EP4106925B1 - Mahlwerk, verfahren zum betrieb - Google Patents

Mahlwerk, verfahren zum betrieb Download PDF

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EP4106925B1
EP4106925B1 EP21704178.9A EP21704178A EP4106925B1 EP 4106925 B1 EP4106925 B1 EP 4106925B1 EP 21704178 A EP21704178 A EP 21704178A EP 4106925 B1 EP4106925 B1 EP 4106925B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
grinder
gar
gtl
sensor arrangement
sna
Prior art date
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EP21704178.9A
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English (en)
French (fr)
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EP4106925A1 (de
Inventor
Bruno Back
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Flender GmbH
Original Assignee
Flender GmbH
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Publication date
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Publication of EP4106925A1 publication Critical patent/EP4106925A1/de
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Publication of EP4106925B1 publication Critical patent/EP4106925B1/de
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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
    • B02C15/00—Disintegrating by milling members in the form of rollers or balls co-operating with rings or discs
    • B02C15/10—Mills with balls or rollers centrifugally forced against the inner surface of a ring, the balls or rollers of which are driven by other means than a centrally-arranged member
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C15/00—Disintegrating by milling members in the form of rollers or balls co-operating with rings or discs
    • B02C15/006—Ring or disc drive gear arrangement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C15/00—Disintegrating by milling members in the form of rollers or balls co-operating with rings or discs
    • 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 grinder with a grinding plate that can be rotated about a first axis of rotation, comprising at least two grinding rollers, each of which is arranged to be rotatable about a second axis of rotation in such a way that material to be ground between the grinding plate and the grinding rollers can be comminuted during operation.
  • the invention also relates to a method for operating the grinder.
  • the grinder includes at least one sensor arrangement, by means of which a change in inclination of the grinding plate beyond a certain threshold value can be detected.
  • Industrial grinders of the type defined above, in particular vertical mills, which are used, for example, in cement grinding, include a grinding plate that is set in rotation via a drive. During operation, several grinding rollers distributed around the circumference press on the grinding plate, which grind the material applied to the grinding plate. The grinding plate rotates about a first axis of rotation and the grinding rollers each rotate about a second axis of rotation. If the weight of the grinding rollers is not sufficient to crush the material to be ground, force is applied to the grinding rollers, usually hydraulically, so that the grinding plate is loaded evenly by all grinding rollers. The pressure and transverse forces that naturally arise during the grinding process are absorbed by the bearings of the grinding plate. Such a bearing is usually designed as a sliding bearing, with the bearing often being part of the gear that sets the grinding plate in rotation.
  • the bearing of the grinding plate is subjected to a tilting moment in addition to the pressure forces. Since the bearing of the grinding plate can only absorb pressure and transverse forces, in such cases the grinding plate can tip and the bearing of the grinding plate, e.g. an axial plain bearing and/or the gearbox of a vertical mill below the grinding plate, can be damaged.
  • the aim of the invention was to detect tilting of the grinding plate at an early stage and thus prevent any damage to the grinder.
  • a grinder of the type defined at the beginning with the additional features of the characterizing part of independent claim 1 is proposed.
  • the invention proposes a method for operating a grinder according to the method claims.
  • the respective dependent subclaims contain advantageous developments of the invention.
  • the grinder according to the invention is preferably a vertical grinder, with the first axis of rotation preferably having a substantially vertical orientation.
  • a grinder according to the invention has at least two grinding rollers, each of which is arranged to be rotatable about a second axis of rotation in such a way that the material to be ground between the grinding plate and peripheral surfaces of the grinding rollers can be comminuted during operation.
  • the grinding rollers have a substantially cylindrical or conical shape of grinding surfaces, which are in rolling engagement with the grinding plate or the material to be ground.
  • the plurality of grinding rollers each have their own second axis of rotation, whereby the second axis of rotation is not conceptually differentiated for the individual grinding rollers, since these do not have any fundamental differences from one another except for the respective orientation and circumferential position.
  • the second axes of rotation each have a substantially obtuse angle to the first axis of rotation, with a right angle in particular also being conceivable.
  • the peripheral surfaces of the grinding rollers, which come into contact with the material to be ground are conical, the cone angle preferably being related to the angle between the first and second axes of rotation in such a way that a substantially linear support is created between the grinding plate and the grinding roller.
  • grinder and mill are essentially used synonymously here.
  • the sensor arrangement according to the invention which detects a change in inclination of the grinding plate beyond a certain threshold value, makes it possible to prevent serious damage to plain bearings or other bearings of the grinding plate and adjacent components in grinders according to the invention, in particular vertical mills. Accordingly, long production downtimes and costly repairs are avoided.
