EP2701845B1

EP2701845B1 - Verfahren zur regelung des walzenspaltdrucks einer rollenpresse

Info

Publication number: EP2701845B1
Application number: EP12711828.9A
Authority: EP
Inventors: Dieter Brendler; Meinhard Frangenberg; Hans-Peter MAKULIK; Stefan Seemann Dr.; Siegfried Strasser
Original assignee: KHD Humboldt Wedag AG
Current assignee: KHD Humboldt Wedag AG
Priority date: 2011-04-26
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2018-08-29
Anticipated expiration: 2032-03-23
Also published as: DE102011018705C5; WO2012146446A1; UA108162C2; CN103492079A; RU2013149636A; RU2604509C2; CN103492079B; DE102011018705B4; DK2701845T3; DE102011018705A1; US9498779B2; CL2013002855A1; SA112330474B1; US20140048634A1; EP2701845A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Walzenspaltdrucks einer Rollenpresse und eine dazu korrespondierende Rollenpresse.
Zur Zerkleinerung oder Kompaktierung von körnigem Gut werden häufig Rollenpressen verwendet, welche aus zwei gegenläufigen, in der Regel gleich großen, drehbar gelagerten Walzen bestehen, die mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit umlaufen und zwischen sich einen schmalen Walzenspalt bilden. Durch diesen Walzenspalt wird das zu zerkleinernde oder zu kompaktierende Gut gezogen, wobei das körnige Gut unter dem hohen Druck, der im Walzenspalt herrscht, zerkleinert oder verdichtet wird. Das Ergebnis dieser Behandlung, nämlich Zerkleinerung oder Verdichtung, ist zum großen Teil abhängig von den Materialeigenschaften des zu zerkleinernden körnigen Guts. Die hier beschriebene Zerkleinerung im Walzenspalt wurde erstmals von Schönert et al. in der deutschen Offenlegungsschrift DE 27 08 053 A1 als Hochdruckzerkleinerung beschrieben und sie gilt seither als eine Gattung der Zerkleinerungsarten neben dem Mahlen durch Scheren und dem Brechen.
Neben dem Druck im Walzenspalt kommt es bei der Hochdruckzerkleinerung für eine optimale, energie- und abnutzungsarme Zerkleinerung auf eine Mehrzahl von einzuhaltenden Parametern in der eingesetzten Rollenpresse an. Beispielsweise ist es wichtig, dass die Walzen der eingesetzten Rollenpresse ohne relativen Schlupf rotieren, damit die Walzen nicht durch scherende Bewegung des Mahlguts mahlen, sondern ausschließlich pressen. Des Weiteren hat sich herausgestellt, dass auch die richtige Zufuhrmenge von Frischgut pro Zeiteinheit auf den Walzenspalt der eingesetzten Rollenpresse eine erhebliche Rolle für die optimale Funktion der eingesetzten Rollenpresse spielt. Wird der Walzenspalt mit zu geringer Menge Frischgut pro Zeiteinheit beschickt, so arbeitet die Rollenpresse als Brecher, insbesondere bei Verwendung von mit harten Bewehrungskörpern ausgestatteten Walzen, wobei das zu zerkleinernde körnige Gut als Frischgut durch Punktbelastungen gebrochen wird. Diese Art der Zerkleinerung ist weniger energieeffektiv als die Hochdruckzerkleinerung und sie führt nicht zum erwünschten Feinprodukt. Wird hingegen der Walzenspalt mit zu viel körnigem Gut als Frischgut pro Zeiteinheit beschickt, so verdichtet sich das Mahlgut aus Frischgut und umlaufendem Gut im Walzenspalt zu stark, eingeschlossene Luft kann nicht mehr entweichen und der Walzenspalt der eingesetzten Rollenpresse neigt dazu, regelrecht zu verstopfen. Die nachgiebig gelagerten Walzen weichen in diesem Fall aus, das übermäßig vorhandene Frischgut fällt unzerkleinert durch den Walzenspalt und die Rollenpresse arbeitet danach wieder im vorherigen Zustand bis sie wiederholt ausweichen muss, um das zu viel vorhandene Frischgut den Walzenspalt passieren zu lassen. Die Walzenpresse gerät so in eine erste Art der Schwingungsbewegung neben anderen Schwingungsbewegungen und sie fängt an, mechanisch zu vibrieren.
