WO2020234191A1 - Vorrichtung und verfahren zum schwingungstechnisch optimierten koppeln einer mahlkammer an exzenterwellen einer schwingscheibenmühle sowie verwendung - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum schwingungstechnisch optimierten koppeln einer mahlkammer an exzenterwellen einer schwingscheibenmühle sowie verwendung Download PDF

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WO2020234191A1
WO2020234191A1 PCT/EP2020/063714 EP2020063714W WO2020234191A1 WO 2020234191 A1 WO2020234191 A1 WO 2020234191A1 EP 2020063714 W EP2020063714 W EP 2020063714W WO 2020234191 A1 WO2020234191 A1 WO 2020234191A1
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WO
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eccentric
grinding chamber
balancing mass
phase offset
elastic
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Application number
PCT/EP2020/063714
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English (en)
French (fr)
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Hans-Bernd Humpe
Thomas Rüther
Alex Schulze Bernd
Original Assignee
Thyssenkrupp Industrial Solutions Ag
Thyssenkrupp Ag
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Publication date
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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
    • B02C17/00—Disintegrating by tumbling mills, i.e. mills having a container charged with the material to be disintegrated with or without special disintegrating members such as pebbles or balls
    • B02C17/14—Mills in which the charge to be ground is turned over by movements of the container other than by rotating, e.g. by swinging, vibrating, tilting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C17/00—Disintegrating by tumbling mills, i.e. mills having a container charged with the material to be disintegrated with or without special disintegrating members such as pebbles or balls
    • B02C17/18—Details
    • B02C17/24—Driving mechanisms

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for the vibration-optimized coupling of a grinding chamber to eccentric shafts of a vibrating disk mill.
  • the invention also relates to the use of eccentric shafts with a predefined phase offset in a predefinable phase offset range.
  • the invention relates to a device and a method or a use according to the preamble of the respective independent or subsidiary claim.
  • Vibrating disc mills are used to crush solids as finely as possible, for example to provide the crushed or ground solids for material analysis (e.g. XRF, AAS, NIR, ICP-MS).
  • material analysis e.g. XRF, AAS, NIR, ICP-MS.
  • Vibrating disc mills usually have a grinder which is arranged in a housing between a material feed (inlet) and a material discharge (outlet).
  • the grinder comprises, for example, a pot with a lid and grinding body (hereinafter “grinding stone"), the grinding stones e.g. can be designed as stones, discs, lenses or a ring.
  • Vibratory disc mills can grind the solids based on pressure, impact and / or friction.
  • the grinding stone is set in motion by a drive with eccentric shafts.
  • the object of the invention is to provide a device and a method with the features described above, with which the operation of a vibrating disc mill with an eccentric shaft drive can be optimized in terms of vibration, in particular with regard to vibration optimization of the entire device, even with greatly varying loads .
  • the task can also be seen as optimizing the components of the mill related to the vibration excitation or their operating behavior.
  • a vibrating disc mill device set up for comminuting feedstock, in particular feedstock with a particle size of less than 20mm or less than 10mm, in particular designed for grinding the feedstock to particle sizes of less than 75pm, with: a mill housing; a grinding system arranged in the mill housing such that it can oscillate, with a grinding chamber and with at least one grinding stone arranged movably in the grinding chamber; and with at least one eccentric shaft drive mounted in the mill housing and generating the oscillating movement in the grinding chamber and at least two eccentric shafts, in particular at least two synchronously rotating eccentric shafts; and with at least one balancing mass unit coupled to the eccentric shaft drive, set up to compensate for unbalance; the balancing mass unit being coupled to the eccentric shaft drive in such a way that a phase offset greater than 180 °, in particular greater than 185 °, can be set between one / the eccentric maximum of the balancing mass unit and one / the eccentric maximum of the grinding chamber.
  • the offset is not exactly 180 °.
  • the vibrational interplay of grinding stone and chamber, chamber and balancing masses, and / or input material (varying mass) and generally the vibrating device components of the mill can be optimized.
  • the balancing mass unit can be coupled to the eccentric shaft drive in such a way that the desired phase offset can be set as a function of the activation of the eccentric shaft drive.
  • the countermass system can lag behind the rotary movement of the grinding system, for example by at least 5 °.
  • This offset can be specified and regulated according to the invention.
  • an optimization of vibration technology can be ensured, in particular in the sense of a buffer function.
  • the angular offset according to the invention greater than 180 ° can ensure a certain buffer function to avoid disadvantageous oscillation states in the event of a lagging imbalance of the balancing mass unit. Not least, this also enables a particularly wide range of applications for the respective mill.
  • the invention is based on the concept of setting the offset between the eccentric maximum of the balancing masses and the eccentric maximum of the grinding chamber not equal to 180 °, with a preferably lagging grinding stone being / is vibrated in such a way that, in particular, even with varying loads and / or varying relative positions of the vibrating components, in particular of the millstone, a smooth running that is as constant as possible or a vibration-related excitation that is as constant as possible is ensured, in particular under varying loads or speeds.
  • the invention also enables changes in the operating state to be compensated for between idling and full load in a particularly simple and effective manner. This allows a single type of mill to be used in a flexible manner. The practicality is improved.
  • eccentric maximum Only a single eccentric maximum is preferably provided per revolution, which is predetermined by the offset of individual diameters on the eccentric shafts.
  • several eccentric maxima could be realized, for example, by means of a cam control, but the present invention is primarily based on the comparatively easy to implement concept of a vibration optimization with a predefined relative arrangement of the eccentric maximum, i.e. without cam control. Nevertheless, the technical measures can be expanded to include such a cam control in individual cases, if desired.
  • the balancing mass unit comprises, for example, two balancing mass elements, in particular in the form of two rings, in an arrangement above and below the grinding chamber. It has been shown that the use of at least two balancing mass elements is more advantageous than just one balancing mass element, in particular with regard to different heights or to additional (to be avoided) tilting moments.
  • the respective balancing mass element does not necessarily have to be connected to all eccentric shafts; rather, at least one individual balancing mass element can also be arranged on each shaft.
  • a balancing mass element coupled to all shafts provides the advantage that the space between the shafts can also be used for a counter mass.
  • At least one dependency or at least one ratio from the following group must be predefined:
  • the setting of the phase offset can in particular also be achieved by mechanical coupling, e.g. by means of feather keys, in particular on the respective eccentric shaft.
  • a coupling of the balancing mass unit to the eccentric shaft drive can also be understood as a coupling of the balancing mass unit to at least one eccentric shaft.
  • all eccentric shafts have exactly the same phase offset.
  • the phase offset can be set in such a way that the maximum eccentric of the balancing mass unit lags or is chronologically behind the maximum eccentric of the grinding chamber. By such a negative If the balancing mass unit is offset by more than half a revolution, varying operating conditions can be compensated particularly effectively.
  • the balancing mass unit is activated / controllable as a function of the activation of the eccentric shaft drive in such a way that a phase offset in the range from 185 ° to 200 ° can be set. It has been shown that this offset is particularly advantageous, in particular also with regard to counter-rotating unbalance compensation.
  • An offset, in particular a lag, by an angle of rotation of 185 ° to 200 ° can in particular provide the advantage that the expected relative shifts of relative positions or centers of gravity are compensated with good probability or with particularly good effectiveness. It has been shown that a distance of 5 ° to 20 ° of half a revolution can ensure compensation, in particular with a good safety factor, without having to deviate too much from the concept of counter-oscillating masses. In other words: In this area of deviation from exactly the opposite vibration, a more tolerant, broadly compensating vibration behavior can be ensured for a more variable operating range of the mill.
  • the control takes place in such a way that the regulated relative angle of rotation or phase offset of the compensating mass unit compensates for different relative positions of the at least one millstone relative to the maximum eccentric in part load and full load operation, in particular for the purpose of compensating for changes in the operating state between idle and full load.
  • the range of applications can also be broadened, in particular with regard to the type and quantity of the input material.
  • the angle of rotation or phase offset of the compensating mass unit is adjustable, in particular by providing at least one eccentric disk on at least one eccentric shaft, in particular an eccentric disk that can be positioned in the relative rotational position to the eccentric shaft.
  • a large variability can also be provided by means of comparatively simple structural measures.
  • the same types of measures are preferably taken on all eccentric shafts; in particular, at least one eccentric disk is provided on each eccentric shaft.
  • the adjustability of the balancing mass unit can be ensured, for example, by mechanical connections by means of which a predefined offset can be set.
  • a passport means such as e.g. a feather key, which is useful in the present context.
  • the adjustability can also be ensured by a toothed shaft, a cone clamp and / or a locking bolt.
  • Rotation of the eccentric disks relative to the shaft can also take place during operation, in particular in the sense of a fine adjustment.
  • the angle of rotation or phase offset of the balancing mass unit can be regulated as a function of vibrations of the vibrating disk mill device, in particular by detecting accelerations in at least one spatial direction. This allows e.g. actively respond to current operating situations.
  • the vibrations can be detected by means of a plurality of multi-axis acceleration sensors.
  • at least one threshold value is defined, in particular with respect to at least one of a plurality of horizontal spatial axes, above which threshold value a phase offset control takes place.
  • cam control can be implemented.
  • a multiple ring eccentric bearing in particular a Five-ring eccentric bearings can be implemented. The latter can simplify readjustment during operation.
  • an acceleration sensor on the base plate can record the vibration speeds, in particular in the horizontal direction.
  • at least one multi-axis acceleration sensor is provided, in particular set up for integrated measurement / detection of horizontal vibration speeds.