  • the determination according to the invention of a change in inclination of the grinding plate enables the tilting of the grinding plate to be separated from any translational movements, which are generally unproblematic for the operation of the grinding plate bearings.
  • Determining whether a certain threshold value has been exceeded with regard to the change in inclination of the grinding plate enables early alarming in the event of a tilting, so that, for example, problems in the oil supply to the bearings can be precisely differentiated from tilting of the grinding plate as a result of unequal loads.
  • the grinder comprises a control and at least one human-machine interface, the control being connected to the human-machine interface and the sensor arrangement and the control being designed in such a way that a warning is issued by means of the Human-machine interface can be displayed as soon as a change in inclination of the grinding plate beyond the specific threshold value is detected by the sensor arrangement.
  • the operating personnel can use this warning to immediately decide whether the grinder needs to be stopped and the cause of any tilting needs to be determined.
  • the grinding plate of the grinder is mounted using rolling bearings, with storage using plain bearings being preferred, particularly preferably using tilting segment plain bearings.
  • the sensor arrangement comprises sensors which are designed as eddy current sensors, buttons, optical sensors or capacitive sensors. It is useful here if the sensor arrangement includes at least three displacement sensors. Particularly advantageously, these displacement sensors can measure a change in position or a change in distance against a bearing running surface of the grinding plate, the arrangement of these displacement sensors preferably being designed in the shape of a triangle. Particularly expediently, the control with the sensor arrangement determines a tilt angle from the measurements of the sensor arrangement, which indicates the angular deviation of the actual first axis of rotation from the target orientation of the first axis of rotation.
  • control determines the direction of the tilting from the measurements of the sensor arrangement, so that the circumferential position of the lowest or highest point due to the tilting can be displayed on the display device. This speeds up the repair of the grinder or the elimination of the cause of the tilting and accordingly increases the availability of the grinder.
  • the method according to the invention for operating a grinder includes the operation of the grinder, measuring variables that enable the determination of a tilting of the grinding plate from a target position, comparing a change in inclination of the grinding plate with a specific threshold value, output a warning via a human-machine interface that the change in inclination of the grinding plate has reached or exceeded the specific threshold value.
  • the change in inclination of the grinding plate basically refers to a change in the orientation of the first axis of rotation of the grinding plate.
  • a tilt angle is determined by means of the control unit, which indicates the angular deviations of the current first axis of rotation from the target orientation of the first axis of rotation. Furthermore, outputting the tilting angle on a display device of the grinder or by means of the human-machine interface is particularly advantageous. This specification of the tilting angle enables the grinder's operating personnel to quickly take measures to stop the impermissible tilting and to resume operation of the grinder.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a longitudinal section of a section of a grinder GAR according to the invention.
  • the grinder GAR comprises a grinding plate GTL, which can be rotated about a first axis of rotation RX1, and at least two grinding rollers GRL, which are each arranged to be rotatable about a second axis of rotation RX2.
  • the ground material GRM is crushed during operation between the grinding plate GTL and the grinding rollers GRL.
  • the individual second axes of rotation RX2 of the individual grinding rollers GRL each form an obtuse angle with the first axis of rotation RX1 of the grinding plate GTL, which can also be right-angled.
  • the grinding rollers GRL are designed with conical grinding surfaces. Accordingly, the second axes of rotation RX2 are oriented obliquely to the first axis of rotation RX1.
  • the grinding plate GTL is axially equipped with bearings BEA, which are designed as plain bearings SBE and here as tilting pad bearings TPB.
  • the grinding plate GTL is rotated about the vertical first axis of rotation RX1 by means of a drive (not shown) using a drive shaft DRS.
  • the drive shaft DRS is mounted to a stator STA by means of radial bearings RBE in such a way that the first axis of rotation RX1 is aligned vertically.
  • sensors DS1, DS2, DS3 of a sensor arrangement SNA which determines a tilting of the grinding plate GTL to a control CPU connected to the sensor arrangement SNA.
  • sensors DS1, DS2, DS3 are preferably located near the axially acting bearing BEA, so that the sensors DS1 - DS3 can measure against the bearing surface of the grinding plate GTL.
  • the sensors are designed as displacement sensors, so that a change in the distance between the stator STA and the grinding plate GTL is detected by the sensors. If the sensors DS1 - DS3 measure different distances, it can be assumed that the first axis of rotation RX1 deviates from the original target position in the manner of a change in the inclination of the grinding plate GTL.