Neben dieser Art der mechanischen Schwingung, die dadurch entsteht, dass die Walzen in ihrer nachgiebigen Lagerung mit einer im Vergleich zu den bewegten Massen hohen Frequenz vor und zurück wandern, existiert eine weitere Schwingungsbewegung innerhalb der Rollenpresse in Form einer Schwingungsbewegung der Walzen, die durch die wiederholende, bremsende Wirkung des überfüllten Walzenspaltes auf die rotierenden Walzen entsteht. Infolge dieser rhythmischen Abbremsung durch einen überfüllten Walzenspalt und erneute Beschleunigung durch den Antrieb geraten die Walzen in eine Rotationsschwingung bei welcher das Moment und die Winkelgeschwindigkeit der Walzen gleichmäßig schwankt. Insbesondere ist dies der Fall bei den angetriebenen Walzen, wenn eine Rollenpresse nur eine angetriebene Walze mit einer mitlaufenden Walze aufweist.
Besondere Arten der Schwingungsbewegungen können entstehen, wenn die Überlast mit zu viel Frischgut nur in einem Teil des Walzenspaltes auftritt. Die Walzen können dann eine kombinierte Schwingung zeigen, die aus einer Vor- und Zurückbewegung der Walzen in horizontaler Richtung senkrecht zur Erstreckung des Walzenspaltes und aus einer Rotationsschwingung besteht. Dabei können die Walzen auch eine geringfügige, schwingende Positionsänderung durchlaufen, bei welcher die jeweilige Walze eine Drehung um sehr geringe Winkelbeträge um eine vertikale Achse durchführt. Bei dieser Bewegung wird die Walze nicht gleichmäßig mit beiden sie tragenden Lagerblöcken verschoben, sondern die beiden Lagerblöcke zu je einem Ende einer Walze verändern ihre Position abwechselnd.
Mechanische Schwingungsbewegungen sehr kurzer Dauer und hoher Frequenz und Amplitude in Form eines Schlags entstehen auch bei der Passage von zu großen Stücken des Frischguts oder bei Passage von nicht durch Hochdruckbehandlung im Walzenspalt zerkleinerbaren Bestandteilen, wie beispielsweise Metallstücken, also ungewollt im Frischgut befindliche Hammerköpfe, große Stahlniete oder -bolzen, Baggerzähne oder sonstige unerwünschte Metallstücke, die beim Abbau des Rohmaterials unerwünscht in das Frischgut gelangen können.
Des Weiteren können mechanische Schwingungsbewegungen innerhalb einer Rollenpresse auch beim Startvorgang der Rollenpresse entstehen, wenn das Mahlgut sich noch nicht im Gleichgewicht im Umlauf befindet oder das Umlaufgut eine noch nicht im Gleichgewicht befindliche Zusammensetzung aufweist. Mechanische Schwingungsbewegungen entstehen schließlich auch beim Einsatz von Frischgut, das nass und feinkörnig ist.
Erreicht die Frequenz einer vorstehend genannten mechanischen Schwingungsbewegung zufällig die Frequenz einer Eigenschwingung der Rollenpresse, so wird mit jeder einzelnen Schwingungsbewegung mehr Energie auf das ganze System der Rollenpresse übertragen, wodurch schwere Schäden an den Lagern, den Walzenoberflächen und anderen Bauteilen der Rollenpresse als Ganzes entstehen können, nicht zuletzt daher, weil die Walzen ein Eigengewicht von über 70 t erreichen können und eine schwingende Masse dieser Größenordnung auch sehr stabile Maschinenrahmen vor sehr große Herausforderungen stellt.
Natürlich ist das gesamte System der Rollenpresse bedingt durch ihren Aufbau mechanisch gedämpft. Die Dämpfung ist einerseits durch das Hydrauliksystem gegeben, in dem die Hydraulikflüssigkeit durch die im Vergleich mit den Durchmessern der Hydraulikstempel oder - zylinder feinen Leitungen mit hoher Geschwindigkeit hin- und her fließt und dadurch sehr stark dämpft. Des Weiteren nimmt auch die Bewegung der Lagerblöcke auf den Gleitschienen der Loswalzen eine hohe mechanische Energie in Form von Reibung auf, wodurch eine Schwingungsbewegung gedämpft wird.
Sofern die Rollenpresse aber in einen ungewollten Schwingungsmodus gerät, zeigt sich, dass die Rollenpresse nicht mehr energieeffizient arbeitet und darüber hinaus auch noch mechanisch stark belastet wird.
