DE4335797C2 - Exzenter-Schwingmühle - Google Patents
Exzenter-SchwingmühleInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Exzenter-Schwingmühle
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Wie bekannt ist, bestehen Schwingmühlen aus zylin
drischen, trogähnlichen oder muldenförmigen, auf
Gummipuffern oder Federn frei beweglich gelagerten
Behältern, die entweder durch eine im Massenmittel
punkt umlaufende oder durch mehrere auf den Massen
mittelpunkt abgestimmte Erreger in Form von Unbalancen
annähernd in kreisschwingende Bewegungen versetzt
werden. Den in den Mahlbehältern befindlichen Mahl
körpern werden von den schwingenden Mahlbehältern Stöße
erteilt, die durch Impulsfortpflanzung in das Innere
der Mahlkörperfüllung gelangen. Die Zerkleinerung
erfolgt durch Stoß- und Reibungsereignisse zwischen
den Mahlkörpern selbst und zwischen den Mahlkörpern
und der Behälterwand. Die Mühlenfüllung
führt jeweils entgegen der Arbeitsrichtung des
Erregers eine Umlaufbewegung aus, wodurch der Transport
des Mahlgutes gewährleistet wird.
Bei allen heute üblichen Schwingmühlenbauarten
(Fertigungsprogramme der Firmen: KHD Humbold Wedag AG,
Köln; Aulmann und Beckschulte, Maschinenfabrik Berg
neustadt; Siebtechnik GmbH Maschinen- und Apparatebau,
Mülheim/Ruhr; IBAG, Neustadt/Weinstraße; Ratzinger
GmbH, München) befindet sich der Unwuchterreger im
Massenmittelpunkt der Maschinen, so daß von einer
annähernden Kreisschwingung ausgegangen werden kann.
Aus der Patentliteratur sind Vorschläge zum Bau
von Schwingmühlen bekannt, bei denen aus
konstruktiven Gründen der oder die Unwuchterreger
zwar außerhalb des Massenmittelpunktes angeordnet
sind, die aber in jedem Fall eine Kreisschwingung
anstreben. Im US-Patent 3 545 688 ist eine Einrohr
schwingmühle beschrieben, bei der das Mahlrohr
beidseitig von zwei horizontal angeordneten Unwucht
motoren in Kreisschwingungen versetzt wird. Gegen
stand der DE 34 04 942 A1 ist eine "Mahlvorrichtung
zum Zerkleinern von grobstückigem Material". Dazu
wird ausgeführt: "Im Betrieb wird die Mahlvor
richtung gemäß der Erfindung mit Hilfe der am Gehäuse
angeordneten Unwuchterregermassen in etwa kreis
förmige Schwingungen versetzt . . . ".
Ein ähnliches Konstruktionsprinzip weist der
Gegenstand der US-Patentschrift 34 25 670 auf.
Der Mahlbehälter wird hierbei durch beidseitig
angebrachte horizontale Stützfedern zusätzlich
zwangsgeführt, so daß lediglich senkrecht stehende
elliptische Schwingungen entstehen, durch die eine
Beanspruchung des Mahlgutes im Sinne eines Poch
werkes erreicht wird. Wie auch für den Gegenstand
der DE 34 04 942 Al bereits zutreffend, liegt not
wendigerweise der Antrieb in der Schwerkraftachse.
Einer weiteren Vorrichtung, bei der zwei gegen
einander umlaufende Unwuchterreger sowohl außer
halb als auch innerhalb der Schwerkraftachse der
Mahlvorrichtung angeordnet sind, ist als
"Vibrating Grinding Mill" in der US 3 391 872
beschrieben. Es handelt sich dabei um das
Prinzip der herkömmlichen Sturzmühle (Kugelmühle),
bei der zur Verbesserung der Mahlwirkung die
übliche Rotation des Mahlbehälters um die hori
zontal gelagerte Achse zusätzlich durch lineare
Schwingungen, hervorgerufen durch die beiden
gegeneinander umlaufenden Unwuchterreger, über
lagert wird. Die Drehbewegung der Mahlkörper
füllung wird durch Rotation des Mahlbehälters
ausgelöst, die entweder frei (als Folge der ge
richteten linearen Schwingungen) oder erzwungen
(durch einen zusätzlichen Drehantrieb) erfolgen
kann und nicht durch die bei üblichen Schwing
mühlen vorhandene Zentrifugalbeschleunigung der
Unwuchten.
