DE202009016825U1

DE202009016825U1 - Wälzmühle

Info

Publication number: DE202009016825U1
Application number: DE200920016825
Authority: DE
Original assignee: Gebr Pfeiffer AG
Current assignee: Gebr Pfeiffer AG
Priority date: 2009-12-11
Filing date: 2009-12-11
Publication date: 2010-04-08
Anticipated expiration: 2019-12-12

Abstract

Wälzmühle, umfassend
– ein Gehäuse,
– einen Mahlteller (1) mit Mahlbahn,
– auf der Mahlbahn abrollende Mahlwalzen (M), wobei die Mahlwalzen (M) im laufenden Betrieb außer Eingriff bringbar sind,
– ein Axiallager für den Mahlteller (1),
– ein Radiallager (3) für den Mahlteller (1)
– und wenigstens zwei Antriebe (A) mit Motor und Getriebe, die den Mahlteller (1) antreiben,
gekennzeichnet durch die Merkmale:
– die Antriebe (A) besitzen differierende Eigenschaften,
– wenigstens eines der Getriebe umfasst eine Turbo-Kupplung (T).

Description

Die Erfindung betrifft Wälzmühlen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Wälzmühlen sind seit über 100 Jahren bekannt und weltweit im Einsatz. Es gibt sie in den unterschiedlichsten Konstruktionen. So zeigt beispielsweise die DE 153 958 C aus dem Jahr 1902 eine Kegelmühle mit einem umlaufenden Mahlteller, auf dem acht Mahlkegel unter Federdruck aufliegen.
Moderne Mühlen verwenden Mahlwalzen, die zur Erzeugung einer großen Mahlleistung große Gewichte und Durchmesser besitzen. Man vergleiche DE 198 26 324 C , DE 196 03 655 A oder EP 0 406 644 B . Dieser Wälzmühlentyp hat sich in der Praxis weitestgehend durchgesetzt, weil er in konstruktiver, regelungstechnischer und energiewirtschaftlicher Hinsicht erhebliche Vorteile aufweist.
Haupteinsatzgebiete moderner Wälzmühlen sind die Zementindustrie und die Kohlekraftwerke. In der Zementindustrie werden Wälzmühlen sowohl zur Herstellung von Zementrohmehl als auch zur Klinkervermahlung und zur Kohlevermahlung verwendet. Im Verbund mit Drehrohröfen und Kalzinieranlagen können die Ofenabgase aus dem Wärmetauscher und dem Klinkerkühler dazu verwendet werden, das Mahlgut zu trocknen und das gemahlene Gut pneumatisch zu transportieren. In der Kraftwerkstechnik dienen die Wälzmühlen dazu, die Kohle fein zu mahlen und mit Hilfe der Sichtluft in den Kessel zu fördern, nach Möglichkeit ohne Verwendung eines Zwischenbunkers.
Moderne Großmühlen benötigen Antriebsleistungen bis zu 10 MW. Es versteht sich, dass die zugehörigen Lager und Antriebe, insbesondere die Motoren und Getriebe, einer besonderen Konstruktion bedürfen. Besonders belastet sind die Verzahnung, die Wellenlagerung, das integrierte Axial-Drucklager und seine Unterstützung innerhalb des Getriebegehäuses Bei Antriebsleistungen bis 6 MW haben sich als Stand der Technik die Kegelrad-Planetengetriebe durchgesetzt, die aufgrund ihrer kreisrunden Bauform an den kreisrunden Mahlteller angepasst sind und die die statischen und dynamischen Mahlkräfte in das Fundament leiten. Man vergleiche DE 3507 913 A oder DE 37 12 562 C . Als Axialdrucklager werden Kippsegmentlager mit hydrodynamischer und/oder hydrostatischer Schmierung eingesetzt. Man vergleiche DE 33 20 037 C .
Diese an sich platzsparende Konstruktion eines Antriebs hat jedoch auch Nachteile. Sobald an nur einer Komponente ein Problem auftritt, muss der gesamte Antrieb ausgebaut werden. Dabei hat es sich als besonders nachteilig herausgestellt, dass es sehr schwierig ist, die Räder des Planetengetriebes einer Sichtkontrolle zu unterziehen; dies ist oft erst nach Ausbau des kompletten Antriebs möglich. Da diese Antriebe Sonderkonstruktionen sind, dauert eine Ersatzbeschaffung entsprechend lange, d. h. Wochen oder Monate, da eine Ersatzbevorratung wegen der Sonderkonstruktion als kostenintensiv gilt. Das ist unbefriedigend.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Antriebskonstruktion ist der sogenannte Wartungs-Antrieb, der während bestimmter Wartungs- und Reparaturarbeiten den Mahlteller dreht. Auch der Wartungsantrieb funktioniert jedoch nur so lange, wie das Hauptgetriebe selbst funktioniert.
