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Die Erfindung betrifft eine Walze für eine Rollenpresse, aufweisend eine Welle und eine Walzenbandage.
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Zur Zerkleinerung von sprödem Mahlgut wird nach Schönert et al in der
DE 27 08 053 C3 vorgeschlagen, Mahlgut einer Hochdruckbehandlung zu unterziehen. Dabei wird das Mahlgut durch einen Walzenspalt zwischen zwei gegenläufig rotierenden Walzen gezogen, wobei die Walzen bei der Passage des Mahlguts keinen oder nur sehr geringen Schlupf aufweisen. Das Mahlgut wird daher ausschließlich durch Druckbehandlung, nicht jedoch durch scherende Beanspruchung zerkleinert.
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Die Hochdruckbehandlung erfordert sehr hohe Pressdrücke, durch welche die Walzen stark einer schleißenden Beanspruchung ausgesetzt sind. Um die Oberfläche vor Verschleiß zu schützen, ist es nach der
DE 41 32 474 A1 bekannt, harte Bewehrungskörper in die Oberfläche der Walzen einzubringen. Zwischen den Walzen sammelt sich ein Bett aus zerkleinertem Material, das eine stationäre Schicht zwischen Walzenoberfläche und Mahlgut ausbildet. Neben der schleißenden Beanspruchung ist die Walzenoberfläche auch einer Walkbewegung ausgesetzt. Bei den sehr hohen Drücken im Walzenspalt erfährt die Oberfläche der Walzen eine im Elastizitätsbereich liegende sehr geringe Kompression und Entspannung, ähnlich eines Luftreifens eines Fahrzeuges im Betrieb. Je nach Materialeigenschaft der Walzenoberfläche wird bei der Hochdruckzerkleinerung das Material auch plastisch verformt. Durch die – wenngleich nur geringfügige – plastische Verformung werden die in der Oberfläche eingebrachten Hartkörper in die Oberfläche eingearbeitet, weil sich die Ränder der Bohrungen auf der Walzenoberfläche, in denen die Hartkörper liegen, verformen.
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Neben der Walkbewegung und dem Verschleiß ist die Oberfläche der Walzen im Betrieb auch sehr starken Belastungen ausgesetzt, welche durch die Passage von nicht durch Hochdruckbehandlung zerkleinerbarem Material entstehen. Insbesondere ist die Passage von Metallstücken, beispielsweise von abgebrochenen Baggerzähnen, Montagebolzen, Installationsmaterial oder Werkzeugen aus Metall. Bei der Passage von Metallstücken erfährt die Walze einen starken Schlag, der einerseits die Oberfläche der Walze zerstören kann aber auch die Lager und den Maschinenrahmen der Hochdruckwalzenpresse stark belastet. Im Prinzip ist bis heute eine Schlagdämpfung bei Hochdruckrollenpressen ausschließlich durch die Hydraulik vorgesehen, die zur Erzeugung des Walzenspaltdrucks eingesetzt wird. Diese Hydraulik hält die Walzen in einem bestimmten Abstand voneinander. Wenn die Walzen aufgrund der Passage von größeren Mahlgutstücken plötzlich auseinander fahren, den Walzenspalt also weiten, wird Hydraulikflüssigkeit vom Hydraulikzylinder in vorhandene Blasenspeicher gepresst. Diese Dämpfung hat sich bisher als ausreichend herausgestellt. Eine genaue Analyse der Oberflächenschädigung hat aber gezeigt, dass eine weitere Dämpfung mit einer geringeren Dämpfungskonstante notwendig ist, um die sehr plötzlichen Schläge ausgleichen zu können.
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Aufgabe der Erfindung ist es somit, eine Walze für eine Hochdruckwalzenpresse zur Verfügung zu stellen, die unempfindlicher gegen plötzliche Schläge durch Passage von nicht zerkleinerbarem Material ist.
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Die Erfindung wird gelöst durch die Walze nach Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Walze für die Hochdruckwalzenpresse weist eine zentrale Welle auf, einen Bandage aus besonders hartem oder widerstandsfähigem Material, wobei die Bandage und die Welle über eine elastische Schicht miteinander verbunden sind. Die erfindungsgemäße Walze weist also eine Art Radreifen auf. Die Wandstärke des Radreifens nimmt zwischen 5% und 30% des gesamten Radius der Walze ein. In Bezug auf erhältliche Materialien hat sich eine Wandstärke des Radreifens als günstig herausgestellt, der zwischen 5% und 10% des Radius der gesamten Walze aus Welle, elastischem Material und Bandage ausmacht.