In der nicht vorveröffentlichten
DE 42 42 654 A1 wird ein Verfahren zur Naßfeinst- und
Trockenfeinmahlung unter Einsatz einer Lineartrogschwingmühle
beschrieben, wobei diese Schwingmühle aus zwei übereinander
befindlichen, auf Schwingelementen gelagerten Mahlbehältern
besteht und deren zwei Erregereinheiten gemäß den Fig. 1
und 2 exzentrisch einseitig außerhalb der Schwerkraftachse und des
Massenmittelpunktes der beiden Mahlbehälter angeordnet sind.
Erregereinheit und Mahlbehälter liegen aber zwischen den antriebs
seitigen und den dem Antrieb gegenüberliegenden Federnachsen.
Bei einer derartigen Anordnung gemäß den Fig. 1 und 2 wird
entweder eine Kreisschwingung (Fig. 2) oder eine Linearschwingung
(Fig. 1) erzeugt.
Die genannten Vorschläge konnten sich nicht durch
setzen, da sie gegenüber den im industriellen
Einsatz befindlichen Schwingmühlen keinen Vorteil
in Bezug auf Durchsatz und spezifischen Energie
bedarf bieten.
In einer 1992 erschienen Monographie: Kurrer
K.-E. u. a.: "Analyse von Rohrschwingmühlen", Fort
schrittsberichte VDI, Reihe Verfahrenstechnik
Nr. 282, VDI Verlag 1992, werden Untersuchungen der
Bewegungsvorgänge der Mühlenfüllung und der Maschinen
dynamik vorgestellt. Danach gliedert sich der
Mahlraum von Rohrschwingmühlen je nach Erregungs
intensität in energiereiche und energiearme Zonen
(S. 15 ff). Die energiereichste Zone, die Haupt
beanspruchungszone ist gekennzeichnet durch die
stärkste Normalstoß- und Reibstoßkraft (S. 57 ff).
Die Reibstoßkraft ist die Voraussetzung für die
Umlaufbewegung der Mühlenfüllung. Die Umlauf
bewegung der Mühlenfüllung verläuft entgegen der
Drehrichtung des Erregers. Bei der üblichen Kreis
schwingung von Schwingmühlen kann entsprechend
durch Änderung der Drehrichtung des Erregers die
Drehrichtung der Mühlenfüllung im Uhrzeigersinn
oder entgegen dem Uhrzeigersinn erfolgen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch
konstruktive Maßnahmen den Energieeintrag in
Schwingmühlen derart zu erhöhen, daß der Anteil der
energiearmen Zonen minimiert und die bisher dadurch
bedingte obere Grenze des Mahlbehälters- oder
Mahlrohrdurchmessers von 650 mm überschritten werden
kann.
Dies geschieht erfindungsgemäß entsprechend der Lehre
des Patentanspruches 1.
Durch diese Anordnung werden die Bewegungsvor
gänge der Mühlenfüllung entscheidend verändert.
Der Anteil der Linearschwingungen bewirkt eine
Erhöhung der Umlaufgeschwindigkeit der Mühlen
füllung gegenüber kreisschwingenden Schwingmühlen
um annähernd den Faktor 4, so daß neben der
Erhöhung der Normalstoßkraft vor allem eine
Erhöhung der Reibstoßkraft zu verzeichnen ist.
Kennzeichnend für die erfindungswesentliche ein
seitige Erregung außerhalb der Schwerkraftachse
und des Massenmittelpunktes der Schwingmühle ist,
daß im Gegensatz zu den üblichen kreisschwingenden
Schwingmühlen die Umlaufbewegung der Mühlen
füllung nur dann erfolgt, wenn bei linksseitiger
Anordnung des Erregers dieser im Linkslauf und bei
rechtsseitiger Anordnung dieser im Rechtslauf be
trieben wird.
