EP2651563B1 - Walzenmühle und verfahren zum betreiben einer walzenmühle - Google Patents

Walzenmühle und verfahren zum betreiben einer walzenmühle Download PDF

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EP2651563B1
EP2651563B1 EP12703104.5A EP12703104A EP2651563B1 EP 2651563 B1 EP2651563 B1 EP 2651563B1 EP 12703104 A EP12703104 A EP 12703104A EP 2651563 B1 EP2651563 B1 EP 2651563B1
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EP
European Patent Office
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grinding
control
roller mill
grinding rollers
gas pressure
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EP12703104.5A
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English (en)
French (fr)
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EP2651563A1 (de
Inventor
Björn Olaf ASSMANN
Werner Brosowski
Markus Berger
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ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Resource Technologies GmbH
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Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Resource Technologies GmbH filed Critical ThyssenKrupp Resource Technologies GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C4/00—Crushing or disintegrating by roller mills
    • B02C4/28—Details
    • B02C4/42—Driving mechanisms; Roller speed control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C25/00—Control arrangements specially adapted for crushing or disintegrating

Definitions

  • the invention relates to a roller mill and a method for operating a roller mill with two grinding rollers for comminuting material to be ground, wherein at least one grinding roller is driven and the grinding rollers between them form a grinding gap for comminuting the material to be ground and a feed shaft through which the material is fed to the grinding gap ,
  • the throughput of such roll mills depends only on the peripheral speed of the grinding rolls for a given mill and millbase.
  • the maximum possible peripheral speed is limited by the properties of the material in the feeder.
  • the air volume flow is expelled from the compression zone. Due to the small width of the compression zone and the large volume of air to be expelled, correspondingly high speeds occur in the feed chute. In this case, not only the ground material is fluidized, but it can also come to a bubbling or even abutting fluidized bed by air bubble formation. The formation of air bubbles leads to segregation of the regrind and to fluctuating throughputs with consequent vibrations.
  • a roll mill with a plurality of grinding rollers known to cooperate with a driven grinding table, wherein the material to be ground is fed via a feed chute.
  • a differential pressure measurement in the feed chute deposits in the feed chute and thus a reduction in the cross-sectional area of the chute channel can be detected.
  • the differential pressure measurement impact cylinder can be controlled, causing a detachment of any deposits.
  • the crushed millbase is carried in a arranged above the grinding rollers classifier.
  • a control and monitoring device monitors the feed rate of the ground material as a function of the amount of discharged comminuted material, whereby the correct ratio of air to solid is ensured.
  • the air flow is detected in particular via pressure sensors.
  • the EP 0 514 953 A2 describes a roller mill with two oppositely driven grinding rollers, which form a Mahlspalt between them for comminution of material to be ground, wherein the material to be ground is fed to the grinding gap via a feed chute.
  • the invention is therefore based on the object to further develop the roll mill and the method for operating the roll mill to the effect that on the one hand the highest possible throughput is ensured and on the other hand the Bubble formation with the disadvantages described above is largely avoided.
  • the roller mill according to the invention consists essentially of two counter-rotating driven grinding rollers, which form between them a grinding gap for comminuting material to be ground and a feed shaft through which the material to be ground is fed to the grinding gap. Furthermore, a pressure sensor for measuring the static gas pressure is arranged in the feed chute, which is in communication with a control or regulating device which changes the peripheral speed of the grinding rollers in dependence on the measured static gas pressure.
  • the pressure in flowing media is composed of a static and a dynamic component, the static pressure being measured according to the invention.
  • the static gas pressure in the feed chute is measured and used to control the peripheral speed of the grinding rolls.
  • the flowing air creates a pressure drop on its way from the compression zone to the free surface.
  • the amount of pressure depends on the porosity of the material and the distance to the free surface.
  • the height of the pressure in the inflowing material is thus a measure of the porosity of the material and thus of the intake and venting conditions.
  • the maximum throughput of a roller mill is thus determined by the porosity and thus the flow resistance of the material.
  • the porosity of the material in the catchment area changes continuously in the case of real millbases, on the one hand by different particle size distributions of the feed material and on the other hand by changing millabilities. Changes in porosity and thus the Flow resistance simultaneously causes a change in the static pressure in the inflowing material.
  • the speed and thus the peripheral speed of the grinding rollers adapted, the static gas pressure is used as a control and / or controlled variable, which is kept constant by adjusting the Mahlwalzenwidiere.
  • the disturbing influences from changes in the porosity can be specifically regulated and the roll mill can thus always be operated at the throughput maximum.