  • the at least one grinding stone has a diameter of at least 50% of the inner diameter of the grinding chamber, in particular in the range from 60% to 85%.
  • a start-up process can also be optimized (safe machine start-up).
  • a relatively large millstone relative to the dimensions of the chamber also provides the advantage that a phase control can be set in a particularly effective manner. Such effects are particularly noticeable at a ratio greater than 60%. It has been shown that a ratio greater than 85% can have a disadvantageous effect, in particular with regard to the usable free volume.
  • the size dimensions of the grinding chamber can in particular be described by those surfaces or walls on which the grinding stone rolls.
  • the grinding stone rolls off the inside of the grinding chamber. With a diameter of the grinding stone of at least 50% of the inner diameter of the grinding chamber, the mill can run particularly smoothly and safely.
  • the grinding stone can be excited into a desired rolling movement in a comparatively short start-up phase and kept in a smooth, stable run. ok
  • the maximum eccentric of the grinding chamber is at least 2% of the inner diameter of the grinding chamber, in particular in the range from 4% to 8%.
  • a start-up process can also be optimized (safe machine start-up).
  • a relatively strong eccentric shaft (comparatively large eccentricity) relative to the dimensions of the chamber also provides the advantage of a clear, unambiguous phase regardless of the current configuration or loading of the chamber. With a ratio greater than 4%, the advantages are even more noticeable. It has been shown that a ratio greater than 8% can have a disadvantageous effect, in particular with regard to reaction forces or inertia or variability of the operating conditions.
  • eccentric disks for the grinding chamber have an eccentricity (or an eccentric maximum) of at least 2% of the inner diameter of the grinding chamber.
  • eccentric maximum can thus be understood synonymously with the geometric eccentricity of a geometric measure on the shafts.
  • the grinding chamber and the balancing masses have, in particular, eccentrically offset attachment points on the eccentric shafts.
  • the eccentrics can have a different phase offset and a different eccentricity on the shafts.
  • the eccentric maximum of the balancing mass unit is greater than the eccentric maximum of the grinding chamber, in particular by a factor of at least 1, 2 to 3. Due to the comparatively large eccentricity of the balancing mass unit, the balancing masses (their Mass), which can also have an advantageous effect on the design requirements, e.g. with regard to the dimensioning of the bearings.
  • the ratios of the maxima can in particular be described on the basis of relative geometric dimensions of eccentric elements (e.g. discs).
  • the at least one grinding stone has a diameter which is predefined by the inner diameter of the grinding chamber minus a factor of 5 to 7 of the maximum eccentric of the grinding chamber.
  • the size of the eccentric (or the extent of the eccentricity) when the grinding chamber is excited can define the impact or impulse exerted on the grinding stone. Because a large grinding stone has to travel a comparatively short distance to the opposite wall of the grinding chamber, based on the conditions described here, a positive effect for a safe start-up of the mill can also be ensured. However, a comparatively maximally large millstone has only a little free volume (little freedom of movement) available, so that a rolling movement is restricted. It has been shown that in this area of tension, the range from 5 to 7 for the factor described above ensures a good compromise for reliable start-up and optimal grinding operation can. In other words: With this special variant of the size ratios, an advantageous setting can be ensured both for start-up and for continuous operation.
  • the eccentric maximum can be predetermined in a geometrical manner, for example, by the diameter of an eccentric element (in particular a disk).
  • a vibratory disk mill device set up for comminuting feed material, in particular feed material with a particle size of less than 20 mm or less than 10 mm, in particular set up for grinding the feed material to particle sizes less than 75 ⁇ m, with: a mill housing; a grinding system arranged in the mill housing such that it can oscillate, with a grinding chamber and with at least one grinding stone arranged movably in the grinding chamber; and with at least one eccentric shaft drive mounted in the mill housing and generating the oscillating movement in the grinding chamber and at least two eccentric shafts, in particular at least two synchronously rotating eccentric shafts; and with at least one balancing mass unit coupled to the eccentric shaft drive, set up to compensate for unbalance;
  • the balancing mass unit is coupled to the eccentric shaft drive in such a way that a phase offset greater than 180 °, in particular greater than 185 °, can be set between one / the eccentric maximum of the balancing mass unit and one / the eccentric maximum of the grinding
  • the aforementioned object is also achieved according to the invention by a method for the vibration control of a vibratory disk mill device when comminuting feedstock, in particular feedstock with a particle size of less than 20mm or less than 10mm, in particular in the case of a previously described one Vibratory disk mill device, the vibratory movement of the vibratory disk mill device being generated by means of an eccentric shaft drive comprising at least two eccentric shafts in a vibratory grinding system with a grinding chamber and with at least one vibratory millstone arranged in the grinding chamber, with unbalance compensation being carried out by means of at least one balancing mass unit coupled to the eccentric shaft drive ;
  • the vibrational regulation of the vibratory movement takes place by regulating a phase offset between one / the eccentric maximum of the balancing mass unit and one / the eccentric maximum of the grinding chamber, the phase offset being set to an amount greater than 180 °, in particular greater than 185 °.
  • the phase offset is set in such a way that the eccentric maximum of the balancing mass unit lags or is chronologically behind the eccentric maximum of the grinding chamber.
  • This operating mode has proven to be particularly advantageous, particularly with regard to the greatly varying load on the mill (e.g. wide range of type and amount of feed material).
  • the balancing mass unit can be coupled to the eccentric shaft drive in such a way that a phase offset in the range of 185 ° to 200 ° is set, i.e. in a range of at least 5 ° to a maximum of 20 ° deviation from exactly opposite excitation. In this way, a particularly variable operating behavior can be achieved (here figuratively referred to as vibration-related system elasticity).
  • a phase offset regulation can take place in particular as a function of the activation of the eccentric shaft drive and / or of the relative arrangement of eccentrics.
  • the main mass of the oscillating system is provided by the grinding vessel with its holder.
  • the millstone can assume a rotation angle offset of a maximum of approx. 90 °.
  • the angle of rotation or phase offset of the balancing mass unit is predefined or actively regulated in such a way that different relative positions of the at least one millstone in partial load and full load operation are compensated relative to the maximum eccentric, in particular relative to the maximum eccentric of the grinding chamber, in particular to compensate for changes in the operating state between idle and Full load.
  • smooth running can also be ensured largely independently of the operating state specified by the drive.
  • the balancing mass unit is set in the angle of rotation or phase offset, in particular by positioning or actively positioning at least one eccentric disk on at least one eccentric shaft in the rotational position relative to the eccentric shaft (adjustment of the relative position for vibration optimization).
  • the operating behavior can also be predefined in a robust manner by means of simple measures.
  • the angle of rotation or phase offset of the balancing mass unit is regulated as a function of vibrations of the vibrating disk mill device, in particular by recording acceleration parameters in at least one spatial direction and evaluating them for the vibration regulation. This also enables active counter-regulation in response to current operating situations.
  • a control / regulating device set up to carry out a method described above, the imbalance compensation being carried out by means of at least one compensating mass unit coupled to the eccentric shaft drive, in which a phase offset between the eccentric maxima of the compensating mass unit and the grinding chamber is not equal to 180 ° is set or actively regulated with a phase difference of at least 5 ° or at least 10 ° in relation to a 180 ° phase offset, the control / regulating device in particular at least one Measuring unit is coupled or comprises this.
  • the aforementioned object is also achieved according to the invention by using eccentric shafts with a phase offset in a vibrating disk mill device, in particular in a vibrating disk mill device described above, for setting an operating state that is optimized in terms of vibration, the eccentric shafts on the one hand exciting a grinding chamber with at least one millstone movably arranged in the grinding chamber, and The eccentric shafts on the other hand excite at least one balancing mass unit, the eccentric shafts being coupled to the grinding chamber and to the at least one balancing mass unit in such a way that a phase offset between the eccentric maxima of the at least one balancing mass unit and the grinding chamber is unequal to 180 regardless of the operating state or the current loading of the grinding chamber ° is ensured, in particular in a range of 5 to 15 ° offset with respect to 180 ° phase offset.
  • a further vibration-related optimization can take place on the structural level by means of at least one material-elastic articulation unit.
  • the grinding chamber can be coupled to the eccentric shafts by means of at least one material-elastic articulation unit.
  • This also enables a movement-tolerant or position-tolerant connection of the grinding chamber to the eccentric shafts, whereby the operating behavior of the mill can be further optimized, in particular also with greatly varying loading, i.e. with varying movement behavior of the grinding stone.
  • the material-elastic link units can compensate for oscillation effects or compensate for vibrations; on the other hand, stresses caused by temperature fluctuations or positional tolerances can also be minimized.
  • a particularly far-reaching vibration-optimized mill can be implemented when the measures relating to phase offset are combined with measures based on a material-elastic link unit.
  • the optimization of the mill based on measures for material-elastic mounting of the chamber can be implemented in a particularly expedient manner by means of the measures described here with regard to phase offset, for example by setting a corresponding operating behavior in terms of control technology in mills with material-elastic articulation unit.
  • the grinding chamber can be coupled to the eccentric shafts by means of at least one material-elastic link unit. This enables a movement-tolerant or position-tolerant connection of the grinding chamber to the eccentric shafts, whereby the operating behavior of the mill can be optimized.
  • the mounting of the eccentric shafts can be optimized in a particularly effective manner in that the bearings of the eccentric shafts are elastically coupled to the chamber. It has been shown that by means of one or more linkage units, on the one hand, the centrifugal forces, which are dependent on the speed, can be transferred directly to the eccentric shafts, but on the other hand, the forces and torques caused by thermal expansion and tolerances can also be compensated.