  • Figure 4 shows the method for determining the tilting angle of the grinding plate ⁇ and the azimuth angle ⁇ , the tilting using the CPU control.
  • the CPU controller first determines the coordinates of the points detected by the sensor arrangement SNA on the circumferential plain bearing running surface SBS of the grinding plate GTL.
  • the coordinates x 0, A, B , C , y 0, A , B , C denote the structurally determined position of the sensor in a fixed Cartesian Coordinate system of any origin, the z- axis of which coincides with the first axis of rotation RX1 of the grinding plate GTL in the non-tilted state.
  • the coordinates si ( t ) correspond to the measured values of the displacement sensors DS1, DS2, DS3.
  • the tilting of the grinding plate GTL is calculated using the normal vector of the plane that corresponds to the rotating running surface of the plain bearing.
  • n ⁇ ( t AWAY ⁇ ( t ⁇ AC ⁇ ( t ⁇ AWAY ⁇ ( t ⁇ AC ⁇ ( t ⁇
  • the direction in which the grinding plate GTL tilts can be described using the azimuth angle ⁇ , which describes the angle to the x-axis in the XY plane.
  • a so-called orbit plot can be used to graphically visualize the two characteristic values.
  • the normal vector of the plane is projected onto the XY plane.
  • the tilting of the grinding plate can be visualized for diagnosis.
  • FIG. 5 shows a schematic flow diagram of the method for operating a grinder according to the invention according to the invention.
  • the GAR grinder is put into operation Commissioning (1)) and then or at the same time the measurement of variables (2)) begins, which enable the determination of a tilting of the grinding plate GTL from a target position.
  • a change in inclination of the grinding plate GTL is compared (3)) with a specific threshold value TRS.
  • the CPU controller particularly preferably determines a tilting angle ⁇ from the measurements of the sensor arrangement SNA, whose sensors DS1, DS2 and DS3 each provide distances between the stator STA and the grinding plate GTL.
  • a warning ALR (4) is issued by means of a human-machine interface HMI that the change in inclination ⁇ of the grinding plate GTL has reached or exceeded the specific threshold value TRS.
  • the warning can be output as a warning ALR either on an optical display device DSP or on an acoustic display device ACA.
  • the cycle of comparison 3 is repeated based on the measurements of the SNA sensor arrangement and the evaluation of the CPU control and, if necessary, a warning ALR is issued repeatedly.
  • the tilting angle ⁇ is particularly preferably output on the display device DSP of the grinder GAR.
  • An advantageous further development also includes determining the direction of the tilting ⁇ , so that the circumferential position of the lowest point or the highest point due to the tilting can be displayed on the display device DSP.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
  • Crushing And Grinding (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Mahlwerk mit einem um eine erste Drehachse rotierbaren Mahlteller umfassend mindestens zwei Mahlwalzen, die jeweils um eine jeweils zweite Drehachse drehbar derart angeordnet sind, dass Mahlgut zwischen dem Mahlteller und den Mahlwalzen im Betrieb zerkleinerbar ist. Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb des Mahlwerks. Zur Erhöhung der Verfügbarkeit wird vorgeschlagen, dass das Mahlwerk mindestens eine Sensoranordnung umfasst, mittels dessen eine Neigungsänderung des Mahltellers über einen bestimmten Schwellwert hinaus erkennbar ist.
  • Aus der EP 3 056 278 A1 ist bereits eine Vertikalmühle mit einem auf einem Mahlteller abrollenden Mahlwalzen, die ein Mahlgut zerkleinern, bekannt.
  • Aus der US 7 182 283 B1 , der EP 2 221 129 A1 sind jeweils ein Mahlwerk eingangs definierter Art bekannt, bei dem aus Messungen an einer Walzenaufhängung ein rechnerischer Rückschluss auf die Anordnung des Mahltellers erfolgt. Sind die zugrunde liegenden Annahmen nicht erfüllt, können gravierende Schäden entstehen oder ungewollte Stillstände passieren. Das ist beispielsweise der Fall bei Problemen mit dem Mahlgut. Die US 2018/099288 A1 zeigt ein Lager für ein Mahlwerk.
  • Die US 5 191 713 A beschäftigt sich mit Messungen von Verkippungen im Allgemeinen.