  • At least one grinding roller can / may be associated with a drive device which is in communication with the control or regulating device and preferably has a motor controlled by a frequency converter.
  • the adjustment of the grinding roll speed can be done in particular via a frequency converter with field-oriented speed control.
  • the control or regulating device is preferably formed by a model-based control or regulating device, wherein in particular a model-based predictive control or regulating device can be used.
  • a target gas pressure dependent on the material to be ground and the fineness to be achieved is compared with the measured static gas pressure, the refining speed being reduced if the measured static gas pressure is greater than the target gas pressure and the refining speed is increased if the measured static gas pressure is less than the target air pressure.
  • the roller mill can be operated, for example, with a nominal gas pressure in the order of magnitude of 5-200 mbar, preferably from 20-200 mbar, overpressure.
  • the drawing shows a schematic representation of a roll mill according to the invention.
  • the roller mill according to the invention has two grinding rollers 1, 2 for comminuting material to be ground 3, which is fed via a feed chute 7 to a grinding gap 6 formed between the grinding rollers.
  • the two grinding rollers 1, 2 are driven in opposite directions via associated drive means 4, 5 and cooperate with a Kraftbeetzyerungssystem together to adjust the grinding force can.
  • a pressure sensor 8 for measuring the static gas pressure is arranged in the feed chute 7, which communicates with a control or regulating device 9, which changes the peripheral speed of the grinding rolls 1, 2 as a function of the measured air pressure.
  • the two drive means 4, 5 are formed for example as asynchronous motors, which are controlled by associated frequency converter 10, 11. The adjustment of the peripheral speed of the grinding rollers 1, 2 via the frequency converter 10, 11 can be done with field-oriented speed control.
  • the control or regulating device 9 is preferably formed by a model-based control or regulating device, wherein in particular a model-based predictive control or regulating device can be used.
  • a prediction of the state of development as a function of system parameters 12, and / or state or measurement data 13 and / or external specifications 14 is calculated and evaluated with the help of a dynamic model of the process to be controlled, with the help of the frequency converter 10, 11 are controlled.
  • the system parameters 12 are, for example, fixed variables, such as the power of the drive devices or the mill roll diameter.
  • throughput values or the grinding roller speed enter as state or measurement data 13.
  • the external specifications 14 are formed, for example, by the material to be comminuted, the desired fineness or the grinding force generated by the grinding rollers 1, 2.
  • the model is used to determine a gas pressure setpoint in the feed chute which is compared to the static gas pressure measured via the pressure sensor 8, reducing the mill roll speed if the measured static gas pressure is greater than the setpoint and increases the refining roll speed when the measured static gas pressure is less than the setpoint.
  • a desired value for the gas pressure in the order of magnitude of 5-200 mbar, preferably 20-200 mbar, overpressure has proven to be particularly suitable, on the one hand to achieve the highest possible throughput and, on the other hand, the formation of air bubbles in the feed chute and to avoid concomitant separation of the ground material and fluctuating flow rates with consequent vibrations.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Walzenmühle und ein Verfahren zum Betreiben einer Walzenmühle mit zwei Mahlwalzen zur Zerkleinerung von Mahlgut, wobei wenigstens eine Mahlwalze angetrieben ist und die Mahlwalzen zwischen sich einen Mahlspalt zur Zerkleinerung des Mahlguts bilden und einem Aufgabeschacht, über den das Mahlgut dem Mahlspalt zugeführt wird.
  • Der Durchsatz derartiger Walzenmühlen, insbesondere von Gutbettwalzenmühlen, hängt bei gegebener Mühle und gegebenem Mahlgut nur noch von der Umfangsgeschwindigkeit der Mahlwalzen ab. Die maximal mögliche Umfangsgeschwindigkeit wird aber durch die Eigenschaften des Materials im Einzug begrenzt.
  • Bei der Mahlung in einer Gutbettwalzenmühle werden Mahldrücke von 50 MPa und mehr eingesetzt. Das Mahlgut wird dabei eingezogen und im Gutbett zerkleinert, wobei sich so genannte Agglomerate oder Schülpen bilden, die ggf. in einem nachfolgenden Arbeitsschritt desagglomeriert werden. Bei der Mahlung muss der Luftvolumenstrom aus der Dichtedifferenz des Materials im Einzug und der Schülpe abgeführt werden. Der mit dem Aufgabematerial eingetragene Luftvolumenstrom errechnet sich aus dem Aufgabemassenstrom und der Differenz der Dichte im Einzug und der Reindichte.