  • the use of one or more material-elastic link units also has the advantage that active control of any stiffness or elasticity parameters is not required. A correspondingly desired damping can already be ensured by means of the material-elastic link unit (s) alone. In particular, it is also possible to benefit from the material-elastic properties of the linkage unit in connection with the setting of a phase offset.
  • the material-elastic articulation unit has, for example, a sheet metal plate or is formed thereby, in particular by at least one metallic plate. This also provides the advantage that no costly post-processing operations are necessary for material-elastic sections of the link unit.
  • Steel has the advantage that large forces can be transmitted permanently even at elevated temperatures.
  • the grinding vessel or grinding chamber can be shrunk into it by means of a steel linkage unit.
  • steel can also perform a heat conduction function, in particular to lower the temperature in the grinding vessel.
  • material-elastic is to be understood as a functionality integrated into the material to compensate for tensions or positional tolerances, in particular a functionality without joints without relative movement of parts relative to one another.
  • a relatively lower rigidity of a first material section in relation to a relatively higher rigidity of a second material section or material region can be defined as “materially elastic”.
  • the “material-elastic” functionality in particular also requires a relative movement, so that a “material-elastic” section also has a movement tolerance.
  • rigidity or the “material-elastic” functionality can be adjusted in particular with regard to the following parameters or sizes of the overall system: geometry (in particular diameter); Weights (grinding jar, millstone and grist); Eccentric measure (grinding vessel, grinding stone and grist); Speeds; Temperatures; to be observed Tolerances.
  • geometry in particular diameter
  • Weights grinding jar, millstone and grist
  • Eccentric measure grinding vessel, grinding stone and grist
  • Speeds Temperatures; to be observed Tolerances.
  • the masses and diameters as well as the maximum speed and the temperature difference of the components have a major influence.
  • the material-elastic link unit is material-elastic by at least one flexurally elastically mounted section between the grinding chamber and the eccentric shafts, in particular flexurally elastic in the radial direction, in particular with a bending moment or a flexural rigidity which, in particular in the radial direction, is at least one power of ten less than the rigidity the coupled power-carrying components (in particular grinding chamber; bearings; eccentric shafts; base plate).
  • a section that is supported in a flexurally elastic manner can in particular be understood as a section that is supported by bending in the elastic region of the material used.
  • a flexurally elastic mounting in the sense of the present invention is to be understood in particular as a mounting in which the movement / position tolerance is ensured essentially or even exclusively by bending the coupling element.
  • This mounting differs from a spring mounting by means of tension or compression springs and also differs from a mounting by means of spiral springs, in particular when the material-elastic section provides an integral functionality of the linkage unit, ie is not provided as a separate spring.
  • the material-elastic section is designed as a single strand of material, which does not run in a spiral like a spring, but which extends between the coupling points or bearing points to be connected to one another, in particular on an at least approximately direct path between two connection points.
  • the material-elastic linkage unit can also be material-elastic in the circumferential direction around the grinding chamber by / due to at least one flexurally elastic section between the grinding chamber and the eccentric shafts, in particular with a bending moment or a flexural rigidity which, in particular in the circumferential direction, is at least one power of ten smaller than the Rigidity of the coupled force-carrying components (in particular grinding chamber; bearings; eccentric shafts; base plate).
  • a respective material-elastic section of the material-elastic linkage unit can extend without winding between the coupling points or bearing points to be connected to one another. This also provides good multi-directional storage properties.
  • the respective material-elastic section can also be described / referred to as a bending rod.
  • the material-elastic sections are preferably of different stiffness in at least two directions of movement, primarily soft or material-elastic in the radial direction.
  • the material-elastic sections are preferably to be arranged vertically / orthogonally to the radial direction, in particular exactly in the circumferential direction.
  • the material-elastic articulation unit comprises or provides a grinding chamber receptacle, in particular in a one-piece, integral design, in particular in a central arrangement integrated into the material-elastic articulation unit.
  • the material-elastic link unit comprises at least one material-stiff area, in particular for a grinding chamber receptacle, with at least one material-elastic section coupling the material-elastic area to the respective eccentric shaft in a material-elastic manner and in particular in a radial direction movement-tolerant way. This also provides a robust integral arrangement in each case.
  • the material-elastic link unit is designed from a prefabricated semi-finished product, in particular in a completely solid configuration. Last but not least, this also provides robustness and longevity and enables the material-elastic section (s) to be easily adapted to the respective application.
  • the material-elastic articulation unit can be coupled to the eccentric shaft together with the balancing mass element (s) in an arrangement above or below a balancing mass element of the balancing mass unit or in an arrangement between at least two balancing mass elements.
  • the link unit can also be integrated in an expedient manner into an advantageous structural design, in particular in the form of a one-piece disk.
  • the balancing mass elements can also be stored via the eccentric shafts and move out of phase with the grinding unit.
  • the balancing mass elements are optimally arranged on the level of the grinding vessel (grinding chamber), in particular in order to also be able to compensate for tilting moments.
  • at least two levels are provided, each with at least one balancing mass element, which are arranged above and below the grinding vessel.
  • the material-elastic linkage unit couples the grinding chamber in at least one coupling point per eccentric shaft with movement tolerance to the respective eccentric shaft, in particular by means of a bearing receptacle for the arrangement of a bearing for the respective eccentric shaft, the at least one coupling point offset in the circumferential direction with respect to an articulation point or force introduction point is arranged on the grinding chamber, in particular with an offset in the range of a circumferential angle of 30 ° to 120 °, in particular in an at least approximately tangential extent.
  • This also makes it possible to provide advantageous technical bending properties.
  • the material-elastic link unit couples the grinding chamber in at least one coupling point per eccentric shaft by means of a material-elastic section in the form of a material-elastic arm movement-tolerant to the respective eccentric shaft, the material-elastic arm being a one-piece, integral component of the material-elastic link unit, in particular in the form of a preferably massive bending beam-like one Material section.
  • the bending beam-like material section preferably has no cavities or cavities.
  • An exemplary stiffness value is e.g. in the range of approx. 0.1 mm to 0.3 mm per 1000N radial force on the eccentric shafts. This stiffness value can be defined, for example, as “flexible” or “material-elastic”, in particular with regard to the other force-carrying components.
  • the material-elastic link unit or at least a respective material-elastic section of the material-elastic link unit is designed to be solid, in particular with an exclusively convex cross-sectional profile contour. This can also minimize the risk of material failure.
  • the massive design also provides the advantage that, even with a comparatively stiff material, great flexural softness can be set or achieved in the material-elastic section.
  • the respective material-elastic section preferably does not have any cavities or cavities.
  • the respective material-elastic section preferably has an exclusively convex cross-sectional profile contour.
  • the cross-sectional profile can taper outward towards the free end.
  • the material-elastic link unit has at least three material-elastic arms (three-armed configuration), which each extend in the circumferential direction around a / the grinding chamber receptacle of the material-elastic link unit, in particular in a symmetrical arrangement around the grinding chamber receptacle, and which are each at its free End having a bearing receptacle, and which each have a free length from the center of the bearing receptacle to a pivot point (or pivot section or center of a Articulation section) on the grinding chamber receptacle corresponding to a circumferential angle of at least 30 ° to 45 °, in particular corresponding to a circumferential angle of at least 45 ° to 60 °, in particular a free length in the range of at least 50% to 90% of the diameter of the grinding chamber receptacle , in particular at least 75% to 90% of the diameter of the grinding chamber receptacle.
  • the material-elastic link unit can e.g. have at least three material-elastic sections which together span a circumferential angle of at least 120 °, 150 ° or 180 ° around the grinding chamber. This favors a storage with regard to bending movements. This also enables great variability in terms of optimizing the linkage unit for a particular application, e.g. regarding the choice of material.
  • the material-elastic link unit couples the grinding chamber in at least one coupling point per eccentric shaft by means of a material-elastic arm to the respective eccentric shaft, the respective material-elastic arm having a length in the range of 50 from a transition to the grinding chamber receptacle to the free end of the arm Has% to 150% of the diameter of the grinding chamber holder, in particular 80% to 120% of the diameter of the grinding chamber holder. This also enables a good length for material-elastic movement tolerance, in particular for bending movements.
  • the radial distance of a respective bearing receptacle of the material-elastic link unit is smaller than the diameter of the grinding chamber receptacle of the material-elastic link unit, in particular smaller than half the diameter or smaller than the radius of the grinding chamber holder.
  • the material-elastic function in particular a flexural elasticity, can also be realized with comparatively stiff, robust materials.
  • the position and size of the compensation hole can be adapted to the respective material or application.
  • the compensation hole also enables fine adjustment of the mass distribution.
  • an inner radius is formed on / at a transition between the grinding chamber receptacle and the respective material-elastic arm, in particular an inner radius in the range from 10% to 25% of the cross-sectional width of the arm.
  • a / the transition between the grinding chamber receptacle and the respective material-elastic arm is rounded in both circumferential directions or has a rounding. In this way, a robust arrangement with a further optimized stress and force curve can be provided in each case.
  • the material-elastic linkage unit has a grinding chamber receptacle for the grinding chamber, which grinding chamber receptacle completely surrounds the grinding chamber in the circumferential direction, the grinding chamber receptacle preferably being designed as a circular cross-section or as a cylindrical receptacle in the manner of a socket .
  • the material-elastic link unit is designed as a comparatively flat disc, in particular with a uniform thickness (extension in the axial longitudinal direction), in particular with a uniform thickness of both the arms and the grinding chamber receptacle of the material-elastic link unit.