  • Industrielle Mahlwerke eingangs definierter Art, insbesondere Vertikalmühlen, die z.B. in der Zementvermahlung zum Einsatz kommen, umfassen einen Mahlteller, der über einen Antrieb in Rotation versetzt wird. Während des Betriebes drücken auf den Mahlteller mehrere über den Umfang verteilte Mahlwalzen, die das auf den Mahlteller aufgebrachte Mahlgut zermahlen. Der Mahlteller rotiert hierbei um eine erste Drehachse und die Mahlwalzen rotieren jeweils um eine jeweils zweite Drehachse. Sollte das Eigengewicht der Mahlwalzen für das Zerkleinern des Mahlguts nicht ausreichen, erfolgt eine Kraftaufprägung auf die Mahlwalzen, üblicherweise hydraulisch, sodass der Mahlteller durch alle Mahlwalzen gleichmäßig belastet wird. Die naturgemäß im Mahlprozess entstehenden Druck- und Querkräfte werden über die Lagerung des Mahltellers aufgenommen. Eine derartige Lagerung ist in der Regel als Gleitlagerung ausgebildet, wobei die Lagerung häufig Bestandteil des Getriebes, das den Mahlteller in Rotation versetzt, ist.
  • Bei ungleichen Anpresskräften der einzelnen Mahlwalzen, verursacht beispielsweise durch eine technische Störung in der Hydraulik der Mahlwalzen oder in der Anlagensteuerung beispielsweise einer Zementmühle, wird die Lagerung des Mahltellers zusätzlich zu den Druckkräften mit einem Kippmoment beansprucht. Da die Lagerung des Mahltellers konstruktiv lediglich Druck- und Querkräfte aufnehmen kann, kann in solchen Fällen der Mahlteller kippen und die Lagerung des Mahltellers, z.B. ein Axialgleitlager und/oder das Getriebe einer Vertikalmühle unterhalb des Mahltellers - kann beschädigt werden.
  • Ausgehend von den Problemen und Nachteilen des Standes der Technik hatte sich die Erfindung zur Aufgabe gemacht, eine Mahltellerverkippung frühzeitig zu erkennen und damit etwaige Beschädigungen des Mahlwerks zu verhindern.
  • Zur erfindungsgemäßen Lösung der Aufgabe wird ein Mahlwerk eingangs definierter Art mit den zusätzlichen Merkmalen des Kennzeichens des unabhängigen Anspruchs 1 vorgeschlagen. Daneben schlägt die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Mahlwerks gemäß der Verfahrensansprüche vor. Die jeweils abhängigen Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Bei dem Mahlwerk nach der Erfindung handelt es sich bevorzugt um ein Vertikalmahlwerk, wobei die erste Drehachse hierbei eine bevorzugt im Wesentlichen vertikale Ausrichtung aufweist. Ein erfindungsgemäßes Mahlwerk weist mindestens zwei Mahlwalzen auf, die jeweils um eine jeweils zweite Drehachse drehbar derart angeordnet sind, dass das Mahlgut zwischen dem Mahlteller und Umfangsflächen der Mahlwalzen im Betrieb zerkleinerbar ist. Hierbei weisen die Mahlwalzen eine im Wesentlichen zylindrische oder konische Form von Mahlflächen auf, die rollend mit dem Mahlteller bzw. dem Mahlgut in Eingriff stehen. Die mehreren Mahlwalzen weisen jeweils eine eigene zweite Drehachse auf, wobei die zweite Drehachse begrifflich nicht für die einzelnen Mahlwalzen unterschieden wird, da diese, bis auf die jeweilige Ausrichtung und Umfangsposition keine grundlegenden Unterschiede zueinander aufweisen. Die zweiten Drehachsen weisen hierbei zu der ersten Drehachse jeweils einen im Wesentlichen stumpfen Winkel auf, wobei insbesondere auch ein rechter Winkel denkbar ist. Besonders bevorzugt sind die Umfangsflächen der Mahlwalzen, die mit dem Mahlgut zermahlend in Kontakt treten konisch ausgebildet, wobei der Konuswinkel bevorzugt derart mit dem Winkel zwischen der ersten und der zweiten Drehachse in Zusammenhang steht, dass eine im Wesentlichen linienartige Auflage zwischen Mahlteller und Mahlwalze entsteht. Die Begriffe Mahlwerk und Mühle werden vorliegend im Wesentlichen synonym verwendet.
  • Begriffe, wie radial, tangential oder Umfangsrichtung beziehen sich jeweils auf die erste Drehachse - oder, wenn dies entsprechend angegeben ist, auf eine jeweils zweite Drehachse.
