76 angetrieben werden. Durch den Tisch verläuft eine Luftleitung
79.
-
Wenn die Kugeln infolge der Abnutzung kleiner werden, nimmt ihr Abstand
zu, was zur Folge hätte, daß die Zwischenräume zwischen benachbarten Kugeln verschieden
groß würden und die Tragelemente für den Tisch infolgedessen während der Rotation
ungleichmäßig belastet würden, wenn nicht Gegenmaßnahmen getroffen würden. Falls
erforderlich, können deshalb Organe vorgesehen werden, die auf die erwähnte Gewichtsverlagerung
ansprechen und eine Zunahme des Druckes, z. B. durch eine Flüssigkeit, ein Gas,
eine Feder oder ein Gewicht, auf einen äußeren Ring gestatten, um so die nach innen
weisende Kraftkomponente zu erhöhen. Da- , durch wird die Abnutzung an der Innenfläche
der rinnenförmigen Bahn erhöht, so daß die Kugeln das Bestreben haben, aneinanderzurücken
und ihren anfänglichen gegenseitigen Zwischenraum wiederherzustellen. Belastungen,
die in dieser Weise gesteuert ; werden. können bei irgendeiner der beschriebenen
Konstruktionen benutzt werden, wobei in einer abgewandelten Ausführungsform die
Steuerung derart ausgebildet sein kann, daß die Last an einem inneren Ring reduziert
wird.
-
In den Fig. 5 und 6 ist ein Käfig 80 für die Kugeln dargestellt. Dieser
Käfig sitzt anfänglich ziemlich hoch auf den Kugeln, die sich beinahe berühren.
Wenn aber die Kugeln und der Käfig abgetragen werden, sinkt er allmählich tiefer,
so daß seine Arme 81 zwischen die Kugeln zu greifen bestrebt sind und diese gleichmäßig
auseinander halten.