  • This also provides variability in terms of material selection.
  • the structural design can also be further optimized.
  • the thickness of the link unit is comparable to the thickness of balancing mass units or retaining clips.
  • the link unit can also be well integrated in a constructive and functional manner.
  • the material-elastic mounting can also be adjusted with regard to a desired two-dimensionality.
  • a bending movement in particular can be forced or aligned bidirectionally in a predefinable plane.
  • the bending moment can be greater about a first axis than about a second axis, in particular by a significant factor which is selected to be so large that the relative movement is forced into the desired plane.
  • the material-elastic link unit is set up to couple the grinding chamber elastically to the eccentric shafts with movement tolerances of less than 1 mm, preferably less than 0.5 or 0.3 or 0.2 mm, in particular with these movement tolerances in the radial direction , especially flexible. Effective force transmission can also be ensured in this way.
  • the vibratory disk mill device preferably has the eccentric shaft drive as the single drive for all eccentric shafts, the eccentric shaft drive being arranged eccentrically with respect to the grinding chamber.
  • This drive concept has proven to be particularly advantageous in connection with the linkage unit.
  • the grinding chamber holder can e.g. can be separated from a plate forming the linkage unit, in particular by plasma cutting. Any reworking can be limited in particular to reworking holes and transition radii.
  • FIG. 2A, 2B, 2C, 2D each show an eccentric shaft for use in a vibrating disk mill device according to an exemplary embodiment in different views;
  • Vibrating disk mill device according to an embodiment
  • FIG. 4 shows a vibrating disk mill device in a perspective view
  • FIG. 5 shows a view of an underside of a grinding system of a
  • 6A, 6B, 6C each show a material elastic in a perspective view
  • 1A, 1B, 1C illustrate different operating states, in each case as a function of a phase offset w, a resulting force vector of a resulting imbalance being set individually in each case.
  • FIG. 1A A vibration state that requires optimization is illustrated in FIG. 1A.
  • the angle of rotation or phase offset w13 of the millstone is dependent on the grinding conditions, in particular on the load.
  • An operating state with a comparatively large residual imbalance is shown.
  • a force vector F1 of the imbalance force of the grinding chamber points in a different direction than a force vector F2 of the imbalance force of the grinding stone.
  • a force vector F3 of the imbalance force of the balancing mass unit points opposite to F1 (phase offset exactly 180 °).
  • the angle of rotation or phase offset w13 of the millstone is plotted between F1 and F2.
  • FIG. 1B a vibration state that has been optimized in terms of vibration by phase offset optimization is illustrated.
  • F3 points at an angle not equal to 180 ° opposite to F1 (phase offset, for example approx. 195 ° or 200 °; FIG. 1B is not exactly to scale).
  • the angle of rotation or phase offset w16 of the balancing mass unit is plotted here between F1 and F3 for the sake of simplicity.
  • a residual imbalance becomes zero or can be leveled according to the invention, in particular by setting the phase offset w16 accordingly.
  • phase offset w16 of the balancing mass unit is selected according to the invention in such a way (here for the purpose of illustration corresponding to that phase offset in FIG. 1B) that the resulting residual imbalance oscillates around the value zero.
  • a mean value can be determined, for example, as an empirical value from the normal operation of the mill over a predefined operating period, in particular for the purpose of specifying a single predefined advantageous phase offset w16 for the balancing mass unit. This can also save time-consuming readjustment.
  • the comparatively small / short force vector Fn is aligned in a first or in a second opposite direction and ideally oscillates around a mean value zero with only a small deflection.
  • FIG. 7A it can be seen that individual cams each comprise a disk 15.1 which can be arranged with a predefinable offset or angle of rotation relative to the further cams or disks.
  • the individual cams or discs can be e.g. position relative to one another by means of connecting means 15.2 (for example screw connections or fitting means).
  • Figure 2 shows a shaft with three cams.
  • one of the cams interacts with the grinding chamber, and the other two cams are each coupled to one of two balancing mass units. It has been shown that a particularly advantageous operating behavior can be achieved if the middle cam couples the grinding chamber.
  • FIG. 2B The relative position of the individual cams or disks is further illustrated in FIG. 2B.
  • serial assembly of individual machine elements can be provided, in particular in such a way that the disks can optionally be retrofitted.
  • FIGS. 2C and 2D Phase offsets set to different sizes are illustrated in FIGS. 2C and 2D.
  • 2C illustrates an offset of 180 ° (identified as disadvantageous according to the invention).
  • FIG. 2D illustrates an example of an offset of ⁇ 20 ° (identified as advantageous according to the invention) with respect to the exactly opposite, opposite arrangement according to FIG. 2C (180 °), that is to say 200 °.
  • Such an offset can That is, relatively between the cam for the chamber and the respective cam for the balancing mass unit (s) can be implemented, either permanently predefined or also adjustable during operation or during breaks in operation or when the mill is reconfigured (optional readjustment).
  • FIG 3 shows a vibrating disk mill device 10 with a control / regulating device 20 and with at least one measuring unit 21, in particular comprising at least one acceleration sensor.
  • the vibrating disk mill device 10 shown in FIG. 4 comprises a mill housing 11 in which a grinding system 13 is arranged, to which feed material can be fed via a material feeder 12. The feed material is ground and can then be removed at a material discharge 19.
  • the grinding system 13 arranged in between comprises a grinding chamber 13.1 with at least one grinding stone (not shown).
  • An eccentric shaft drive 14 is coupled to a plurality of eccentric shafts 15 and drives at least one of the eccentric shafts 15.
  • a balancing mass unit 16 with a plurality of balancing mass elements 16.1 is used for mass balancing.
  • a material-elastic linkage unit 17 is arranged in particular in an arrangement between at least two balancing mass elements 16. 1 and is material-elastically coupled to the eccentric shafts 15.
  • the linkage unit 17 couples / couples the grinding chamber 13.1 material-elastic, in particular flexurally elastic, to the shafts 15.
  • the linkage unit 17 has a grinding chamber receptacle 17.1, in particular in an at least approximately centric arrangement.
  • the material-elastic coupling can be ensured to a large extent or also essentially via a plurality of material-elastic sections 17.3, here in each case in particular in the form of a free arm which also extends in the circumferential direction.
  • the respective material-elastic section 17.3 has in particular: a transition 17.2 between the grinding chamber receptacle 17.1 and the free section of the arm, a compensation hole 17.4 (in particular to compensate for masses or stresses during relative movements), an inner radius 17.5 and a Rounding 17.6, in particular optimized with regard to minimizing stress peaks at the transition 17.2, at least one bearing receptacle 17.7 with a ring section 17.71 in an arrangement at the free end of the respective arm, a coupling point 17.8 to the shaft 15, and an articulation point or articulation area (or Geometric center) of a linkage section 17.9 at the respective transition 17.2.
  • a bearing 18 for the corresponding eccentric shaft 15 can be enclosed in the respective bearing seat 17.7, e.g. by form and / or force fit.
  • the area that defines the grinding chamber receptacle 17.1, in particular an annular area 17.1 1 around it, can be made material-rigid, for example also by material post-treatment or material differentiation.
  • D17.1 diameter of the grinding chamber holder D17.1 diameter of the grinding chamber holder; d17 free length of the material-elastic section 17.3, in particular in the circumferential direction u; r radial direction; r1 free radial spacing of the bearing seat, in particular with respect to the grinding chamber seat; z vertical direction or longitudinal direction (axial direction); z17 thickness of the link unit; a circumferential angle or offset in the circumferential direction between articulation point 17.9 and bearing seat 17.7.
  • FIG. 4 shows a vibrating disk mill device 10 with a grinding system 13 driven by eccentric shafts.
  • FIG. 5 shows a grinding system 13, mounted on a base plate, with three eccentric shafts 15, one of which is driven by a drive 14.
  • 6A, 6B, 6C show the arrangement of a material-elastic articulation unit 17 integrated between two balancing mass units 16, 16.1. Both the
  • Linkage unit 17 and also balancing mass units 16 are coupled to eccentric shafts 15.
  • the three coupling material-elastic sections 17.3 each extend in the circumferential direction u over an angle a in the range from 60 to 100 °, in particular approximately 85 °.
  • the inner diameter D13.1 of the grinding chamber is also indicated in FIG. 6A, in particular defined by the inner walls of the grinding chamber on which the grinding stone rolls.
  • FIG. 7A, 7B show the individual sections of an integral, solid, one-piece material-elastic link unit 17 with arms 17.3 that are flexurally elastic in the radial direction.
  • a grinding chamber receptacle 17.1 is centrally defined by a comparatively rigid area 17.1 1.
  • the transitions between this materially rigid area 17.1 1 (or the articulation section 17.9) and the respective arms 17.3 are all rounded (in particular areas 17.2, 17.5, 17.6). Further measures optimizing mass distribution or stress distribution or force flow can e.g. be ensured by the compensation hole 17.4 shown in the respective arm.
  • the respective bearing seat 17.7 is provided by an integral one-piece solid ring section 17.71, the center of which defines the coupling point 17.8 (center point of the eccentric shaft).