  • Die erfindungsgemäße Sensoranordnung, die eine Neigungsänderung des Mahltellers über einen bestimmten Schwellwert hinaus erkennt, ermöglicht es, folgenschwere Schäden an Gleitlagern oder sonstigen Lagerungen des Mahltellers und angrenzenden Komponenten bei erfindungsgemäßen Mahlwerken, insbesondere Vertikalmühlen, zu verhindern. Dementsprechend werden lange Produktionsausfälle und kostspielige Reparaturen vermieden. Die erfindungsgemäß dezidierte Feststellung einer Neigungsänderung des Mahltellers ermöglicht eine Trennung der Verkippung des Mahltellers von etwaigen translatorischen Bewegungen, die für den Betrieb der Lager des Mahltellers in der Regel unproblematisch sind. Die Feststellung des Überschreitens eines bestimmten Schwellwertes hinsichtlich der Neigungsänderung des Mahltellers ermöglicht eine frühzeitige Alarmierung bei einer Verkippung, sodass zum Beispiel Probleme in der Ölversorgung der Lager präzise von der Verkippung des Mahltellers in Folge ungleicher Belastung unterschieden werden können.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass das Mahlwerk eine Steuerung und mindestens eine Mensch-Maschine-Schnittstelle umfasst, wobei die Steuerung mit der Mensch-Maschine-Schnittstelle und der Sensoranordnung in Verbindung steht und wobei die Steuerung derart ausgebildet ist, dass eine Warnung mittels der Mensch-Maschine-Schnittstelle anzeigbar ist, sobald eine Neigungsänderung des Mahltellers über den bestimmten Schwellwert hinaus von der Sensoranordnung erfasst wird. In Abhängigkeit von der sonstigen Betriebssituation des Mahlwerks kann das Betriebspersonal mittels dieser Warnung sofort entscheiden, ob das Mahlwerk anzuhalten ist und die Ursache der etwaigen Verkippung festgestellt werden muss.
  • Grundsätzlich ist es möglich, dass der Mahlteller des Mahlwerks mittels Wälzlager gelagert ist, wobei die Lagerung mittels Gleitlagern bevorzugt ist, besonders bevorzugt mittels Kippsegment-Gleitlagern.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Sensoranordnung Sensoren umfasst, die als Wirbelstromsensoren, Taster, optische Sensoren oder kapazitative Sensoren ausgebildet sind. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn die Sensoranordnung mindestens drei Wegsensoren umfasst. Besonders vorteilhafte können diese Wegsensoren gegen eine Lagerlauffläche des Mahltellers eine Lageänderung bzw. eine Abstandsänderung messen, wobei die Anordnung dieser Wegsensoren bevorzugt in der Form eines Dreiecks ausgebildet ist. Besonders zweckmäßig ermittelt die Steuerung mit der Sensoranordnung aus den Messungen der Sensoranordnung einen Verkippungswinkel, der die Winkelabweichung der tatsächlichen ersten Rotationsachse von der Sollausrichtung der ersten Rotationsachse angibt.
  • Besonders zweckmäßig ist eine Ausbildung der Steuerung derart, dass die Steuerung aus den Messungen der Sensoranordnung die Richtung der Verkippung ermittelt, sodass die Umfangsposition der aufgrund der Verkippung tiefsten oder höchsten Stelle auf der Anzeigevorrichtung anzeigbar ist. Hierdurch wird die Reparatur des Mahlwerks oder die Beseitigung der Ursache der Verkippung beschleunigt und dementsprechend die Verfügbarkeit des Mahlwerks erhöht.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Mahlwerks, insbesondere der oben definierten Art, umfasst den Betrieb des Mahlwerks, messen von Größen, die die Ermittlung einer Verkippung des Mahltellers aus einer Soll-Position heraus ermöglichen, Vergleichen einer Neigungsänderung des Mahltellers mit einem bestimmten Schwellwert, Ausgabe einer Warnung mittels einer Mensch-Maschine-Schnittstelle, dass die Neigungsänderung des Mahltellers den bestimmten Schwellwert erreicht oder überschritten hat. Die Neigungsänderung des Mahltellers bezieht sich grundsätzlich vorliegend auf eine Veränderung der Ausrichtung der ersten Drehachse des Mahltellers.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens nach der Erfindung sieht vor, dass ein Verkippungswinkel mittels der Steuerungseinheit ermittelt wird, der die Winkelabweichungen der gegenwärtigen ersten Rotationsachse von der Soll-Ausrichtung der ersten Rotationsachse angibt. Weiterhin ist ein Ausgeben des Verkippungswinkels auf einer Anzeigevorrichtung des Mahlwerks bzw. mittels der Mensch-Maschine-Schnittstelle besonders vorteilhaft. Diese Angabe des Verkippungswinkels ermöglicht es dem Bedienpersonal des Mahlwerks schnell Maßnahmen zu ergreifen, die unzulässige Verkippungen abzustellen und den Betrieb des Mahlwerks wieder aufzunehmen.