  • Der Luftvolumenstrom wird ab der Kompressionszone ausgetrieben. Aufgrund der geringen Breite der Kompressionszone und des großen auszutreibenden Luftvolumenstromes entstehen entsprechend hohe Geschwindigkeiten im Aufgabeschacht. Dabei wird nicht nur das Mahlgut fluidisiert, sondern es kann durch Luftblasenbildung auch zu einer brodelnden oder gar stoßenden Wirbelschicht kommen. Durch die Luftblasenbildung kommt es zu Entmischungen im Mahlgut und zu schwankenden Durchsätzen mit daraus folgenden Vibrationen.
  • Aus der DE 44 04 638 ist eine Walzenmühle mit einer Vielzahl von Mahlwalzen bekannt, die mit einem angetriebenen Mahltisch zusammenwirken, wobei das Mahlgut über einen Aufgabeschacht zugeführt wird. Über eine Differenzdruckmessung im Aufgabeschacht lassen sich Ablagerungen im Aufgabeschacht und damit eine Reduzierung der Querschnittsfläche des Schachtkanals erfassen. In Abhängigkeit der Differenzdruckmessung können Stoßzylinder angesteuert werden, die ein Ablösen etwaiger Ablagerungen bewirken.
  • Weiterhin ist aus der US 4 640 464 A eine Rollenmühle bekannt, bei der Mahlrollen auf einem Mahlring abrollen und das Mahlgut zwischen Mahlrolle und Mahlring zerkleinert wird. Über einen Luftstrom wird das zerkleinerte Mahlgut in einen oberhalb der Mahlrollen angeordneten Sichter getragen. Eine Steuer- und Regeleinrichtung überwacht die Zuführrate des Mahlguts in Abhängigkeit der Menge des abgeführten, zerkleinerten Mahlguts, wobei das richtige Verhältnis von Luft zu Feststoff sichergestellt wird. Der Luftstrom wird dabei insbesondere über Drucksensoren erfasst.
  • Die EP 0 514 953 A2 beschreibt eine Walzenmühle mit zwei gegensinnig angetriebenen Mahlwalzen, die zwischen sich einen Mahlspalt zur Zerkleinerung von Mahlgut bilden, wobei das Mahlgut dem Mahlspalt über einen Aufgabeschacht zugeführt wird.
  • In der US 4 478 371 A wird eine Mühle zur Mahlung von Brennstoff in Kombination mit einem Sichter offenbart, wobei der Mühle Luft zur Erzeugung eines Fließbettes zugeführt wird und die Geschwindigkeit der Mühle und des Sichters derart variiert wird, das ein vorgegebener Differenzdruck im Fließbett aufrechterhalten wird, um dadurch ein im Wesentlichen konstantes Verhältnis von Luft und Brennstoff einzustellen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Walzenmühle bzw. das Verfahren zum Betreiben der Walzenmühle dahingehend weiterzuentwickeln, dass einerseits ein möglichst hoher Durchsatz gewährleistet wird und andererseits die Luftblasenbildung mit den oben beschriebenen Nachteilen weitgehend vermieden wird.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 6 gelöst.
  • Die erfindungsgemäße Walzenmühle besteht im Wesentlichen aus zwei gegensinnig angetriebenen Mahlwalzen, die zwischen sich einen Mahlspalt zur Zerkleinerung von Mahlgut bilden und einem Aufgabeschacht, über den das Mahlgut dem Mahlspalt zugeführt wird. Weiterhin ist im Aufgabeschacht ein Drucksensor zur Messung des statischen Gasdrucks angeordnet, der mit einer Steuer- oder Regeleinrichtung in Verbindung steht, welche die Umfangsgeschwindigkeit der Mahlwalzen in Abhängigkeit des gemessenen statischen Gasdrucks ändert.
  • Der Druck in strömenden Medien setzt sich aus einem statischen und einem dynamischen Anteil zusammen, wobei erfindungsgemäß der statische Druck gemessen wird.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben der obigen Walzenmühle, wird der statische Gasdruck im Aufgabeschacht gemessen und zur Steuerung oder Regelung der Umfangsgeschwindigkeit der Mahlwalzen verwendet.
  • Beim Entlüften erzeugt die strömende Luft auf dem Weg von der Kompressionszone zur freien Oberfläche einen Druckabfall. Die Höhe des Drucks ist abhängig von der Porosität des Materials und vom Abstand zur freien Oberfläche. Bei gegebener Walzenmühle ist die Höhe des Druckes im nachfließenden Material also ein Maß für die Porosität des Materials und damit für die Einzugs- und Entlüftungsbedingungen.