  • acceleration sensor F1 Force vector imbalance force grinding chamber (or grinding system without grinding stone and without balancing mass unit)

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Scheibenschwingmühlenvorrichtung (10) zur Zerkleinerung von Einsatzmaterial, mit: einem Mühlengehäuse (11); einem im Mühlengehäuse schwingbeweglich angeordneten Mahlsystem (13) mit einer Mahlkammer (13.1) und mit wenigstens einem in der Mahlkammer beweglich angeordneten Mahlstein; wenigstens einem im Mühlengehäuse gelagerten und die Schwingbewegung in der Mahlkammer erzeugenden Exzenterwellen-Antrieb (14) und wenigstens zwei Exzenterwellen (15); wenigstens einer an den Exzenterwellen-Antrieb gekoppelten Ausgleichsmasseneinheit (16) eingerichtet zum Unwuchtausgleich; wobei die Ausgleichsmasseneinheit derart an den Exzenterwellen-Antrieb gekoppelt ist, dass ein Phasenversatz größer 180°, insbesondere größer 185°, zwischen dem Exzentermaximum der Ausgleichsmasseneinheit und dem Exzentermaximum der Mahlkammer einstellbar ist. Dies ermöglicht schwingungsoptimierte Betriebsbedingungen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum schwingungstechnischen Regeln einer Scheibenschwingmühlenvorrichtung sowie die Verwendung von Exzenterwellen (15) mit Phasenversatz.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum schwingungstechnisch optimierten Koppeln einer Mahlkammer an Exzenterwellen einer Schwingscheibenmühle sowie Verwendung
Beschreibung:
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum schwingungstechnisch optimierten Koppeln einer Mahlkammer an Exzenterwellen einer Schwingscheibenmühle. Nicht zuletzt betrifft die Erfindung auch die Verwendung von Exzenterwellen mit vordefiniertem Phasenversatz in einem vordefinierbaren Phasenversatz-Bereich. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren bzw. eine Verwendung gemäß dem Oberbegriff des jeweiligen unabhängigen bzw. nebengeordneten Anspruchs.
HINTERGRUND
Scheibenschwingmühlen werden zum möglichst feinen Zerkleinern von Feststoffen verwendet, beispielsweise zwecks Bereitstellung der zerkleinerten bzw. gemahlenen Feststoffe für eine Materialanalyse (z.B. RFA, AAS, NIR, ICP-MS).
Scheibenschwingmühlen weisen üblicher Weise ein Mahlwerk auf, welches zwischen einer Materialaufgabe (Einlass) und einem Materialaustrag (Auslass) in einem Gehäuse angeordnet ist. Das Mahlwerk umfasst beispielsweise einen Topf mit Deckel und Mahlköper (im Folgenden „Mahlstein“), wobei die Mahlsteine z.B. als Steine, Scheiben, Linsen oder Ring ausgestaltet sein können. Scheibenschwingmühlen können die Feststoffe basierend auf Druck, Stoß und/oder Reibung mahlen.
Gemäß einer Bauart von Scheibenschwingmühlen wird der Mahlstein durch einen Antrieb mit Exzenterwellen in Bewegung versetzt.
Das Mahlen mit Scheibenschwingmühlen ist bisher in vielen Anwendungsfällen ein leider nur wenig effizientes Mahlverfahren. Insbesondere aufgrund von Reibungsverlusten besteht z.B. das Risiko, dass sich einzelne Komponenten der Mühle stark erhitzen. Dies begründet beispielsweise auch Temperatur- Inhomogenitäten, die sich auch nachteilig auf das Mahlergebnis auswirken können. Insbesondere können einzelne Komponenten der Mühle dadurch nachteilig verspannt werden, insbesondere derart, dass Relativbewegungen erschwert oder die gewünschte Schwingung nicht optimal erzielt werden kann. Nachteilige Effekte wie z.B. inhomogene Mahlergebnisse (insbesondere hohe Inhomogenität hinsichtlich der Partikelgrößen in der gemahlenen Charge) können dann häufig nicht vermieden werden. Nachteilig ist dies insbesondere dann, wenn die gemahlene Charge für eine Materialanalyse verwendet werden soll; letztere wird dann leider ebenfalls ungenauer. Nicht zuletzt können auch derartige Verspannungen bei beweglichen Bauteilen oder bei Lagern, insbesondere Wälzlagern in einem solchen Maße hervorgerufen werden, dass die Mühle nur noch eine verkürzte Lebensdauer hat oder gar Betriebsausfälle erleidet. Anders ausgedrückt: Eine schwingungstechnische Optimierung geht mit einer vorrichtungstechnischen Optimierung Hand in Hand.
Daher besteht Interesse an einer möglichst einfachen, aber dennoch wirkungsvollen Optimierung der Mühle. Eine der denkbaren Maßnahmen ist das Kühlen zum Absenken von Temperatur-Inhomogenitäten. Diese Maßnahme allein kann jedoch in vielen Fällen keine zufriedenstellende Optimierung bewirken. Andere Maßnahmen beziehen sich direkt auf die Lager bzw. auf die schwingungstechnische Lagerung der Mühle.
Vor diesem Hintergrund besteht insbesondere auch Interesse an einer Weiterentwicklung von Scheibenschwingmühlen für den Mineral-Bereich, welche auch dazu ausgelegt sein müssen, größere Materialmengen oder variierende Materialmengen aufzunehmen. Anders ausgedrückt: Speziell der Mineral-Bereich fordert vergleichsweise große Anlagen mit vergleichsweise großen Unwucht-Massen, wobei das jeweilige Schwingungsverhalten von der momentanen Beladung abhängig sein kann. Daher erlangt insbesondere bei diesen Anlagen die Anforderung von optimierter Auswuchtung der Mühle eine große Bedeutung. Gewünschte Effekte: ruhiger Lauf; optimiertes Betriebsverhalten; beispielsweise Verzicht auf ein aufwändiges Anlagenfundament, beispielsweise bei Montage in einem Labor. BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den eingangs beschriebenen Merkmalen zur Verfügung zu stellen, womit der Betrieb einer Scheibenschwingmühle mit Exzenterwellen-Antrieb schwingungstechnisch optimiert werden kann, insbesondere in Hinblick auf eine schwingungstechnische Optimierung der gesamten Vorrichtung auch bei stark variierender Beladung. Die Aufgabe kann in einem engeren Sinne auch darin gesehen werden, die im Zusammenhang mit der Schwingungsanregung stehenden Komponenten der Mühle bzw. deren Betriebsverhalten zu optimieren.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele werden in den Unteransprüchen aufgeführt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere gelöst durch eine Scheibenschwingmühlenvorrichtung eingerichtet zur Zerkleinerung von Einsatzmaterial, insbesondere Einsatzmaterial einer Partikelgröße kleiner 20mm oder kleiner 10mm, insbesondere eingerichtet zum Mahlen des Einsatzmaterials auf Partikelgrößen kleiner 75pm, mit: einem Mühlengehäuse; einem im Mühlengehäuse schwingbeweglich angeordneten Mahlsystem mit einer Mahlkammer und mit wenigstens einem in der Mahlkammer beweglich angeordneten Mahlstein; und mit wenigstens einem im Mühlengehäuse gelagerten und die Schwingbewegung in der Mahlkammer erzeugenden Exzenterwellen-Antrieb und wenigstens zwei Exzenterwellen, insbesondere wenigstens zwei synchron umlaufende Exzenterwellen; und mit wenigstens einer an den Exzenterwellen-Antrieb gekoppelten Ausgleichsmasseneinheit eingerichtet zum Unwuchtausgleich; wobei die Ausgleichsmasseneinheit derart an den Exzenterwellen-Antrieb gekoppelt ist, dass ein Phasenversatz größer 180°, insbesondere größer 185°, zwischen einem/dem Exzentermaximum der Ausgleichsmasseneinheit und einem/dem Exzentermaximum der Mahlkammer einstellbar ist. Hierdurch kann ein für viele Betriebssituationen vorteilhaftes Betriebsverhalten sichergestellt werden. Insbesondere kann auch bei stark variierender Belastung ein ruhiger Lauf der Mühle sichergestellt werden. Nicht zuletzt kann das Spektrum der Betriebs- oder Nutzungsarten für einen bestimmten Mühlentyp verbreitet werden.
Es hat sich gezeigt, dass es vorteilhaft ist, wenn der Versatz nicht exakt 180° beträgt. Indem ein von 180° abweichender Versatz eingestellt wird, kann insbesondere das schwingungstechnische Zusammenspiel von Mahlstein und Kammer, Kammer und Ausgleichsmassen, und/oder Einsatzmaterial (variierende Masse) und allgemein den schwingenden vorrichtungstechnischen Komponenten der Mühle optimiert werden.
Die Ausgleichsmasseneinheit kann derart an den Exzenterwellen-Antrieb gekoppelt sein, dass der gewünschte Phasenversatz in Abhängigkeit von der Ansteuerung des Exzenterwellen-Antriebs einstellbar ist.
Insbesondere kann bei einem Versatz größer 180° das Gegenmassensystem der Drehbewegung des Mahlsystems beispielsweise um mindestens 5° nacheilen. Dieser Versatz kann erfindungsgemäß vorgegeben und eingeregelt werden. Hierdurch kann insbesondere bei variierender Beladung und in Hinblick auf Variationen im Bewegungs-Verhalten des Mahlsteins eine schwingungstechnische Optimierung sichergestellt werden, insbesondere im Sinne einer Puffer-Funktion. Anders ausgedrückt: Es hat sich gezeigt, dass der erfindungsgemäße Winkelversatz größer 180° bei nacheilender Unwucht der Ausgleichsmasseneinheit eine gewisse Pufferfunktion zur Vermeidung nachteiliger Schwingungszustände sicherstellen kann. Dies ermöglicht nicht zuletzt auch einen besonders breiten Anwendungsbereich für die jeweilige Mühle.