Der Vorteil der einseitigen Erregung der Schwing
mühle außerhalb der Schwerkraftachse und des
Massenmittelpunktes ist, daß das zusätzliche
Auftreten von Ellipsen- und Linearschwingungen ganz
wesentlich zur Verbesserung der Transportvorgänge
durch die Erhöhung der Umlaufgeschwindigkeit beiträgt,
was entscheidend für den Mahlfortschritt ist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der
Zeichnungen näher erläutert.
Die Fig. 1 und 2 zeigen schematisiert die
Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schwingmühle;
Die Fig. 3 bis 6 zeigen in schematischer
Darstellung verschiedene Ausführungsformen der
erfindungsgemäßen Schwingmühle;
Fig. 7 zeigt eine Seitenansicht der erfindungs
gemäßen Schwingmühle;
Fig. 8 zeigt eine Schnittansicht gemäß der
Linie A-B in Fig. 7;
Fig. 9 zeigt im wesentlichen entsprechend Fig. 8
eine Schnittansicht mit einem im Mahlbehälter der
Schwingmühle angeordneten Kammerrad.
Anhand der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Schemata
wird die Wirkungsweise des Gegenstandes der
Erfindung erläutert. In Fig. 1 wird ein auf
(nicht dargestellten) Schwingelementen gelagertes
Mahlrohr (1) durch einen auf der linken Seite
außerhalb der Schwerkraftachse angeordneten, links
umlaufenden Erreger (2) in Schwingungen versetzt.
Infolge der einseitigen Erregung führt das Mahlrohr
nur erregerseitig Kreisschwingungen (Pfeil 4a)
aus, die über Ellipsenschwingungen (Pfeil 4b) im
Zentrum in Linearschwingungen (Pfeil 4c) auf der dem
Erreger (2) gegenüberliegenden Seite des Mahlrohres
übergehen.
Bei linksumlaufendem Erreger (2) wird die durch
das Bezugszeichen (3) repräsentierte Mühlenfüllung
in Rechtsdrehung (Pfeil 5) versetzt. Dabei führt
die Mühlenfüllung erregerseitig eine Aufwärts
bewegung (Pfeil 6) und auf der dem Erreger (2) gegen
überliegenden Seite eine Abwärtsbewegung (Pfeil 7)
aus. Während die Kreisschwingung (4a) erregerseitig
die Umlaufrichtung (5) der Mühlenfüllung (3) be
stimmt, wird ihr durch die Linearschwingungen (4c)
auf der dem Erreger (2) gegenüberliegenden Seite
eine zusätzliche Beschleunigung erteilt, so daß die
Umlaufgeschwindigkeit um ca. den Faktor 4 höher
liegt als bei herkömmlichen, kreisschwingenden
Schwingmühlen. Der Abstand der zur Achse des Mahl
behälters (1) parallelen Achse des Erregers soll dazu
größer sein als der kleinste Abstand vom Mahlbehälter
mittelpunkt zur Mahlbehälterinnenwand.
Fig. 2 zeigt die Bewegungsverhältnisse, wenn der
außerhalb der Schwerkraftachse und des Massenmittel
punktes einseitig links angeordnete Erreger (2) im
Rechtslauf angetrieben wird. Unter diesen Bedingungen
findet keine Umlaufbewegung (5) der Mühlenfüllung (3)
statt, da die Aufwärtsbewegung (6) der Mühlenfüllung (3)
in den Bereich der Linearschwingung (4c) fällt. Die
Beanspruchung des Mahlgutes erfolgt in diesem Fall nur
durch Stoß. Im Gegensatz dazu findet bei herkömmlichen,
kreisschwingenden Schwingmühlen immer ein Umlauf der
Mühlenfüllung statt und zwar entgegen der Arbeits
richtung des Erregers, egal ob der Erreger im Rechts-
oder Linkslauf angetrieben wird.