Um die Ausbildung von mechanischen Schwingungsbewegungen in der Rollenpresse zu vermeiden oder gar zu verhindern, die durch eine Überladung des Walzenspaltes mit Frischgut entsteht, kann eine Regelung der Frischgut-Aufgabemenge pro Zeiteinheit erfolgen, indem z.B. bei Detektion einer unerwünschten Schwingungsbewegung in der Rollenpresse weniger Frischgut pro Zeiteinheit auf den Walzenspalt durch die Aufgabevorrichtung gegeben wird. Dies hat allerdings den Nachteil, dass eine vergleichsweise lange Nachlaufzeit der Regelstrecke von der gesteuerten Aufgabevorrichtung bis zur detektierten Schwingungsbewegungen hinzunehmen ist. Bis die veränderte Beschickung des Walzenspalts mit Frischgut wirkt und schließlich die Schwingungsbewegung dadurch verringert wird, vergeht eine gewisse Zeit. Bis dahin können bereits erhebliche Schäden an der Rollenpresse entstanden sein oder sich kumulieren, wenn diese Art des Regeleingriffs häufiger erforderlich ist.
Zur Überwachung der Funktion von Zerkleinerungsvorrichtungen sind folgende Maßnahmen aus dem Stand der Technik bekannt:
In der Druckschrift US2010/0102152A1 werden Kegelbrecher beschrieben, die mit Näherungssensoren wie beispielweise Ultraschall- oder Lasersensoren ausgestattet sind. Durch Messung der Breite des Austrittsspalts kann die Breite des Spaltes durch Heben oder Senken des Kegels den Prozessbedingungen angepasst werden, wodurch ungleichmäßige Rotationen, die den Kegel beschädigen können, vermieden werden.
In US2004/0255679A1 wird eine Trommelmühle zum Zerkleinern von Mineralien beschrieben, die einen akustischen Sensor in der Trommel aufweist, mit dessen Hilfe zu starke Belastungen der Trommel, z.B. durch felsartiges Gestein, detektiert werden können.
DE10132067A1 offenbart ein Verfahren zur akustischen Überwachung von bedrohlichen Betriebszuständen, z.B. Schlupf, in Walzenstühlen. Hierzu werden die im Walzenstuhl auftretenden Geräusche, bzw. der Schallpegel mit einem Mikrofon erfasst und das Frequenzspektum ausgewertet.
In der Französischen Patentanmeldung FR 2692171 A1 wird eine Mahlwalze mit einer Messvorrichtung offenbart, die den Druck zwischen dem Walzenspalt, bzw. Vibrationen der Mahlwalzen detektiert. Die Detektion erfolgt dabei durch Zylinder, die an den beiden Seiten der Drehachse der Mahlwalze gelagert sind. Mittels einer Regelungsvorrichtung kann der Druck zwischen den Walzen reguliert werden.
In der Deutschen Offenlegungsschrift DE 4414366 A1 wird ein Verfahren zur Regelung des Hydraulikdrucks einer Gutbettwalzenmühle offenbart. Nach der Lehre der DE 4414366 A1 wird der Hydraulikdruck beispielsweise gesteigert, wenn die elektrische Leistungsaufnahme der Antriebsmittel unter einem vorgegebenen Maximalwert liegt und der Hydraulikdruck verringert, wenn ein vorgegebener Maximalwert der elektrischen Leistungsaufnahme der Antriebsmittel erreicht worden ist. Wie die elektrische Leistungsaufnahme der Antriebsmittel im Einzelnen gemessen wird, wird in DE 4414366 A1 nicht offenbart.
In der Europäischen Patentanmeldung EP 0320853 A2 wird eine Walzenmühle mit einer Festwalze und einer Loswalze offenbart, an welcher ein Hydraulik-Gasfedersystem angeordnet ist, welche Longitudinalschwingungen der Loswalze dämpft. Eine Messung der Stromaufnahme des Walzenantriebs nach der Lehre in der Europäischen Patentanmeldung EP 0320853 A2 nicht vorgesehen
In keiner der Druckschriften wird offenbart, wie diese unerwünschten Betriebszustände vermieden oder eliminiert werden können
Es wäre daher wünschenswert, wenn eine Rollenpresse so kontrolliert betrieben werden könnte, dass die mechanischen Schwingungsbewegungen nicht stattfinden. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine gattungsgemäße Rollenpresse so zu betreiben, dass eine mechanische Schwingungsbewegung nicht auftritt.
Die Erfindungsaufgabe wird durch ein Verfahren zur Regelung der Rollenpresse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Rollenpresse mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind

in den Unteransprüchen gegeben.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, den Walzenspaltdruck in Abhängigkeit von innerhalb der Rollenpresse detektierten Schwingungsbewegungen zu regeln, wobei mindestens eine Schwingungsbewegung über eine Hilfsgröße indirekt gemessen wird und wobei zumindest eine der mindestens einen Schwingungsbewegung über den zeitlichen Verlauf der Stromaufnahme des Walzenantriebs, vorzugsweise über das Signal einer Frequenzweiche gemessen wird. Die Regelstrecke in der Rollenpresse umfasst in einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens als Regeleingangsgröße ein Signal, das die Detektion von Schwingungsbewegungen anzeigt, wobei die Detektion der Schwingungsbewegung in einfacher Ausgestaltung die schlichte Detektion von Schwingungsbewegungen einer bestimmten Frequenz, einem Frequenzbereich oder eine Schwingungsbewegung unterhalb einer bestimmten Frequenz mit einer Mindestamplitude sein kann, und in einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens auch die Detektion von ausgesuchten Schwingungsmoden der Rollenpresse sein kann. Eine Schwingungsmode ist ein Bewegungsmuster der Schwingungsbewegung innerhalb der gesamten Rollenpresse, das unabhängig von einem anderen Schwingungsmuster derselben Rollenpresse zur gleichen Zeit ist, in einfachstem Fall ist dies eine Schwingungsbewegung in Längsrichtung und eine Schwingungsbewegung in Querrichtung der Rollenpresse. Da die Rollenpresse eine Vielzahl von Schwingungsmustern aufweisen kann, deren Anzahl und Art sehr stark abhängig ist vom Aufbau und der Geometrie der Rollenpresse, kann es - je nach Aufbau der Rollenpresse - vorteilhaft sein, bei der Regelung einem charakteristischen Schwingungsmuster eine erhöhte Aufmerksamkeit zu widmen.
Um die einzelne Schwingungsmoden zu detektieren, ist vorgesehen, dass nicht nur ein Detektor Schwingungsbewegungen erfasst, sondern dass mehr als ein Detektor an ausgewählten Orten der Rollenpresse vorhanden sind und typische Schwingungsbewegungen in Form eines Musters detektieren. Erst das Muster einer typischen Schwingungsbewegung wird von der Regelungsvorrichtung als Regeleingangsgröße in der Regelschleife weiter geleitet. Übersteigt die Intensität der detektierten Schwingungsbewegung ein Mindestmaß, dann erst führt dies zu einer Reduktion des Drucks im Walzenspalt. Die Regelung in der Rollenpresse kann als an-aus-Regelung ausgestaltet sein, aber auch als eine kontinuierliche Regelung, die den Walzenspaltdruck proportional oder zumindest kontinuierlich mit steigender Schwingungsintensität verringert.
Die Messgröße in der Regelstrecke ist also entweder die Frequenz einer gemessenen Schwingungsbewegung, die Amplitude einer gemessenen Schwingungsbewegung oder auch beide Messgrößen zusammen, wobei beispielsweise das gemessene Signal durch eine Frequenzweiche die erwartete Frequenz ausgefiltert wird und der Betrag der ausgefilterten Daten in Form einer Intensitätsgröße die Regelstrecke eingeht. Die Schwingungsbewegung wird also über das Signal einer Frequenzweiche gemessen.
Die Schwingungsbewegungen können dabei entweder direkt gemessen werden oder sie können auch indirekt gemessen werden. Die direkte Messung kann beispielsweise durch Verfolgung des Signals eines Dehnungsmessstreifens an ausgewählten Orten der Rollenpresse gemessen werden. Bei einer rhythmischen Vor- und Rückbewegung der sehr schweren Walzen können sich die Träger des Maschinenrahmens im Bereich ihrer Elastizität in ihrer Länge im Gleichtakt oder Gegentakt mitbewegen. Die - allerdings sehr geringen - Längenänderungen eines Trägers im Maschinenrahmen, auch wenn es sich um Längenänderungen im µm-Bereich handelt sind aber noch vergleichsweise gut detektierbar durch die Dehnungsmessstreifen. Diese müssen allerdings im sehr rauen Betrieb der Rollenpresse im typischen Einsatz durch eine entsprechende Verkapselung vor äußeren, schädigenden Einflüssen geschützt werden. Um nicht Längenänderungen, sondern Schwingungsbewegungen senkrecht zur Ausdehnung eines Rahmenelements detektieren zu können, eignen sich auch sehr kleine semi-mechanische oder halbleitende Beschleunigungssensoren oder Pendelsensoren, innerhalb derer ein gedämpftes Pendel, das durch eine mechanische Federung eine entsprechende Rückstellkraft aufweist, mitschwingt und diese Schwingungen induktiv oder auf andere Weise aufgenommen werden. Bei der Detektion der Schwingungsbewegung, insbesondere bei der Detektion von Mustern einzelner Schwingungsbewegungen ist darauf zu achten, dass ein Beschleunigungssensor ein Signal erzeugt, das dem Signal eines Dehnungsmessstreifens um ca. Pi/2, oder einer viertel Schwingungsbewegung vorauseilt. Schwingungsbewegungen zu detektieren, ist dem Fachmann wohlbekannt, jedoch ist darauf zu achten, dass die Art der Schwingungsdetektion bzw. die Art des eingesetzten Detektors zur sehr rauen Betriebsumgebung einer Rollenpresse passt. Je kleiner der Sensor ist, desto empfindlicher ist dieser in der Regel auch gegenüber mechanischen Einflüssen.