Im Gegensatz dazu bestand eine bisherige Maßnahme darin, ein Auswuchten durch exakt 180° Versatz zu realisieren, wobei der Versatz in Bezug auf das Exzentermaximum der Ausgleichsmassen und das Exzentermaximum der Mahlkammer bemessen ist. Es hat sich jedoch nun gezeigt, dass diese Auswucht- Strategie nur eine unzureichende, nicht zufriedenstellende Optimierung ermöglicht. Bisher eingesetzte Mühlen mit Unwuchtantrieben weisen üblicherweise ein Vibrationsverhalten auf, welches durch ein Feder-Dämpfersystem geprägt ist. Es hat sich nun gezeigt, dass eine Abstimmung auf die Lage des Mahlsteins dabei vergleichsweise schwierig bzw. undefinierbar ist.
Die Erfindung beruht auf dem Konzept, den Versatz zwischen Exzentermaximum der Ausgleichsmassen und Exzentermaximum der Mahlkammer ungleich 180° einzustellen, wobei ein bevorzugt nacheilender Mahlstein derart in Schwingung versetzt wird/ist, dass insbesondere auch bei variierender Beladung und/oder variierender Relativpositionen der schwingenden Komponenten, insbesondere des Mahlsteins, ein möglichst gleichbleibend ruhiger Lauf oder eine möglichst konstante schwingungstechnische Anregung sichergestellt ist, insbesondere unter variierenden Belastungen oder Drehzahlen.
Die Erfindung ermöglicht insbesondere auch einen Ausgleich von Betriebszustandsänderungen zwischen Leerlauf und Volllast auf besonders einfache und effektive Weise. Hierdurch lässt sich ein einzelner Mühlen-Typ auf flexible Weise nutzen. Die Praxistauglichkeit wird verbessert.
Je Umlauf ist bevorzugt nur ein einziges Exzentermaximum vorgesehen, welches durch den Versatz von einzelnen Durchmessern auf den Exzenterwellen vorgegeben wird. Wahlweise könnten beispielsweise mittels einer Nockensteuerung mehrere Exzentermaxima realisiert werden, jedoch beruht die vorliegende Erfindung vornehmlich auf dem vergleichsweise einfach realisierbaren Konzept einer schwingungstechnischen Optimierung bei vordefinierter relativer Anordnung des Exzentermaximums, also ohne Nockensteuerung. Nichtsdestotrotz kann im Einzelfall eine Erweiterung der technischen Maßnahmen um eine solche Nockensteuerung erfolgen, falls gewünscht.
Als„nacheilend“ ist dabei eine induzierte Bewegung zu verstehen, insbesondere die aufgrund von Unwuchten induzierte freie Bewegung des Mahlsteins. Die Ausgleichsmasseneinheit umfasst beispielsweise zwei Ausgleichsmassenelemente, insbesondere in Ausgestaltung als zwei Ringe, in einer Anordnung oberhalb und unterhalb der Mahlkammer. Es hat sich gezeigt, dass die Verwendung von wenigstens zwei Ausgleichsmassenelementen vorteilhafter ist als nur eines Ausgleichsmassenelementes, insbesondere in Hinblick auf unterschiedliche Höhenlagen bzw. auf zusätzliche (zu vermeidende) Kippmomente.
Das jeweilige Ausgleichsmassenelement muss nicht notwendigerweise mit allen Exzenterwellen verbunden sein; vielmehr kann auch an jeder Welle wenigstens ein individuelles Ausgleichsmassenelement angeordnet sein. Ein an alle Wellen gekoppeltes Ausgleichsmassenelement liefert jedoch den Vorteil, dass auch der Bauraum zwischen den Wellen für eine Kontermasse ausgenutzt werden kann.
Es hat sich gezeigt, dass zur weiteren Optimierung von Betriebsverhalten, insbesondere zur Optimierung vom Anfahr-Verhalten der Mühle, wenigstens eine Abhängigkeit bzw. wenigstens ein Verhältnis aus der folgenden Gruppe vorzudefinieren:
-Verhältnis Mahlsteingröße zu Mahlkammergröße; und/oder
- Verhältnis Exzenter Mahlaggregat (antreibende Komponente) zu Mahlkammergröße.
Das Einstellen des Phasenversatzes kann insbesondere auch durch mechanische Kopplung wie z.B. mittels Passfedern erfolgen, insbesondere an der jeweiligen Exzenterwelle.
Eine Kopplung der Ausgleichsmasseneinheit an den Exzenterwellen-Antrieb kann auch als eine Kopplung der Ausgleichsmasseneinheit an wenigstens eine Exzenterwelle verstanden werden. Insbesondere weisen alle Exzenterwellen exakt denselben Phasenversatz auf.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Phasenversatz derart einstellbar, dass das Exzentermaximum der Ausgleichsmasseneinheit dem Exzentermaximum der Mahlkammer nacheilt bzw. zeitlich nachgeordnet ist. Durch einen solchen negativen Versatz der Ausgleichsmasseneinheit um mehr als eine halbe Umdrehung können variierende Betriebsbedingungen besonders effektiv kompensiert werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Ausgleichsmasseneinheit derart in Abhängigkeit von der Ansteuerung des Exzenterwellen-Antriebs angesteuert/ansteuerbar, dass ein Phasenversatz im Bereich von 185° bis 200° einstellbar ist. Es hat sich gezeigt, dass dieser Versatz besonders vorteilhaft ist, insbesondere auch in Hinblick auf einen gegenläufigen Unwuchtausgleich.
Ein Versatz, insbesondere ein Nacheilen, um einen Drehwinkel von 185° bis 200° kann insbesondere den Vorteil liefern, dass die zu erwartenden relativen Verschiebungen von Relativpositionen oder Massenschwerpunkten mit guter Wahrscheinlichkeit bzw. bei besonders guter Effektivität kompensiert werden. Es hat sich gezeigt, dass ein Abstand von 5° bis 20° von einer halben Umdrehung die Kompensation insbesondere mit gutem Sicherheitsfaktor sicherstellen kann, ohne dass allzu stark vom Konzept der gegenschwingenden Massen abgewichen werden muss. Anders ausgedrückt: In diesem Bereich der Abweichung von exakt entgegengesetzter Schwingung kann ein toleranteres, breiter kompensierendes Schwingungsverhalten für einen variableren Betriebsbereich der Mühle sichergestellt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel erfolgt die Ansteuerung derart, dass der eingeregelte relative Drehwinkel bzw. Phasenversatz der Ausgleichsmasseneinheit unterschiedliche Relativpositionen des wenigstens einen Mahlsteins relativ zum Exzentermaximum im Teillast- und Volllastbetrieb ausgleicht, insbesondere zwecks Ausgleich von Betriebszustandsänderungen zwischen Leerlauf und Volllast. Hierdurch kann auch das Anwendungsspektrum verbreitert werden, insbesondere auch in Hinblick auf Art und Menge des Einsatzmaterials.
Bei höherer Last (z.B. bei relativ großem Mahlwiederstand) ist der Phasenversatz zwischen Exzentermaximum und momentaner Lage/Position des Mahlsteins relativ größer. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Ausgleichsmasseneinheit im Drehwinkel bzw. Phasenversatz einstellbar, insbesondere indem an wenigstens einer Exzenterwelle wenigstens eine Exzenterscheibe vorgesehen ist, insbesondere eine in relativer Drehposition zur Exzenterwelle positionierbare Exzenterscheibe. Hierdurch kann mittels vergleichsweise einfacher konstruktiver Maßnahmen auch eine große Variabilität bereitgestellt werden. Bevorzugt werden an allen Exzenterwellen die gleichen Arten von Maßnahmen getroffen; insbesondere ist an jeder Exzenterwelle jeweils wenigstens eine Exzenterscheibe vorgesehen.
Die Einsteilbarkeit der Ausgleichsmasseneinheit kann beispielsweise durch mechanische Verbindungen, mittels welchen ein vordefinierter Versatz einstellbar ist, sichergestellt werden. Insbesondere kann ein Pass-Mittel wie z.B. eine Passfeder die im vorliegenden Zusammenhang zweckdienliche Einsteilbarkeit begünstigen. Beispielsweise kann die Einsteilbarkeit auch durch eine Zahnwelle, eine Konusklemmung und/oder einen Rastbolzen sichergestellt werden.
Ein Verdrehen von Exzenterscheiben relativ zur Welle kann dabei auch während des Betriebs erfolgen, insbesondere im Sinne einer Feinjustage.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Drehwinkel bzw. Phasenversatz der Ausgleichsmasseneinheit in Abhängigkeit von Vibrationen der Scheibenschwingmühlenvorrichtung regelbar, insbesondere indem Beschleunigungen in wenigstens einer Raumrichtung erfasst werden. Hierdurch kann z.B. auch aktiv auf momentane Betriebssituationen reagiert werden.
Insbesondere können die Vibrationen mittels einer Mehrzahl von mehrachsigen Beschleunigungssensoren erfasst werden. Beispielsweise wird wenigstens ein Schwellwert definiert, insbesondere in Bezug auf wenigstens eine von mehreren horizontalen Raumachsen, oberhalb von welchem Schwellwert eine Phasenversatz- Regelung erfolgt. Beispielsweise kann eine Nockensteuerung/-regelung implementiert sein. Wahlweise kann auch z.B. ein Mehrfach-Ring-Exzenterlager, insbesondere ein Fünf-Ring-Exzenterlager implementiert werden. Letzteres kann das Nachjustieren während des Betriebs vereinfachen.