Gegenüber herkömmlichen Schwingmühlen ergeben sich
folgende Vorteile:
- - Erhöhung des Auflockerungsgrades der Mühlenfüllung, so daß die bisherige maximale Aufgabekörnung mindestens um den Faktor 2 erhöht werden kann.
- - Verbesserung der Transportvorgänge durch hohe Umlaufgeschwindigkeiten der Mühlenfüllung und Homogenisierung der Mahlgutverteilung durch Aufhebung von Entmischungen.
- - Erhöhung des spezifischen Durchsatzes.
- - Verminderung des Energiebedarfs.
- - Aufhebung der energetisch bedingten oberen Grenze des Mahlrohrdurchmessers, der bisher bei 650 mm liegt.
- - Verringerung der Stillstandzeiten bei Reparaturen durch Wegfall von Übertragungselementen wie Wellen, Kupplungen u. a.
- - Ermöglichung der Modulbauweise durch Kopplung von Baueinheiten mit gleichem Mahlrohrdurchmesser zu Mühlen unterschiedlicher Länge für unter schiedliche Zerkleinerungsaufgaben und Ver weilzeiten.
Im folgenden werden schematisiert vier Ausführungsbei
spiele der Erfindung für eine Exzenter-Schwingmühle mit
einem Mahlrohrdurchmesser von 600 bis 1000 mm behandelt.
Fig. 3 zeigt schematisiert die Ausführung einer Exzenter-
Schwingmühle mit einem schwingungsfähig abgestützten
Mahlbehälter in Form eines Mahlrohrs (1) von 600 mm
Durchmesser, das einseitig außerhalb der Schwer
kraftachse und des Massenmittelpunktes starr mit
einem Unwuchtmotor als Erreger (2) verbunden ist.
Der Ausgleich der Erregermasse erfolgt durch eine
achsparallel auf der gegenüberliegenden Seite des
Mahlrohres angeordnete Ausgleichsmasse (8).
Gemäß Fig. 4 wird die gleiche Konstruktion wie in Fig. 3
dadurch erweitert, daß sich anstelle der Ausgleichs
masse (8) ein zweiter Unwuchtmotor (9) direkt am
Mahlrohr (1) befindet. Die Schwingmühle kann wahl
weise entweder durch den Erreger (2) oder durch den
Erreger (9) betrieben werden, wobei jeweils der
andere Unwuchtmotor (9 bzw. 2) als Ausgleichsmasse
fungiert. Dies erlaubt die Betriebsweise der Mühle
mit verschiedenen Erregerparametern wie Drehzahl und
Schwingkreisdurchmesser.
Ein weiteres Beispiel der Erfindung ist in Fig. 5
dargestellt. Das Mahlrohr (1) hat in diesem Fall
einen Durchmesser von 1000 mm und ist mit zwei
übereinander, einseitig außerhalb der Schwerkraft
achse und des Massenmittelpunktes angeordneten,
synchron arbeitenden Unwuchtmotoren als Erreger
(2a, 2b) ausgerüstet. Der Ausgleich der Erreger
masse erfolgt wiederum durch eine Ausgleichsmasse
(8) entsprechend Fig. 3.
Die Kopplung von Baueinheiten entsprechend Fig. 5
wird in Fig. 6 ausgewiesen. Zur Anpassung an
unterschiedliche Mahlprobleme werden z. B. zwei
Baueinheiten (A) und (B) zu einer Mühle zusammen
gefügt.
Bei der in den Fig. 7 und 8 dargestellten
Exzenter-Schwingmühle ist ein Mahlbehälter in Form
eines Mahlrohres (1) mittels Schwingelementen (14)
schwingungsfähig auf einem Grundrahmen (15)
abgestützt. An dem Mahlrohr (1) ist rechts mittels
einer Quertraverse (12) eine Erregereinheit in Form
eines Unwuchtmotors (2) starr befestigt, wobei die
Federnachse des antriebsseitigen Schwingelementes (14)
zwischen den Schwerkraftachsen des Mahlbehälters 1
einerseits und der Erregereinheit 2 andererseits liegt.