  • Der maximale Durchsatz einer Walzenmühle wird somit durch die Porosität und damit dem Durchströmungswiderstand des Materials bestimmt. Die Porosität des Materials im Einzugsbereich ändert sich aber bei realen Mahlgütern laufend, zum einen durch unterschiedliche Korngrößenverteilungen des Aufgabegutes und zum anderen durch wechselnde Mahlbarkeiten. Änderungen der Porosität und damit des Durchströmungswiderstandes verursachen gleichzeitig eine Änderung des statischen Druckes im nachfließenden Material.
  • Um diese instabilen Bedingungen auszugleichen, wird erfindungsgemäß die Drehzahl und damit die Umfangsgeschwindigkeit der Mahlwalzen angepasst, wobei der statische Gasdruck als Steuer- und/oder Regelgröße dient, der durch Anpassung der Mahlwalzendrehzahl konstant gehalten wird. Durch diese Regelung können die Störeinflüsse aus Änderungen der Porosität gezielt ausgeregelt werden und die Walzenmühle kann somit immer am Durchsatzmaximum betrieben werden.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Wenigstens einer Mahlwalze, vorzugsweise aber beiden Mahlwalzen, kann/können eine Antriebseinrichtung zugeordnet sein, die mit der Steuer- oder Regeleinrichtung in Verbindung steht und vorzugsweise einen über einen Frequenzumrichter gesteuerten Motor aufweist. Die Anpassung der Mahlwalzendrehzahl kann dabei insbesondere über einen Frequenzumrichter mit feldorientierter Drehzahlreglung erfolgen.
  • Die Steuer- oder Regeleinrichtung wird vorzugsweise durch eine modellgestützte Steuer- oder Regeleinrichtung gebildet, wobei insbesondere eine modellbasierte prädiktive Steuer- oder Regeleinrichtung zur Anwendung kommen kann.
  • Im Betrieb wird ein vom Mahlgut und der zu erzielenden Feinheit abhängiger Soll-Gasdruck mit dem gemessenen, statischen Gasdruck verglichen, wobei die Mahlwalzendrehzahl verringert wird, wenn der gemessene statische Gasdruck größer als der Soll-Gasdruck ist und die Mahlwalzendrehzahl erhöht wird, wenn der gemessene statische Gasdruck kleiner als der Soll-Luftdruck ist. Die Walzenmühle kann beispielsweise mit einem Sollgasdruck in der Größenordnungen von 5 - 200 mbar, vorzugsweise von 20 - 200 mbar, Überdruck betrieben werden.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung näher erläutert.
  • Die Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Walzenmühle.
  • Die erfindungsgemäße Walzenmühle weist zwei Mahlwalzen 1, 2 zur Zerkleinerung von Mahlgut 3 auf, das über einen Aufgabeschacht 7 einem zwischen den Mahlwalzen ausgebildeten Mahlspalt 6 zugeführt wird. Die beide Mahlwalzen 1, 2 werden über zugeordnete Antriebseinrichtungen 4, 5 gegensinnig angetrieben und wirken mit einem Kraftbeaufschlagungssystem zusammen, um die Mahlkraft einstellen zu können.
  • Weiterhin ist im Aufgabeschacht 7 ein Drucksensor 8 zur Messung des statischen Gasdrucks angeordnet, der mit einer Steuer- oder Regeleinrichtung 9 in Verbindung steht, welche die Umfangsgeschwindigkeit der Mahlwalzen 1, 2 in Abhängigkeit des gemessenen Luftdrucks ändert. Hierfür sind die beiden Antriebseinrichtungen 4, 5 beispielsweise als Asynchronmotoren ausgebildet, die über zugehörige Frequenzumrichter 10, 11 angesteuert werden. Die Anpassung der Umfangsgeschwindigkeit der Mahlwalzen 1, 2 über die Frequenzumrichter 10, 11 kann dabei mit feldorientierter Drehzahlreglung erfolgen.
  • Die Steuer- oder Regeleinrichtung 9 wird vorzugsweise durch eine modellgestützte Steuer- oder Regeleinrichtung gebildet, wobei insbesondere eine modellbasierte prädiktive Steuer- oder Regeleinrichtung zur Anwendung kommen kann.