Beispielsweise kann ein Beschleunigungssensor auf der Grundplatte die Schwinggeschwindigkeiten insbesondere in horizontaler Richtung aufnehmen. Beispielsweise ist wenigstens ein mehrachsiger Beschleunigungssensor vorgesehen, insbesondere eingerichtet zur integrierten Messung/Erfassung von horizontalen Schwinggeschwindigkeiten.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist der wenigstens eine Mahlstein einen Durchmesser von mindestens 50% des Innendurchmessers der Mahlkammer auf, insbesondere im Bereich von 60% bis 85%. Hierdurch kann insbesondere auch ein Anfahr-Vorgang optimiert werden (sicheres Anlaufen der Maschine). Ein relativ großer Mahlstein relativ zu den Abmessungen der Kammer liefert auch den Vorteil, dass eine Phasenregelung auf besonders effektive Weise eingestellt werden kann. Bei einem Verhältnis größer 60% werden derartige Effekte besonders spürbar. Es hat sich gezeigt, dass ein Verhältnis größer 85% sich insbesondere hinsichtlich des nutzbaren freien Volumens nachteilig auswirken kann.
Die Größenabmessungen der Mahlkammer können dabei insbesondere durch diejenigen Flächen oder Wandungen beschrieben werden, an welchen der Mahlstein abwälzt.
Der Mahlstein wälzt innen an der Mahlkammer ab. Bei einem Durchmesser des Mahlsteins von mindestens 50% des Innendurchmessers der Mahlkammer kann die Mühle besonders ruhig und sicher laufen.
Durch Optimierungs-Maßnahmen basierend auf der Definition von Größenverhältnissen kann insbesondere auch ein sicheres Anlaufen der Maschine sichergestellt werden. Der Mahlstein kann in vergleichsweise kurzer Anlauf-Phase in eine gewünschte Abwälzbewegung angeregt werden und in einem ruhigen stabilen Lauf gehalten werden. io
Gemäß einem Ausführungsbeispiel beträgt das Exzentermaximum der Mahlkammer mindestens 2% des Innendurchmessers der Mahlkammer, insbesondere im Bereich von 4% bis 8%. Hierdurch kann insbesondere auch ein Anfahr-Vorgang optimiert werden (sicheres Anlaufen der Maschine). Eine relativ starke Exzenterwelle (vergleichsweise große Exzentrizität) relativ zu den Abmessungen der Kammer liefert auch den Vorteil einer klaren, eindeutigen Phase unabhängig von einer momentanen Ausgestaltung oder Beladung der Kammer. Bei einem Verhältnis größer 4% sind die Vorteile noch deutlicher spürbar. Es hat sich gezeigt, dass ein Verhältnis größer 8% sich insbesondere hinsichtlich Reaktionskräften oder Trägheit oder Variabilität der Betriebsbedingungen nachteilig auswirken kann.
Es hat sich gezeigt, dass durch Vorgabe eines Mindestmaßes für die Exzentrizität bei der Anregung der Mahlkammer die Betriebsweise des Mahlsteins positiv beeinflusst werden kann. Insbesondere weisen Exzenterscheiben für die Mahlkammer eine Exzentrizität (bzw. ein Exzentermaximum) von mindestens 2% des Innendurchmessers der Mahlkammer auf. Somit kann der Begriff Exzentermaximum synonym mit der geometrischen Exzentrizität einer geometrischen Maßnahme an den Wellen verstanden werden. Durch dieses Mindestmaß kann insbesondere der von der Mahlkammer ausgeübte Stoß (bzw. Impuls) auf dem Mahlstein ausreichend groß eingestellt werden, insbesondere auch in Hinblick auf ein sicheres, vorteilhaftes Anlaufen/Anfahren der Mühle.
Die Mahlkammer und die Ausgleichsmassen weisen insbesondere exzentrisch versetzte Befestigungspunkte auf den Exzenterwellen auf. Die Exzenter können dabei einen unterschiedlichen Phasenversatz und eine unterschiedliche Exzentrizität an den Wellen aufweisen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Exzentermaximum der Ausgleichsmasseneinheit größer als das Exzentermaximum der Mahlkammer, insbesondere mindestens um den Faktor 1 ,2 bis 3. Durch die vergleichsweise große Exzentrizität der Ausgleichsmasseneinheit können die Ausgleichsmassen (deren Masse) reduziert werden, was sich auch vorteilhaft auf die konstruktiven Anforderungen z.B. hinsichtlich der Dimensionierung der Lager auswirken kann.
Es hat sich gezeigt, dass durch einen solchen Größenfaktor der beiden Exzentrizitäten die Ausgleichsmassen reduzierbar sind. Ein Faktor bis 3 liefert dabei einen guten Kompromiss auch in Hinblick auf konstruktiven Aufwand.
Die Verhältnisse der Maxima können insbesondere basierend auf relativen geometrischen Größenabmessungen von Exzenter-Elementen (z.B. Scheiben) beschrieben werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist der wenigstens eine Mahlstein einen Durchmesser auf, welcher vordefiniert ist durch den Innendurchmesser der Mahlkammer abzüglich Faktor 5 bis 7 des Exzentermaximums der Mahlkammer. Hierdurch kann ein besonders vorteilhafter Kompromiss für das Betriebsverhalten erzielt werden, insbesondere mittels rein vorrichtungstechnischer Maßnahmen. Es hat sich gezeigt, dass dadurch insbesondere auch weitgehend unabhängig von der Beladung der Mühle (Menge und Art des Einsatzmaterials) eine besonders vorteilhafte Laufruhe sichergestellt werden kann. Optional kann von diesen Verhältnissen abgewichen werden, z.B. für bestimmte Mühlen-Typen oder bei bestimmten Beladungen.
Dabei kann durch die Größe des Exzenters (bzw. durch das Ausmaß der Exzentrizität) bei der Anregung der Mahlkammer der auf den Mahlstein ausgeübte Stoß bzw. Impuls definiert werden. Weil ein großer Mahlstein einen vergleichsweise kurzen Weg zur gegenüberliegenden Wand der Mahlkammer zurücklegen muss, kann basierend auf den hier beschriebenen Verhältnissen auch ein positiver Effekt zum sicheren Anfahren der Mühle sichergestellt werden. Einem vergleichsweise maximal großen Mahlstein steht jedoch nur wenig freies Volumen (wenig Bewegungsfreiheit) zur Verfügung, so dass eine Abwälzbewegung eingeschränkt wird. Es hat sich gezeigt, dass in diesem Spannungsfeld der Bereich von 5 bis 7 für den zuvor beschriebenen Faktor einen guten Kompromiss für sicheres Anlaufen und optimalen Mahl-Betrieb sicherstellen kann. Anders ausgedrückt: Bei dieser speziellen Variante der Größenverhältnisse kann eine vorteilhafte Einstellung sowohl für das Anfahren als auch für den Dauerbetrieb sichergestellt werden. Das Exzentermaximum kann dabei z.B. durch den Durchmesser eines Exzenter-Elementes (insbesondere Scheibe) auf geometrische Weise vorgegeben werden.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch eine durch eine Scheibenschwingmühlenvorrichtung eingerichtet zur Zerkleinerung von Einsatzmaterial, insbesondere Einsatzmaterial einer Partikelgröße kleiner 20mm oder kleiner 10mm, insbesondere eingerichtet zum Mahlen des Einsatzmaterials auf Partikelgrößen kleiner 75pm, mit: einem Mühlengehäuse; einem im Mühlengehäuse schwingbeweglich angeordneten Mahlsystem mit einer Mahlkammer und mit wenigstens einem in der Mahlkammer beweglich angeordneten Mahlstein; und mit wenigstens einem im Mühlengehäuse gelagerten und die Schwingbewegung in der Mahlkammer erzeugenden Exzenterwellen-Antrieb und wenigstens zwei Exzenterwellen, insbesondere wenigstens zwei synchron umlaufende Exzenterwellen; und mit wenigstens einer an den Exzenterwellen-Antrieb gekoppelten Ausgleichsmasseneinheit eingerichtet zum Unwuchtausgleich; wobei die Ausgleichsmasseneinheit derart an den Exzenterwellen-Antrieb gekoppelt ist, dass ein Phasenversatz größer 180°, insbesondere größer 185°, zwischen einem/dem Exzentermaximum der Ausgleichsmasseneinheit und einem/dem Exzentermaximum der Mahlkammer einstellbar ist, wobei die Ausgleichsmasseneinheit derart in Abhängigkeit von der Ansteuerung des Exzenterwellen-Antriebs angesteuert/ansteuerbar, dass ein Phasenversatz im Bereich von 185° bis 200° einstellbar ist, und wobei das Exzentermaximum der Mahlkammer mindestens 2% des Innendurchmessers der Mahlkammer beträgt, insbesondere im Bereich von 4% bis 8%. Hierdurch ergeben sich zahlreiche zuvor genannte Vorteile.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch ein Verfahren zum schwingungstechnischen Regeln einer Scheibenschwingmühlenvorrichtung beim Zerkleinern von Einsatzmaterial, insbesondere Einsatzmaterial einer Partikelgröße kleiner 20mm oder kleiner 10mm, insbesondere bei einer zuvor beschriebenen Scheibenschwingmühlenvorrichtung, wobei die Schwingbewegung der Scheibenschwingmühlenvorrichtung mittels eines Exzenterwellen-Antriebs umfassend wenigstens zwei Exzenterwellen in einem schwingbeweglichen Mahlsystem mit einer Mahlkammer und mit wenigstens einem schwingbeweglich in der Mahlkammer angeordneten Mahlstein erzeugt wird, wobei ein Unwuchtausgleich mittels wenigstens einer an den Exzenterwellen-Antrieb gekoppelten Ausgleichsmasseneinheit erfolgt; wobei das schwingungstechnische Regeln der Schwingbewegung durch Regeln eines Phasenversatzes zwischen einem/dem Exzentermaximum der Ausgleichsmasseneinheit und einem/dem Exzentermaximum der Mahlkammer erfolgt, wobei der Phasenversatz auf einen Betrag größer 180°, insbesondere größer 185° eingestellt wird. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Phasenversatz derart eingestellt, dass das Exzentermaximum der Ausgleichsmasseneinheit dem Exzentermaximum der Mahlkammer nacheilt bzw. zeitlich nachgeordnet ist. Dieser Betriebsmodus hat sich als besonders vorteilhaft insbesondere bezüglich stark variierender Belastung der Mühle (z.B. breites Spektrum von Art und Menge von Einsatzmaterial) erwiesen.