  • Eine weitere Beschleunigung der möglicherweise notwendigen Wartungsarbeiten ermöglicht eine vorteilhafte Ausbildung des Verfahrens, bei der die Richtung der Verkippung ermittelt wird, sodass die Umfangsposition der aufgrund der Verkippung tiefsten Stelle oder der höchsten Stelle auf der Anzeigevorrichtung anzeigbar ist. Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels zur Verdeutlichung näher beschrieben. Es zeigen:
    • Figur 1
    einen schematischen Längsschnitt durch ein Mahlwerk nach der Erfindung,
    Figur 2
    einen Schnitt gemäß II-II ausgewiesen in der Figur 1,
    Figur 3
    eine perspektivische schematische Darstellung des Mahltellers, der Sensoranordnung und der Lagerung des Mahltellers,
    Figur 4
    eine schematische Darstellung der geometrischen Zusammenhänge zwischen dem Mahlteller, der Verkippung und der Sensoranordnung,
    Figur 5
    ein schematisches Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Betrieb eines Mahlwerks nach der Erfindung.
  • Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Längsschnitts eines Ausschnitts eines erfindungsgemäßen Mahlwerks GAR. Das Mahlwerk GAR umfasst einen um eine erste Drehachse RX1 rotierbaren Mahlteller GTL und mindestens zwei Mahlwalzen GRL, die jeweils um eine jeweils zweite Drehachse RX2 drehbar angeordnet sind. Das Mahlgut GRM wird zwischen dem Mahlteller GTL und den Mahlwalzen GRL im Betrieb zerkleinert. Die jeweils individuellen zweiten Drehachsen RX2 der einzelnen Mahlwalzen GRL bilden mit der ersten Drehachse RX1 des Mahltellers GTL jeweils einen stumpfen Winkel, der auch rechtwinklig sein kann. Vorliegend sind die Mahlwalzen GRL mit konischen Mahlflächen ausgebildet. Dementsprechend sind die zweiten Drehachsen RX2 schräg zur ersten Drehachse RX1 orientiert.
  • Der Mahlteller GTL ist axial mittels Lagern BEA, die als Gleitlager SBE und hier als Kippsegmentlager TPB ausgebildet sind, ausgestattet. Der Mahlteller GTL wird mittels eines nicht dargestellten Antriebs mittels einer Antriebswelle DRS in Drehung um die vertikale erste Drehachse RX1 versetzt. Die Antriebswelle DRS ist hierbei mittels Radiallagern RBE zu einem Stator STA derart gelagert, dass die erste Drehachse RX1 vertikal ausgerichtet ist.
  • Im Bereich der axialwirkenden Lager BEA befinden sich Sensoren DS1, DS2, DS3 einer Sensoranordnung SNA, die eine Verkippung des Mahltellers GTL an eine mit der Sensoranordnung SNA in Verbindung stehende Steuerung CPU ermittelt. Wie auch in den Figuren 2, 3 und 4 schematisch gezeigt, befinden sich Sensoren DS1, DS2, DS3 bevorzugt nahe der axialwirkenden Lagerung BEA, sodass die Sensoren DS1 - DS3 gegen die Lagerfläche des Mahltellers GTL messen können. Die Sensoren sind in dem Beispiel als Wegsensoren ausgebildet, sodass eine Abstandsveränderung zwischen dem Stator STA und dem Mahlteller GTL von den Sensoren erkannt wird. Sofern die Sensoren DS1 - DS3 unterschiedliche Abstände messen, kann davon ausgegangen werden, dass die erste Drehachse RX1 von der ursprünglichen Soll-Position in der Art einer Neigungsveränderung des Mahltellers GTL abweicht.