  • Bei einer modellbasierten prädiktiven Regelung wird mit Hilfe eines dynamischen Modells des zu regelnden Prozesses eine Prädiktion der Zustandsentwicklung in Abhängigkeit von Systemparametern 12, und/oder Zustands- oder Messdaten 13 und/oder externen Vorgaben 14 berechnet und bewertet, mit deren Hilfe die Frequenzumrichter 10, 11 gesteuert werden. Bei den Systemparametern 12 handelt es sich beispielsweise um feste Größen, wie die Leistung der Antriebseinrichtungen oder den Mahlwalzendurchmesser. Als Zustands- oder Messdaten 13 gehen insbesondere Durchsatzwerte oder die Mahlwalzendrehzahl ein. Die externen Vorgaben 14 werden beispielsweise durch das zu zerkleinernde Material, die gewünschte Feinheit oder die von den Mahlwalzen 1, 2 erzeugte Mahlkraft gebildet.
  • Aus allen Eingabewerten wird mit Hilfe des Modells ein Sollwert für den Gasdruck im Aufgabeschacht ermittelt, der mit dem über den Drucksensor 8 gemessenen statischen Gasdruck verglichen wird, wobei die Mahlwalzendrehzahl verringert wird, wenn der gemessene statische Gasdruck größer als der Sollwert ist und die Mahlwalzendrehzahl erhöht wird, wenn der gemessene statische Gasdruck kleiner als der Sollwert ist.
  • Bei den der Erfindung zugrunde liegenden Versuchen hat sich ein Sollwert für den Gasdruck in der Größenordnungen von 5 - 200 mbar, vorzugsweise von 20 - 200 mbar, Überdruck als besonders geeignet erwiesen, um einerseits einen möglichst hohen Durchsatz zu erzielen und andererseits die Luftblasenbildung im Aufgabeschacht und damit einhergehende Entmischungen des Mahlguts und schwankende Durchsätze mit daraus folgenden Vibrationen zu vermeiden.

Claims (10)

  1. Walzenmühle mit
    - zwei gegensinnig angetriebenen Mahlwalzen (1, 2), die zwischen sich einen Mahlspalt (6) zur Zerkleinerung von Mahlgut (3) bilden, und
    - einem Aufgabeschacht (7), über den das Mahlgut (3) dem Mahlspalt (6) zugeführt wird,
    gekennzeichnet durch
    - einen im Aufgabeschacht (7) angeordneten Drucksensor (8) zur Messung des statischen Gasdrucks und
    - eine mit dem Drucksensor (8) in Verbindung stehende Steuer- oder Regeleinrichtung (9), welche die Umfangsgeschwindigkeit der Mahlwalzen (1, 2) in Abhängigkeit des gemessenen Gasdrucks ändert.
  2. Walzenmühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer Mahlwalze (1, 2), vorzugsweise beiden Mahlwalzen (1, 2), eine Antriebseinrichtung (4, 5) zugeordnet ist, die mit der Steuer- oder Regeleinrichtung (9) in Verbindung steht.
  3. Walzenmühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regeleinrichtung (9) durch eine modellgestützte Steuer- oder Regeleinrichtung gebildet wird.
  4. Walzenmühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regeleinrichtung (9) durch eine modellbasierte prädiktive Steuer- oder Regeleinrichtung gebildet wird.
  5. Walzenmühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (4, 5) einen über einen Frequenzumrichter (10, 11) gesteuerten Motor aufweist.
  6. Verfahren zum Betreiben einer Walzenmühle, wobei
    - zwei Mahlwalzen (1, 2) verwendet werden, die zwischen sich einen Mahlspalt (6) zur Zerkleinerung von Mahlgut (3) bilden, und gegensinnig angetrieben werden und
    - das Mahlgut (3) über einen Aufgabeschacht (7) dem Mahlspalt zugeführt wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass der statische Gasdruck im Aufgabeschacht (7) gemessen und zur Steuerung oder Regelung der Mahlwalzendrehzahl verwendet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sollwert für den Gasdruck in Abhängigkeit des Mahlguts (3) und der zu erzielenden Feinheit eingestellt wird und die Mahlwalzendrehzahl verringert wird, wenn der gemessene statische Gasdruck größer als der Sollwert ist und die Mahlwalzendrehzahl erhöht wird, wenn der gemessene statische Gasdruck kleiner als der Sollwert ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzenmühle mit einem Sollgasdruck in der Größenordnungen von 5 - 200 mbar Überdruck betrieben wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung oder Regelung der Mahlwalzendrehzahl mit Hilfe einer modelgestützten Steuerung oder Regelung erfolgt.
  10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Anpassung der Mahlwalzendrehzahl über Frequenzumrichter (10, 11) mit feldorientierter Drehzahlreglung erfolgt.
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