Statt der mechanischen Schwingungsdetektion oder der semi-mechanischen Schwingungsdetektion durch Dehnungsmessstreifen, innerhalb dessen sich der elektrische Widerstand eines metallischen, halbleitenden oder piezoelektrischen Streifens mit der Dehnung des Streifens ändert oder sich eine elektrische Spannung mit der Dehnung des Streifens aufbaut, kann auch eine indirekte Größe als Hilfsgröße gemessen werden, um zu vermeiden, dass empfindliche Sensoren an dem Maschinenrahmen angeordnet werden müssen. So eignet sich beispielsweise die Messung des zeitlichen Verlaufs des Drucks im den Walzenspaltdruck erzeugenden Hydrauliksystem. Die Drucksensoren können an geschützter Stelle untergebracht werden und die Variation des Drucks in dem den Walzenspaltdruck erzeugenden Hydrauliksystem eignet sich hervorragend für eine Detektion der Vor- und Rückbewegung der Walzen innerhalb der Bewegungsfreiheit der Walzen auf den Gleitschienen einer Loswalze. Noch eine weitere Möglichkeit zur Detektion von Schwingungen ist die Messung der Stromaufnahme des Antriebs einer Walze. Die hierdurch gemessenen Schwingungen gehen einher mit einer rotatorischen Gesamtschwingung der Walzen oder auch zur Messung der Torsionsschwingung einer Walze, bzw. der Welle im Antrieb. Die Torsionsschwingung und die Rotationsschwingung sind unterscheidbar durch ihre Frequenz, ihre Rückstellzeit und möglicherweise auch durch die Art der typischen Oberschwingungen in dem gemessenen Signal über die Zeit. Bei der Rotationsschwingung befindet sich der gesamte Antriebsstrang bis zur Walze im Gleichtakt, hingegen befindet sich bei einer Torsionsschwingung ein Teil des gesamten, sich drehenden Teils der Rollenpresse im Gegentakt zu einem anderen Teil desselben sich drehenden Teils der Rollenpresse.
Die einfache Schwingungsmessung eignet sich zur Abwendung von Schäden der Rollenpresse und es ist auch möglich, die Rollenpresse mit einem so hohen Druck zu betreiben, dass die unerwünschten Schwingungsbewegungen gerade nicht auftreten. Dadurch kann die Rollenpresse stets im Maximum ihrer Leistungsfähigkeit betrieben werden, ohne dass die Rollenpresse durch Überlast weniger effizient arbeitet und womöglich sogar Schaden nimmt. Die Messung von Schwingungsbewegungen mit Auswahl von typischen Schwingungsmustern oder die Frequenzanalyse mit Hilfe der Oberwellenanalyse der gemessenen Schwingungsbewegungen ermöglicht auch, die Rollenpresse nahe dem in Bezug auf eine Schwingungsbildung kritischen Bereich des Walzenspaltdrucks zu betreiben. Da es eine Vielzahl von Ursachen für das Auftreten von Schwingungsbewegungen und oder von Schlägen oder ggf. auch rhythmisch ändernden Lastbedingungen gibt, ermöglicht die Auswahl von Schwingungsmustern durch eine mikroprozessorbetriebene Regelung den Vorteil, vernachlässigbare Schwingungsbewegungen oder Ursachen für Schwingungsbewegungen, die unschädlich sind, auszufiltern, so dass die Rollenpresse nicht häufig wegen einer Fehldetektion kurzeitig oder auch längerfristig mit geringerem Walzenspaltdruck betrieben wird als notwendig, wodurch die über die Zeit gemittelte Zerkleinerungsleistung der Rollenpresse sinkt und im Extremfall kann der Umlauf in einer Kreislaufzerkleinerungsanlage durch unerwünschte Schwingungsdetektion ständig außerhalb des stationären Gleichgewichtszustand laufen, was eine hohe Anzahl unnötiger Regeleingriffe auf die Rollenpresse nach sich zieht, was schließlich zur vorzeitigen Abnutzung oder Fehlfunktion der Rollenpresse führen kann.
Die in einer Rollenpresse auftretenden Schwingungsbewegungen einzelner Elemente der Rollenpresse zeigen verschiedene Schwingungsarten. Zunächst ist die Biegeschwingung eines fast beliebigen länglichen Elements, beispielsweise die eines Trägers oder einer länglichen Verbindung in jedweder Form möglich. Diese Schwingung kann am besten mit einem Beschleunigungssensor, voll-mechanisch oder semi-mechanisch in Form eines integrierten Halbleiters mit Beschleunigungsmessfunktion gemessen werden. Alle sich über eine in der Rollenpresse größere Strecke ausdehnenden Elemente können Schwingungen in ihrer Länge im Bereich ihrer Elastizität aufweisen, seien die Schwingungsamplituden auch sehr gering. Diese Längsschwingungen können durch Platzierung des Bewegungssensors am Ende des länglichen Elements, wie auch durch Anbringung eines Dehnungsmessstreifens in der Mitte des sich in der Länge ändernden Elements gemessen werden.
Sich drehende Elemente, wie beispielsweise der Antriebsstrang vom Motor bis zur Walze können rotatorische Schwingungen zeigen, wobei der gesamte Antriebsstrang seine Rotationsgeschwindigkeit im Gleichtakt rhythmisch variiert, aber auch Torsionsschwingungen, in welcher verschiedene Teile des Antriebsstranges gegenläufig oder phasenversetzt schwingen,. wobei das sich drehende Element in den Grenzen der Elastizität rhythmisch verdrillt wird.