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Die elastische Schicht führt im Betrieb eine Walkbwegung aus, wobei die Walkbewegung der Oberfläche der Bandage verringert wird. Neben der Übertragung der Walkbewegung von der Bandage auf den Radreifen zur Verlängerung der Lebensdauer der Walze hat der Radreifen noch einen weiteren vorteilhaften Effekt.
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Bisher ist es bekannt, die Bandage auf die Welle aufzuschrumpfen. Hierzu muss die Bandage erhitzt werden, damit sich ihr Durchmesser vergrößert und im erhitzten Zustand kann die Bandage von der Welle mit Hilfe von entsprechendem Maschinenwerkzeug abgezogen werden.
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Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Walze ist die Erhitzung der Walzenbandage nicht mehr notwendig. Es genügt, wenn die zentrale Welle mit einem Radreifen überzogen wird und anschließend wird mit den gleichen Maschinenwerkzeugen, die zur Montage der Bandage auf die Walze verwendet werden, die Bandage auf den Radreifen gestülpt. Hierzu kann der Radreifen mit Gleitmitteln, wie sie aus der Kfz-Reifenmontage bekannt sind oder auch Talkum verwendet werden. In spezieller Ausgestaltung der Erfindung kann auch ein Gleitmittel verwendet werden, das abbindet, somit also nach dem Überziehen das elastische Material mit Welle und Bandage verklebt. Dass eine Erhitzung der Bandage nicht notwendig ist, hat den ersten Vorteil der Zeit- und Energieersparnis zur sehr langsamen Erhitzung der mitunter 50 t wiegenden Walzen. Des Weiteren wird der nicht unproblematische Umgang mit der sehr heißen Walze vermieden. Ein größerer Vorteil neben der Schlagdämpfung bei der Verwendung des Radreifens ist aber auch, dass die Oberfläche keine Änderung der Materialeigenschaften erfährt. Besonders bei Walzenbandagen aus ADI (Austempered Ductile Iron), einem speziellen Grauguss, der bei mechanischer Beanspruchung erhärtet und somit stets widerstandsfähiger wird, ist die Vermeidung von Hitze sehr vorteilhaft. Schon bei ca. 400°C ändert sich die Phasenstruktur von ADI. Diese Temperatur kann bei unvorsichtiger Erhitzung durch Gasbrenner auf der Oberfläche leicht überschritten werden. Die Folge davon ist ein ungleichmäßiges Oberflächenbild der Bandage, die sich in Ausbrüchen der Oberfläche bei starker Belastung zeigt. Der Einsatz des Radreifens hat somit viele Vorteile.
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Es ist wichtig, dass die Wahl der Stärke des Radreifens und auch die Elastizität des Radreifens durch ein Experiment eingestellt wird. Ist der Radreifen zu elastisch, dann rotiert die Bandage um einen geringfügig anderen stationären Drehpunkt als die Welle, wobei der Teil des Radreifens, der zum Walzenspalt gerichtet ist, eine starke Walkbewegung durchführt. In diesem Zustand kann der Walzenspaltdruck nicht adäquat aufrecht erhalten werden, der Radreifen, sofern nicht ausschließlich aus Gummi, heizt sich auf und verliert rasch seine dauerelastischen Eigenschaften. Ist der Radreifen zu hart, so tritt die erwünschte Schlagdämpfung nicht ein.
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Der Radreifen, der schlauchartig über die Welle gezogen wird, hat wenig Freiraum zur Ausdehnung bei Verformung. Ein Gummipuffer, der komprimiert wird, hat Möglichkeit, durch Vergrößerung des Durchmessers auszuweichen. Der Radreifen hat als einzige Möglichkeit die Verschiebung des eigenen Volumens zu Gunsten eines doppelwandigen Zylinders mit variabler Wandstärke oder die elastische Schicht tritt aus dem Rand der Walze aus. Es ist daher wichtig, den Rand des Radreifens zu schützen. An dieser Stelle ergibt sich auch die Möglichkeit, die Dämpfungskonstante des Radreifens zu variieren. Hierzu wird eine ringförmige Barriere auf der Welle oder auf der Walze angebracht, welche verhindert, oder zumindest einschränkt, dass das Volumen des Radreifens seitlich aus den Walzen heraustritt.