An der Quertraverse (12) ist dem Unwuchtmotor (2)
achsparallel gegenüberliegend die Ausgleichsmasse (8)
ebenfalls starr befestigt. Innerhalb des Mahlrohres
(1) befinden sich in üblicher Weise Mahlkörper (13);
dargestellt sind die Bewegungsvorgänge bei Rechtslauf.
In Fig. 7 sind die Stirnwand (17) des Mahlbehälters
sowie der Mahlguteinlauf (18) und der Mahlgutauslauf
(19) dargestellt.
Die in Fig. 9 dargestellte Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Schwingmühle weist zusätzlich
noch ein sogenanntes Kammerrad (20) auf, um die
Schwingmühle nach dem sogenannten Drehkammer
prinzip arbeiten zu lassen. In diesem Fall befindet
sich der Erreger (2) links; dargestellt sind die Be
wegungsvorgänge bei Linkslauf.
Claims (11)
1. Exzenter-Schwingmühle mit mindestens einem auf
Schwingelementen gelagerten Mahlbehälter (1),
an dem die Erregereinheit als Schwingantrieb starr
befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die
Erregung des Mahlbehälters (1) exzentrisch einseitig
erfolgt, d. h. außerhalb der Schwerkraftachse und des
Massenmittelpunktes des Mahlbehälters (1), wobei zum
Ausgleich der Erregermasse eine Ausgleichsmasse (8)
vorgesehen ist und die antriebsseitige Federnachse
zwischen den Schwerkraftachsen des Mahlbehälters (1)
und der Erregereinheit (2, 9, 2a, 2b) liegt und die
Erregereinheit (2, 9, 2a, 2b) so betrieben wird, daß
inhomogene Schwingungen bestehend aus Kreis-, Ellipsen-
und Linearschwingungen erzeugt werden.
2. Exzenter-Schwingmühle nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, da-ß der Abstand der zur Mahl
behälterachse parallelen Achse der Erreger
einheit (2, 9, 2a, 2b) größer als der kleinste
Abstand vom Mahlbehältermittelpunkt zur Mahl
behälterinnenwand ist.
3. Exzenter-Schwingmühle nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Erregereinheit
zwei oder mehrere Erreger (2a, 2b) umfaßt.
4. Exzenter-Schwingmühle nach einem der Ansprüche
1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Erregung des Mahlbehälters (1) mit Hilfe eines
Erregers (2) oder mehrerer (zu synchronisierender)
hintereinander auf einer zur Mahlbehälterachse
parallelen Achse liegender Erreger erfolgt.
5. Exzenter-Schwingmühle nach einem der Ansprüche
1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Erregung des Mahlbehälters (1) mit Hilfe
mehrerer (zu synchronisierender) übereinander
parallel zur Mahlbehälterachse angeordneter
Erreger (2a, 2b) erfolgt.
6. Exzenter-Schwingmühle nach einem der Ansprüche
1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Erreger (2)
vorzugsweise Unwuchtmotoren sind.
7. Exzenter-Schwingmühle nach einem der Ansprüche
1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie
mehrere hintereinander angeordnete Mahlbehälter-
Erregereinheiten-Module umfaßt.
8. Exzenter-Schwingmühle nach einem der Ansprüche
1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus
einem oder mehreren parallel zur Mühlenachse
angeordneten Mahlbehältern (1) besteht.
9. Exzenter-Schwingmühle nach einem der Ansprüche
1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der
Mahlbehälter vorzugsweise ein Mahlrohr ist.
10. Exzenter-Schwingmühle nach einem der Ansprüche
1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem
Mahlbehälter (1) ein Kammerrad (20) angeordnet
ist.
11. Exzenter-Schwingmühle nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ausgleichsmasse achs
parallel auf der der Erregereinheit (2, 9, 2a, 2b)
gegenüberliegenden Seite des Mahlbehälters (1)
angeordnet ist.
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