Selbstverständlich hat es nicht an Vorschlägen gefehlt, diese Unzulänglichkeiten und Nachteile zu beseitigen. So zeigt die DE 39 21 116 C eine Antriebseinrichtung für eine Rollenmühle mit einem um eine vertikale Achse drehbaren Mahlteller, der einen mit dem Mahltellerunterteil verbundenen Zahnkranz aufweist. Des Weiteren sind zwei diagonal angeordnete Antriebe vorgesehen, bestehend aus je einem Antriebsmotor und einem Untersetzungsgetriebe. Jedes Untersetzungsgetriebe weist zwei Ritzel auf, die mit dem Zahnkranz des Mahltellers kämmen.
Aus der DE 76 29 223 U ist eine Wälzmühle bekannt, unter deren Mahlteller ein Zahnring angebracht ist, mit dem die Ritzel von vier Hydraulikmotoren kämmen, die mit senkrecht stehender Welle im Boden des Mühlengehäuses befestigt sind.
Aus der DE 197 02 854 A1 ist eine Wälzmühle mit vier auf dem Mahlteller abrollenden Mahlwalzen bekannt, wobei jede Mahlwalze durch einen eigenen Antrieb, bestehend aus Elektromotor und Untersetzungsgetriebe, angetrieben wird. Der Mahlteller wird während des Zerkleinerungsbetriebs frei drehbar gehalten und ist nur über das Mahlgutbett drehantriebsmäßig mit den Mahlrollen gekoppelt. Um den Mahlteller zu drehen, bis sich auf diesem ein ausreichend dickes und gleichmäßiges Mahlbett gebildet hat, ist jedoch ein zusätzlicher Anfahrantrieb nötig. Um Leistungsdifferenzen zwischen den einzelnen Drehantrieben aller vier angetriebenen Mahlwalzen ausgleichen zu können, muss wieder eine Lastausgleichsregelung vorgesehen werden.
Die Mehrmotor-Antriebskonzepte konnten sich trotz theoretischer Vorteile bisher in der Praxis nicht durchsetzen. Bei Hydraulikantrieben ist nachteilig der im Vergleich zu Elektroantrieben niedrige Wirkungsgrad sowie die geringe Verfügbarkeit und Lebensdauer der Hydraulikkomponenten. Mehrmotor-Antriebe mit Elektromotoren und Untersetzungsgetriebe konnten sich nicht durchsetzen, weil sich im Betrieb erhebliche Drehmomentüberhöhungen ausbilden, die eine Überlastung der Getriebe bis hin zur Zerstörung zur Folge haben können. Ursachen hierfür sind unvermeidliche Unterschiede in den elektrischen bzw. mechanischen Eigenschaften der Elektromotoren und der Untersetzungsgetriebe. Diese Unterschiede entstehen zum einen durch unvermeidbare Fertigungsstreuungen, zum anderen durch Abnutzung während des Betriebs. Bei Mehrfachantrieben führt dies dazu, dass der schneller drehende Motor mehr Last übernimmt als der/die andere/n. Soll eine Mühle mit einer Antriebsleistung von beispielsweise 10 MW mit vier Antrieben betrieben werden, so muss jeder Antrieb, bestehend aus Elektromotor und Untersetzungsgetriebe, eine Leistung von 2,5 MW übertragen. Unterscheiden sich diese Antriebe auch nur um 1%, so differieren die Antriebsleistungen immerhin um 25 kW. Bei derart großen Leistungen, wie sie bei Wälzmühlen im Industriemaßstab typisch sind, sind Lastausgleichsmaßnahmen unumgänglich, um zu verhindern, dass einer der Antriebe überbelastet wird und verschleißt.
Bei Mehrfachantrieben kann es im Betrieb außerdem zu maschinendynamischen Effekten kommen wie Lastpendeln oder Hunting, wodurch zusätzliche, die Mechanik schädigende dynamische Kräfte entstehen. Die Beseitigung dieser relativ hochfrequenten Regelschwingungen ist zwar möglich, aber dabei besteht leider die Gefahr, dass die Lastregelung selbst zu langsam wird. Leider sind Lastausgleichsregelungen auch sehr aufwändig, insbesondere wenn die Zahl der Antriebsmotoren groß wird. Eine große Zahl von Antriebsmotoren hätte andererseits den Vorteil, dass jede Antriebseinheit nur eine entsprechend kleine Leistung haben müsste, so dass sogar Serienmotoren und Seriengetriebe verwendet werden können, deren Preise niedrig und deren Verfügbarkeit hoch ist.
Insgesamt ist die aktuelle Situation äußerst unbefriedigend.
Es wurde versucht, die geschilderten Probleme zu beseitigen, indem Motoren und Getriebe mit möglichst identischen Kennwerten zusammengestellt wurden. Dies war jedoch zeit- und kostenaufwändig und konnte die Probleme nicht beseitigen, nur reduzieren.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Wälzmühlen mit wenigstens zwei Mahlwalzen und wenigstens zwei Antrieben anzugeben, deren Getriebe einen Lastausgleich erlauben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch Wälzmühlen mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Die vorliegende Erfindung begreift die oben beschriebenen Nachteile des Mehrmotor-Antriebs bei Wälzmühlen nicht als Nachteil oder Ursache von Schäden; vielmehr werden diese Unterschiede in den Antrieben bewusst einkalkuliert, durch die Verwendung von Turbokupplungen jedoch eliminiert.