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Als Material für die Radreigen eignet sich natürliches oder künstliches Gummi. Dieses kann einvulkanisierte Fasern aufweisen, um das Gefüge des Gummis zu stabilisieren und um die Elastizitätseigenschaften des Gummis einzustellen. Alternativ kann auch ein künstliches Elastomer eingesetzt werden, wie Neopren, aber auch Silikon, wobei die Elastomere ebenfalls durch eingearbeitete Fasern in ihren elastischen Eigenschaften eingestellt werden können.
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Um die erfindungsgemäße Walze herzustellen, eignet sich ein Überziehen der zentralen Walze mit einem Schlauch aus elastischem Material. Diese Kombination aus Welle und elastischem Material wird sodann in die Bandage eingetrieben. Alternativ kann auch zunächst das elastische Material in die Bandage eingebracht werden und in die Öffnung des elastischen Materials wird die Welle eingetrieben.
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Neben dem Überziehen mit einem Schlauch aus elastischem Material eignet sich auch ein Verfahren, bei dem Walze und Welle zentriert aufgestellt werden und in den zylindrischen Spalt wird ein nicht abgebundenes Elastomer injiziert. Der Radreifen wird so also in den Spalt zwischen Welle und Bandage gegossen. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass die Verbindung von Welle und Radreifen und von Radreifen und Bandage fester ist als bei dem lediglichen Aufziehen. Durch die festere Verbindung kann ein höheres Drehmoment über den Radreifen übertragen werden, was bei Hochdruckwalzenpressen, die nur eine angetriebe Walze aufweisen, wichtig ist.
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Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
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1: eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Walze für eine Hochdruckrollenpresse,
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2: eine erste Abfolge zur Darstellung der Herstellung einer Walze für eine Hochdruckrollenpresse,
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3: eine zweite Abfolge zur Darstellung der Herstellung einer Walze für eine Hochdruckrollenpresse,
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In 1 ist eine Skizze einer erfindungsgemäßen Walze 1 für eine Hochdruckwalzenpresse dargestellt, bestehend aus einer Bandage, die den äußersten Teil der Walze bildet und auf deren Oberfläche die Mahlgutzerkleinerung stattfindet. Die Walze ist konzentrisch in verschiedene Bereiche unterteilt. Der nächste Bereich wird durch eine elastische Schicht 2 gebildet, die hier als schwarzer Radreifen aus Gummi dargestellt ist. Dabei eignen sich jedoch auch andere Elastomere, wie beispielsweise künstliches Gummi, Neopren, Silikon, aber auch andere bekannte künstliche Elastomere. Dieser Radreifen umschließt schließlich die zentrale Welle 4, durch welche die Walze in der Hochdruckrollenpresse geführt ist.
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Im Betrieb durchläuft die elastische Schicht, im Folgenden kurz „der Radreifen” genannt, eine Walkbewegung. Dabei verformt sich der Radreifen auf der dem Walzenspalt zugewandten Seite oder dem Walzenspalt zugewandten Sektion der zylindrischen Walze unter Kompression und dauf der dem Walzenspalt gegenüberliegenden Seite vergrößert sich die Radreifenstärke. Um das Volumen entsprechend auszugleichen bläht sich der Radreifen zu den flachen Seiten des Zylinders aus und zieht sich dort zusammen. Durch eine Barriere 5, die an der Welle 4 oder an der Bandage 3 angebracht werden kann, lässt sich die Dämpfungsintensität des Radreifens einstellen.
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In 2 ist eine Abfolge verschiedener Zustände der Walze 1 bei ihrer Herstellung dargestellt. Beginnend mit der Bandage 2 wird ein Schlauch aus elastischem Material als elastische Schicht 3 mit der Bandage 2 überzogen. Auf diese Weise entsteht die im mittleren Bild abgebildete Kombination aus Schlauch und Bandage. In diese Kombination aus Schlauch als elastische Schicht 3 und Bandage 2 wird eine zentrale Welle 4 eingepresst.
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Alternativ ist es auch möglich gemäß 3 mit der zentralen Welle 4 zu beginnen, auf diese den Schlauch als elastische Schicht 3 aufzuziehen und diese Kombination aus Welle und Schlauch als elastische Schicht 3 sodann in die Bandage 2 einzupressen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2708053 C3 [0002]
- DE 4132474 A1 [0003]