Eine einfache Regelungsvorrichtung kann optional nur eine dieser Schwingungsbewegungen als Signal einer Schwingungsbewegung messen, aber auch mehr als eine und die Signale miteinander koppeln oder typische Muster aus den detektierten Schwingungsmustern herausfiltern, um nicht vermeidbare Schwingungsbewegungen im Kreislaufmahlsystem zu ignorieren. Ursachen für die Detektion von vernachlässigbaren Schwingungsmustern können sein: ein Becherwerk, das rhythmisch Frischgut auf die Rollenpresse schüttet, ein Förderband, das rhythmisch fördert oder selbst in Schwingung gerät, Schwingungen im Hydrauliksystem, die durch eine möglicherweise schlagende Pumpe entstehen, oder Schwingungen in der Stromaufnahme, die möglicherweise durch Schwingungsbewegungen einer benachbarten Rollenpresse in der Stromversorgung auftreten und daher einen unerwünschten elektrischen Schwingkreis mit dem Antriebsstrang bilden, können so herausgefiltert werden.
Eine besondere Ausführungsform der Regelungsvorrichtung führt eine Frequenzanalyse durch, wobei das Frequenzspektrum der gemessenen Schwingungsbewegungen rechnerisch in einzelne spektrale Komponenten zerlegt wird. Das gemessene Spektrum wird durch eine Realzeit-Regressionsanalyse in eine Zusammensetzung der Schwingungskomponenten zerlegt, wobei die Zusammensetzung ein Vektor aus verschiedenen Linearfaktoren der Gesamtschwingung ist. Aus diesem Vektor wird sodann ein Linearfaktor für eine unerwünschte Schwingungsbewegung herausgegriffen und anhand dieses Linearfaktors oder aufgrund der Verknüpfung verschiedener Linearfaktoren wird die Regeleingangsgröße für die Regelungsvorrichtung erzeugt. Je nach Stärke des so erzeugten Signals ist die Dämpfung des Walzenspaltdruckes größer oder geringer, wobei mit stärkerer Schwingungsbewegung die Dämpfung des Walzenspaltdrucks größer ist oder anders ausgedrückt, je intensiver die detektierte Schwingung, gleich welch qualitativer Art, desto geringer wird der Walzenspaltdruck eingeregelt und umgekehrt.
Bei der Messung der Torsionsschwingung der Antriebswelle über einen Dehnungsmesstreifen ist das Problem, wie das Signal von einer bewegten Welle an eine stationäre Regelungsvorrichtung geleitet werden kann. Da sich die Wellen nicht mit hoher Geschwindigkeit drehen, kann der Dehnungsmessstreifen mit einer Elektronik verbunden sein, die fest an der Walze angeordnet ist und seine Daten mit Hilfe einer Funkvorrichtung oder mit Hilfe eines RFID-Chips an eine stationäre Regelungsvorrichtung aussendet. Da die Elektronik auf der Walze elektrischen Strom benötigt, kann diese von einem Akkumulator zur Verfügung gestellt werden, der ständig durch eine Spule/Magnet-Kombination nachgeladen wird. Die Spule befindet sich dazu stationär an der Welle und der Magnet befindet sich stationär am Maschinenrahmen und die beiden Elemente sind so platziert, so dass die auf der Welle befindliche Spule bei jeder Umdrehung durch die Welle an dem Magnet vorbeigeführt wird und so induktiv in der an der Walze befindlichen Spule ein elektrischer Strom erzeugt wird, der den Akkumulator oder Kondensator, je nach Strombedarf der Messelektronik, nachlädt.
Je nach Anforderung eignet sich als Regelschleife eine einfache Elektronik, die den Walzenspaltdruck in Abhängigkeit der Intensität einer gemessenen Schwingungsbewegung zurück nimmt, oder eine komplexere, mikroprozessorgesteuerte Regelungsvorrichtung, die den Vorteil hat, dass als Nebenprodukt aus den Schwingungszuständen der Rollenpresse Informationen über den Zustand der Rollenpresse abgeleitet werden können.
Eine Frequenz, die deutlich unterhalb der Rotationsfrequenz der umlaufenden Walzen liegt, deutet zum Beispiel auf eine nicht ordnungsgemäße Funktion der Regelung der Frischgutbeaufschlagung hin. Eine Frequenz, die ein einfaches oder ein ganzes Vielfaches der Rotationsfrequenz der Walzen ist, kann auf eine Überladung des Walzenspaltes hinweisen, der durch eine kurzzeitige Rücknahme des Hydraulikdrucks, das vergleichsweise schnell geschieht, vorgenommen werden. Eine Frequenz, die nicht ein ganzes Vielfaches er Rotationsfrequenz einer der im Antriebsstrang gefundenen Umdrehungszahlen ist und geringer ist oder im Bereich der Umdrehungszahl der Walzen liegt, deutet auf fremde Schwingungsbewegungen hin, beispielsweise ein ungewollt rhythmisch förderndes Förderband oder ein Becherwerk, das schlagartig seine Fracht entlädt. Detektierte Schwingungen kurzer Dauer und hoher Frequenz lassen auf den Durchgang eines nicht zerkleinerbaren Materials schließen, das ggf. im Umlauf mehrfach die Rollenpresse passieren und so zerstören kann. Dies kann als Warnhinweis für einen Rollenpressenstopp oder zumindest Umlaufstopp einer Kreislaufmahlanlage herangezogen werden. Schließlich weist eine Frequenz, die deutlich höher liegt als die Umlauffrequenz der Walzen, aber im Takt mit der Walzenumlauffrequenz ist, auf einen Lagerschaden hin. Noch höhere Frequenzen können schließlich auf Störungen eines Wechselrichters in der elektrischen Versorgung hinweisen. Durch die Frequenzanalyse lassen sich also viele Informationen entnehmen, die im Leitstand ablesbar sind und dem Bedienpersonal nützliche und wertvolle Hinweise auf den Betriebszustand der Rollenpresse geben.
Die verfahrenstechnische Erfindung wird nachfolgend anhand des Fließdiagramms und einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben.
Es zeigt