  • Figur 4 zeigt die Methode zur Bestimmung des Verkippungswinkel des Mahltellers Θ und des Azimutwinkels φ, der Verkippung mittels der Steuerung CPU. Die Steuerung CPU bestimmt zunächst die Koordinaten der von der Sensoranordnung SNA erfassten Punkte auf der umlaufenden Gleitlager-Lauffläche SBS des Mahltellers GTL. Am Beispiel von drei Sensoren DS1, DS2, DS3 ergibt sich aus Figur 4 folgendes: A → ( t = x 0 , A y 0 , A s 1 t ; B → ( t = x 0 , B y 0 , B s 2 t ; C → ( t = x 0 , c y 0 , c s 3 ( t
    Figure imgb0001
  • Die Koordinaten x 0,A,B,C , y 0,A,B,C , bezeichnen dabei die konstruktiv festgelegte Position des Sensors in einem feststehenden kartesischen Koordinatensystem beliebigen Ursprungs, dessen z-Achse mit der ersten Drehachse RX1 des Mahltellers GTL im unverkippten Zustand übereinstimmt. Die Koordinaten si(t) entsprechen den Messwerten der Wegsensoren DS1, DS2, DS3. Die Verkippung des Mahltellers GTL wird über den Normalenvektor der Ebene berechnet, die der rotierenden Lauffläche des Gleitlagers entspricht. Der Normalenvektor dieser Ebene wird durch Bildung des Kreuzproduktes zwischen den Verbindungsvektoren AB und AC bestimmt: n → ( t = AB → ( t × AC → ( t ‖ AB → ( t × AC → ( t ‖
    Figure imgb0002
  • Der Verkippungswinkel des Mahltellers über Zeit Θ(t ergibt sich über das Skalarprodukt des Normalenvektors n (t): Θ t = arccos n → t ⋅ e z → ‖ n → t ‖ ⋅ ‖ e z → ‖ = arccos n → t ⋅ e z →
    Figure imgb0003
     wobei ez den Einheitsvektor in z-Koordinatenrichtung bezeichnet. Die Richtung, in die der Mahlteller GTL verkippt, lässt sich über den Azimutwinkel φ beschreiben, der den Winkel zur x-Achse in der XY-Ebene beschreibt. Dieser lässt sich über ϕ t = { arctan y x y > 0 arctan y x y < 0 0 y = 0 , x > 0 90 ° y = 0 , x < 0
    Figure imgb0004
     bestimmen, wobei der Winkel φ Werte von [0,2π] annehmen kann.
  • Für die grafische Visualisierung der beiden Kennwerte kann ein sogenannter Orbitplot zum Einsatz kommen. Hierfür wird der Normalenvektor der Ebene auf die XY-Ebene projiziert. Die Verkippung des Mahltellers kann so zur Diagnose visualisiert werden.
  • Figur 5 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Mahlwerks nach der Erfindung. Zunächst wird das Mahlwerk GAR in Betrieb genommen Inbetriebnahme (1)) und anschließend bzw. gleichzeitig beginnt das Messen von Größen (2)), die die Ermittlung einer Verkippung des Mahltellers GTL aus einer Soll-Position heraus ermöglichen. Auf Basis dieser Messungen (2)) erfolgt ein Vergleichen (3)) einer Neigungsänderung des Mahltellers GTL mit einem bestimmten Schwellwert TRS. Besonders bevorzugt ermittelt hierzu die Steuerung CPU einen Verkippungswinkel Θ aus den Messungen der Sensoranordnung SNA, deren Sensoren DS1, DS2 und DS3 jeweils Abstände zwischen dem Stator STA und dem Mahlteller GTL liefern. Sofern die Neigungsänderung Θ des Mahltellers GTL den bestimmten Schwellwert TRS überschreitet, erfolgt die Ausgabe einer Warnung ALR (4)) mittels einer Mensch-Maschine-Schnittstelle HMI, dass die Neigungsänderung Θ des Mahltellers GTL den bestimmten Schwellwert TRS erreicht oder überschritten hat. Die Warnung kann sowohl auf einer optischen Anzeigevorrichtung DSP oder auf einer akustischen Anzeigevorrichtung ACA als Warnung ALR ausgegeben werden. Sofern es nicht zu einer Abschaltung des Mahlwerks kommt, wird der Zyklus des Vergleichens 3 auf Basis der Messungen der Sensoranordnung SNA und der Auswertung der Steuerung CPU wiederholt und ggf. wird wiederholt eine Warnung ALR ausgegeben. Besonders bevorzugt wird der Verkippungswinkel Θ auf der Anzeigevorrichtung DSP des Mahlwerks GAR ausgegeben. Eine vorteilhafte Weiterbildung umfasst zudem die Ermittlung der Richtung der Verkippung Φ , sodass die Umfangsposition der aufgrund der Verkippung tiefsten Stelle oder der höchsten Stelle auf der Anzeigevorrichtung DSP anzeigbar ist.

Claims (13)

  1. Mahlwerk (GAR) mit einem um eine erste Drehachse (RX1) rotierbaren Mahlteller (GTL) umfassend
    mindestens zwei Mahlwalzen (GRL), die jeweils um eine jeweils zweite Drehachse (RX2) drehbar derart angeordnet sind, dass Mahlgut zwischen dem Mahlteller (GTL) und den Mahlwalzen (GRL) im Betrieb zerkleinerbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Mahlwerk (GAR) mindestens eine Sensoranordnung (SNA) umfasst, mittels dessen eine Neigungsänderung des Mahltellers (GTL) über einen bestimmten Schwellwert (TRS) hinaus erkennbar ist.
