DE4335797C2 - Exzenter-Schwingmühle - Google Patents

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.