Turbokupplungen sind hydrodynamische Mehrkreislaufgetriebe, bei denen die Leistung im gesamten Betriebsbereich hydrodynamisch nach dem Föttinger-Prinzip übertragen wird. Wichtigstes Merkmal ist das Füllen und Entleeren der hydrodynamischen Kreisläufe. Turbogetriebe bieten verschleißfreies Anfahren, Freilaufwirkung durch Entleeren der Kreisläufe sowie einen hohen Wirkungsgrad im Betriebsbereich. Als Betriebsflüssigkeit hat sich heute Mineralöl durchgesetzt.
Die Drehzahlkennlinie von Turbokupplungen ist deutlich flacher als die von Asynchronmotoren. Meist reicht alleine dies schon aus, um eine gleichmäßige Verteilung der statischen Last zu erreichen. Falls nötig kann durch die Zugabe von mehr oder weniger Fluid die Charakteristik der Turbokupplungen in weiten Grenzen variiert werden. Trotz der motorseitigen Drehzahlunterschiede sind die Getriebedrehzahlen gleich.
Insbesondere ist von Vorteil, dass das verwendete Hydraulikfluid die höherfrequenten Anteile der Regelschwingungen ebenso dämpft wie Drehmomentstöße. Die Übertragung von Schwingungen zwischen Motor und Mühle wird stark reduziert, ohne dass es zusätzlicher Maßnahmen bedarf. Im Extremfall wirkt die Turbokupplung als passiver Drehmomentbegrenzer. Der dynamische Lastausgleich ist ebenfalls hergestellt.
Es besteht sogar die Möglichkeit, Antriebe mit völlig verschiedener Leistung zu kombinieren.
Vorteilhafterweise ist der Mahlteller mit einem Zahnkranz ausgerüstet, auf den die Antriebe wirken.
Normalerweise sind die Antriebe mit gleichem gegenseitigem Winkelabstand um den Mahlteller herum positioniert. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung können die Winkelpositionen der Antriebe jedoch auch veränderbar sein.
Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Die Figur zeigt eine Draufsicht auf eine Wälzmühle mit einem rotierenden Mahlteller 1, auf dessen Mahlbahn sechs Mahlwalzen M abrollen. Der Mahlteller 1 wird von einem Axiallager und einem Radiallager 3 gehalten. Jede Mahlwalze M ist so gelagert, dass sie von der Mahlbahn abgehoben und aus der Mühle heraus geschwenkt werden kann.
Des Weiteren erkennt man zwischen den sechs Mahlwalzen M sechs Antriebe A, bestehend aus Motor, vorzugsweise Elektromotor, und Getriebe. Alle Antriebe A arbeiten auf einen Zahnkranz (nicht dargestellt), der am Mahlteller 1 befestigt ist.
Um die konstruktionsbedingten oder auch bewusst gewählten Unterschiede in den Eigenschaften der Antriebe A, d. h. in den Eigenschaften der Elektromotoren und der Untersetzungsgetriebe, egalisieren zu können, ist wenigstens einem der Getriebe, vorzugsweise jedem Getriebe, eine Turbokupplung T zugeordnet. Die Drehmomentkennlinie der Turbokupplungen T ist so gewählt, dass die unterschiedlichen Eigenschaften der Antriebe A ausgeglichen werden, so dass jeder Antrieb A mit seiner Nennleistung den Mahlteller 1 antreibt. Überlastungen oder Regelschwingungen können nicht auftreten. Durch Entleeren der Turbokupplungen lassen sich die Antriebe A auch deaktivieren, ohne mechanisch bewegt zu werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 153958 C [0002]
- DE 19826324 C [0003]
- DE 19603655 A [0003]
- EP 0406644 B [0003]
- DE 3507913 A [0005]
- DE 3712562 C [0005]
- DE 3320037 C [0005]
- DE 3921116 C [0008]
- DE 7629223 [0009]
- DE 19702854 A1 [0010]

Claims

Wälzmühle, umfassend – ein Gehäuse, – einen Mahlteller (1) mit Mahlbahn, – auf der Mahlbahn abrollende Mahlwalzen (M), wobei die Mahlwalzen (M) im laufenden Betrieb außer Eingriff bringbar sind, – ein Axiallager für den Mahlteller (1), – ein Radiallager (3) für den Mahlteller (1) – und wenigstens zwei Antriebe (A) mit Motor und Getriebe, die den Mahlteller (1) antreiben, gekennzeichnet durch die Merkmale: – die Antriebe (A) besitzen differierende Eigenschaften, – wenigstens eines der Getriebe umfasst eine Turbo-Kupplung (T).
Wälzmühle nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch das Merkmal: – der Mahlteller (1) ist mit einem Zahnkranz ausgerüstet, auf den die Antriebe (A) wirken.