  2. Mahlwerk (GAR) nach Anspruch 1, wobei das Mahlwerk (GAR) eine Steuerung (CPU) und mindestens eine Mensch-Maschine Schnittstelle (HMI) umfasst, wobei die Steuerung (CPU) mit der Mensch-Maschine Schnittstelle (HMI) und der Sensoranordnung (SNA) in Verbindung steht und wobei die Steuerung (CPU) derart ausgebildet ist, dass eine Warnung (ALR) mittels der Mensch-Maschine Schnittstelle (HMI) anzeigbar ist, sobald eine Neigungsänderung des Mahltellers (GTL) über den bestimmten Schwellwert (TRS) hinaus von der Sensoranordnung (SNA) erfasst wird.
  3. Mahlwerk (GAR) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Mahlwerk (GAR) Lager (BEA) zur Lagerung des Mahltellers (GTL) umfasst, die insbesondere als Gleitlager (SBE) ausgebildet sind.
  4. Mahlwerk (GAR) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei die Sensoranordnung (SNA) Sensoren umfasst, die als Wirbelstromsensoren, Taster, optische Sensoren oder kapazitative Sensoren ausgebildet sind.
  5. Mahlwerk (GAR) nach dem der vorhergehenden Anspruche 4, wobei die Sensoranordnung (SNA) mindestens drei Wegsensoren (DS1, DS2, DS3) umfasst.
  6. Mahlwerk (GAR) nach mindestens dem vorhergehenden Anspruch 5, wobei die Wegsensoren (DS1, DS2, DS3) gegen eine Lagerlauffläche (BTL) des Mahltellers (GTL) messen.
  7. Mahlwerk (GAR) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüchen 5, 6, wobei die mindestens drei Wegsensoren (DS1, DS2, DS3) mit ihrer Anordnung ein Dreieck beschreiben.
  8. Mahlwerk (GAR) nach mindestens dem vorhergehenden Anspruch 3, wobei die Lager (BEA) als Kippsegmentlager (TPB) ausgebildet sind.
  9. Mahlwerk (GAR) nach mindestens dem vorhergehenden Anspruch 2, wobei die Steuerung (CPU) mit der Sensoranordnung (SNA) in Verbindung steht und derart ausgebildet ist, dass diese aus den Messungen der Sensoranordnung (SNA) einen Verkippungswinkel (Θ)ermittelt, der die Winkelabweichung der tatsächlichen ersten Rotationsachse (RX1) von der Soll-Ausrichtung der ersten Rotationsachse (RX1) angibt.
  10. Mahlwerk (GAR) nach mindestens den vorhergehenden Ansprüchen 2 und 9, wobei die Steuerung (CPU) derart ausgebildet ist, dass die Steuerung (CPU) aus den Messungen der Sensoranordnung (SNA) die Richtung der Verkippung ermittelt, sodass die Umfangsposition der aufgrund der Verkippung tiefsten oder höchsten Stelle auf der Anzeigevorrichtung (DSP) anzeigbar ist.
  11. Verfahren zum Betrieb eines Mahlwerks (GAR), insbesondere nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, umfassend:
    - Betrieb des Mahlwerks (GAR) umfassend einen Mahlteller (GTL),
    - Messen von Größen, die die Ermittlung einer Verkippung des Mahltellers (GTL) aus einer Sollposition heraus ermöglichen,
    - Vergleichen einer Neigungsänderung des Mahltellers (GTL) mit einen bestimmten Schwellwert (TRS),
    - Ausgabe einer Warnung (ALR) mittels einer Mensch-Maschine Schnittstelle (HMI), dass die Neigungsänderung des Mahltellers (GTL) den bestimmten Schwellwert (TRS) erreicht oder überschritten hat.
  12. Verfahren nach Anspruch 11 umfassend
    - Ermitteln eines Verkippungswinkels (Θ), der die Winkelabweichung der gegenwärtigen ersten Rotationsachse (RX1) von der Soll-Ausrichtung der ersten Rotationsachse (RX1) angibt,
    - Ausgeben des Verkippungswinkels (Θ)auf einer Anzeigevorrichtung (DSP) des Mahlwerks (GAR).
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12 umfassend
    - Ermitteln der Richtung der Verkippung, sodass die Umfangsposition der aufgrund der Verkippung tiefsten Stelle auf der Anzeigevorrichtung (DSP) anzeigbar ist.
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