FIG. 1: eine Darstellung der erfindungsgemäßen Rollenpresse mit mehreren Dehnungsmessstreifen als Sensor zur Detektion von Schwingungsbewegungen
FIG. 2: ein Fließschema der Regelschleife.

In Figur 1 ist eine gattungsgemäße Rollenpresse 1 dargestellt, welche zwei gegenläufig rotierende Walzen 2 aufweist, die in einem Maschinenrahmen 3 aufgenommen sind, der seinerseits an unterschiedlichen Positionen mit Sensoren 4 zur Detektion von Schwingungsbewegungen ausgestattet ist. Die beiden Walzen 2 der Rollenpresse 1 werden über Hydraulikstempel 5, von denen hier nur einer mit einem Bezugszeichen versehen ist, aneinander gepresst, ohne jedoch sich dabei zu berühren. Durch eine hier nicht dargestellte Aufgabevorrichtung wird das zu zerkleinernde Frischgut auf den Walzenspalt 6 der Rollenpresse 1 aufgegeben und dabei durch den zwischen beiden sich drehenden Walzen 2 vorherrschenden Druck zerkleinert. An verschiedenen Stellen der des Maschinenrahmens 3 der Rollenpresse 1 sind Dehnungsmessstreifen 4 als Sensoren zur Detektion von Schwingungsbewegungen angebracht. Die von den Dehnungsmesstreifen 4 gemessenen Schwingungen werden an eine hier nicht gezeigte Auswertungsvorrichtung weitergeleitet, wo die Amplitude und/oder die Frequenz der gemessenen Schwingungsbewegung mit einer vorher bestimmten Sollgröße verglichen. Überschreitet die Amplitude bei einer vorgegebenen Frequenz einen kritischen Wert, so wird der Druck in dem Druckzylinder 5 entsprechend verringert, wodurch auch der Druck im Walzenspalt 6 absinkt. Wenn die Intensität der Schwingungsbewegung aufgrund der Verringerung des Walzenspaltdrucks wieder unter den vorher bestimmten kritischen Bereich erreicht, so wird der Druck durch eine Regelstrategie bevorzugt nach PID-Verfahren langsam wieder erhöht, so dass die Rollenpresse 1 stets in einem Druckbereich arbeitet, der unmittelbar an den kritischen Bereich angrenzt.
In Fig. 2 ist ein Flussdiagramm einer Regelschleife der Verfahrenserfindung dargestellt. Beginnend mit Schritt 1 wird der zeitliche Verlauf des Signals eines Dehnungsmessstreifens, eines Beschleunigungssensors, des Drucks im den Walzenspaltdruck erzeugenden Hydrauliksystem oder der Stromaufnahme des Antriebs der Walzen in der Rollenpresse gemessen. Diese Daten werden aufgearbeitet, beispielsweise wird eine Frequenzfilterung vorgenommen oder das Frequenzspektrum wird aufgearbeitet und auf wenige Linearfaktoren verschiedener Spektralkomponenten reduziert und in Schritt 3 mit einem Sollwert verglichen. Sofern der Sollwert erreicht wird, wird in Schritt 2 entschieden, ob ein Regeleingriff stattfinden soll und im Falle einer Bejahung wird in Schritt 3 der Druck im Walzenspaltreduziert. An dieser Stelle schließt sich der erste Kreislauf. Erneut bei Schritt angekommen, wird bei einer Verneinung der Erreichung des Sollwertes ein anderer Weg verfolgt, der zu einer stetigen Erhöhung des Walzenspaltdrucks führt, bis der kritische Wert des Walzenspaltdrucks erreicht wird und erneut zurück genommen wird. Um eine hierdurch entstehende Regelschwingung zu vermeiden, wird eine bekannte Regelstrategie verfolgt, beispielsweise eine PID-Regelstrategie, durch die ein langsames Annähern der Stellgröße an einen Wert erreicht wird, ohne dass die Regelschleife schwingt.

BEZUGSZEICHENLISTE

1: Rollenpresse
2: Walze
3: Maschinenrahmen
4: Vibrationssensor
5: Druckzylinder
6: Walzenspalt

Claims

Verfahren zur Regelung des Walzenspaltdrucks einer Rollenpresse, gekennzeichnet durch das Regeln in Abhängigkeit von mindestens einer an der Rollenpresse gemessenen Schwingungsbewegung, wobei mindestens eine Schwingungsbewegung über eine Hilfsgröße indirekt gemessen wird und wobei zumindest eine der mindestens einen Schwingungsbewegung über den zeitlichen Verlauf der Stromaufnahme des Walzenantriebs, vorzugsweise über das Signal einer Frequenzweiche gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Messgröße in der Regelstrecke die Frequenz und/oder die Amplitude, bevorzugt Frequenz und Amplitude zusammen verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schwingungsbewegung als mechanische Schwingungsbewegung direkt gemessen wird und/oder über eine Hilfsgröße indirekt gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der mindestens einen Schwingungsbewegung über das zeitlich verlaufende Signal eines Dehnungsmessstreifens oder über ein gedämpftes Pendel gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der mindestens einen Schwingungsbewegung über den zeitlichen Verlauf des Drucks in dem den Walzenspaltdruck erzeugenden Hydrauliksystems gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Schwingungsbewegung
- die Biegeschwingung eines Trägers eines Maschinenrahmens,

- die lineare Schwingung eines Trägers eines Maschinerahmens in Form einer Längenänderung gemessen wird,

- die Torsionsschwingung der Welle zwischen Walze und Antrieb, und/oder

- die Rotationsschwingung der Welle zwischen Walze und Antrieb gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung in Abhängigkeit eines Linearfaktors einer Schwingungsmode bei der Messung von mehr als einer Schwingungsbewegung vorgenommen wird.
Rollenpresse mit zwei gegenläufig betriebenen Walzen, aufweisend eine Regelungsvorrichtung zur Regelung des Walzenspaltdrucks, dadurch gekennzeichnet, dass als Regelstrecke die Rückkopplung mindestens einer an der Rollenpresse gemessenen Schwingung zum dazu korrespondierenden Walzenspaltdruck vorgesehen ist, wobei die besagte mindestens eine Schwingung über den zeitlichen Verlauf der Stromaufnahme des Walzenantriebs, vorzugsweise über das Signal einer Frequenzweiche gemessen wird.
Rollenpresse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungsvorrichtung mindestens zwei Schwingungsbewegungen nach den Ansprüchen 1 bis 7 als Regeleingangsgröße misst.
Rollenpresse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensoren zur direkten oder indirekten Messung der mindestens einen Schwingung
- Dehnungsmessstreifen auf einem Träger eines Maschinenrahmens der Rollenpresse,

- Pendelsensoren an einem beliebigen Ort der Rollenpresse, Dehnungsmessstreifen auf der Welle zwischen Antrieb und Walze der Rollenpresse,

- Druckaufnahmesensoren im den Walzenspaltdruck erzeugenden Hydrauliksystem,
und/oder

- Sensoren zur Messung der aktuellen Stromaufnahme des Antriebs der Walzen der Rollenpresse vorgesehen sind.