Die Ausgleichsmasseneinheit kann dabei derart an den Exzenterwellen-Antrieb gekoppelt sein/werden, dass ein Phasenversatz im Bereich von 185° bis 200° eingestellt wird, also in einem Bereich von mindestens 5° bis maximal 20° Abweichung von exakt gegenläufiger Anregung. Hierdurch lässt sich ein besonders variables Betriebsverhalten realisieren (hier bildlich als schwingungstechnische Anlagenelastizität bezeichnet). Eine Phasenversatz-Regelung kann insbesondere in Abhängigkeit von der Ansteuerung des Exzenterwellen-Antriebs und/oder von der relativen Anordnung von Exzentern erfolgen.
Es hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemäßen Effekte ab einem Dreh-Versatz von mehr als 200° weniger vorteilhaft werden. Die Hauptmasse des schwingenden Systems wird durch das Mahlgefäß mit dessen Aufnahme bereitgestellt. Der Mahlstein kann dabei einen Drehwinkelversatz von maximal ca. 90° einnehmen. Gemäß einer Ausführungsform wird der Drehwinkel bzw. Phasenversatz der Ausgleichsmasseneinheit derart vordefiniert oder aktiv eingeregelt, dass unterschiedliche Relativpositionen des wenigstens einen Mahlsteins im Teillast- und Volllastbetrieb relativ zum Exzentermaximum kompensiert werden, insbesondere relativ zum Exzentermaximum der Mahlkammer, insbesondere zwecks Ausgleich von Betriebszustandsänderungen zwischen Leerlauf und Volllast. Hierdurch kann hohe Laufruhe auch weitgehend unabhängig vom durch den Antrieb vorgegebenen Betriebszustand sichergestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Ausgleichsmasseneinheit im Drehwinkel bzw. Phasenversatz eingestellt, insbesondere indem an wenigstens eine Exzenterwelle wenigstens eine Exzenterscheibe in relativer Drehposition zur Exzenterwelle positioniert ist oder aktiv positioniert wird (Justage der Relativposition zur Schwingungsoptimierung). Hierdurch kann mittels einfacher Maßnahmen das Betriebsverhalten auch auf robuste Weise vordefiniert werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Drehwinkel bzw. Phasenversatz der Ausgleichsmasseneinheit in Abhängigkeit von Vibrationen der Scheibenschwingmühlenvorrichtung geregelt, insbesondere indem Beschleunigungsparameter in wenigstens einer Raumrichtung erfasst und für die Schwingungsregelung ausgewertet werden. Hierdurch wird auch ein aktives Gegenregeln in Reaktion auf momentane Betriebssituationen ermöglicht.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch eine Steuerungs-/Regelungseinrichtung eingerichtet zum Ausführen eines zuvor beschriebenen Verfahrens, wobei der Unwuchtausgleich mittels wenigstens einer an den Exzenterwellen-Antrieb gekoppelten Ausgleichsmasseneinheit erfolgt, indem ein Phasenversatz zwischen den Exzentermaxima der Ausgleichsmasseneinheit und der Mahlkammer ungleich 180° mit einer Phasendifferenz von mindestens 5° oder mindestens 10° in Bezug auf 180° Phasenversatz eingestellt oder aktiv eingeregelt wird, wobei die Steuerungs-/Regelungseinrichtung insbesondere an wenigstens eine Messeinheit gekoppelt ist oder diese umfasst. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch Verwendung von Exzenterwellen mit Phasenversatz in einer Scheibenschwingmühlenvorrichtung, insbesondere in einer zuvor beschriebenen Scheibenschwingmühlenvorrichtung, zum Einstellen eines schwingungstechnisch optimierten Betriebszustandes, wobei die Exzenterwellen einerseits eine Mahlkammer mit wenigstens einem in der Mahlkammer beweglich angeordneten Mahlstein anregen, und wobei die Exzenterwellen andererseits wenigstens eine Ausgleichsmasseneinheit anregen, wobei die Exzenterwellen derart an die Mahlkammer und an die wenigstens eine Ausgleichsmasseneinheit gekoppelt sind, dass ein Phasenversatz zwischen den Exzentermaxima der wenigstens einen Ausgleichsmasseneinheit und der Mahlkammer unabhängig vom Betriebszustand oder von der momentanen Beladung der Mahlkammer ungleich 180° sichergestellt ist, insbesondere in einem Bereich von 5 bis 15° Versatz in Bezug auf 180° Phasenversatz. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine weitere schwingungstechnische Optimierung auf konstruktiver Ebene mittels wenigstens einer materialelastischen Anlenkereinheit erfolgen. Insbesondre kann die Mahlkammer mittels wenigstens einer materialelastischen Anlenkereinheit an die Exzenterwellen gekoppelt sein. Dies ermöglicht auch eine bewegungstolerante bzw. lagetolerante Anbindung der Mahlkammer an die Exzenterwellen, wodurch das Betriebsverhalten der Mühle weiter optimiert werden kann, insbesondere auch bei stark variierender Beladung, also bei variierendem Bewegungsverhalten des Mahlsteins. Einerseits können die materialelastischen Anlenkereinheiten Schwingungseffekte kompensieren oder Vibrationen ausgleichen, andererseits können auch durch Temperaturschwankungen oder Lagetoleranzen bedingte Spannungen minimiert werden. Im Folgenden wird speziell auf einen Aspekt eingegangen, welcher die vorrichtungstechnische Kopplung der Kammer an die Wellen betrifft, wobei eine Kombination mit den zuvor beschriebenen Merkmalen eine besonders weitreichend schwingungsoptimierte Mühle bereitstellen kann. Anders ausgedrückt: Eine besonders weitreichend schwingungsoptimierte Mühle kann bei Kombination der Maßnahmen bezüglich Phasenversatz mit Maßnahmen basierend auf einer materialelastischen Anlenkereinheit realisiert werden. Vice versa lässt sich die Optimierung der Mühle basierend auf Maßnahmen zur materialelastischen Lagerung der Kammer auf besonders zielführende Weise mittels der hier beschriebenen Maßnahmen bezüglich Phasenversatz realisieren, beispielsweise indem bei Mühlen mit materialelastischer Anlenkereinheit ein entsprechendes Betriebsverhalten regelungstechnisch eingestellt wird.
Bei der zuvor beschriebenen Scheibenschwingmühlenvorrichtung kann die Mahlkammer mittels wenigstens einer materialelastischen Anlenkereinheit an die Exzenterwellen gekoppelt sein. Dies ermöglicht eine bewegungstolerante bzw. lagetolerante Anbindung der Mahlkammer an die Exzenterwellen, wodurch das Betriebsverhalten der Mühle optimiert werden kann.
Es hat sich gezeigt, dass die Lagerung der Exzenterwellen auf besonders effektive Weise optimiert werden kann, indem die Lager der Exzenterwellen materialelastisch an die Kammer gekoppelt werden. Es hat sich gezeigt, dass mittels einer oder mehreren Anlenkereinheiten einerseits die von der Drehzahl abhängigen Fliehkräfte direkt in die Exzenterwellen weitergeleitet werden können, andererseits jedoch auch die aufgrund von Wärmedehnungen und Toleranzen hervorgerufenen Kräfte und Momente ausgeglichen werden können. Dabei hat die Verwendung einer oder mehrerer materialelastischer Anlenkereinheiten auch den Vorteil, dass eine aktive Regelung irgendwelcher Steifigkeits- oder Elastizitäts-Parameter nicht erforderlich ist. Eine entsprechend gewünschte Dämpfung kann bereits allein mittels der materialelastischen Anlenkereinheit(en) sichergestellt werden. Insbesondere kann auch im Zusammenhang mit dem Einstellen eines Phasenversatzes von den materialelastischen Eigenschaften der Anlenkereinheit profitiert werden.
Die materialelastische Anlenkereinheit weist beispielsweise eine Blechplatte auf oder ist dadurch gebildet, insbesondere durch wenigstens eine metallische Platte. Dies liefert auch den Vorteil, dass keine aufwendigen Nachbearbeitungsvorgänge für materialelastische Abschnitte der Anlenkereinheit notwendig sind. Als vorteilhafte Materialien für die Anlenkereinheit können genannt werden: Stahl, Aluminium, Verbundfasermaterial.
Stahl liefert den Vorteil, dass große Kräfte dauerhaft auch bei erhöhten Temperaturen übertragen werden können. Zudem kann mittels einer Anlenkereinheit aus Stahl das Mahlgefäß bzw. die Mahlkammer darin eingeschrumpft werden. Zudem kann Stahl auch eine Wärmeleitfunktion erfüllen, insbesondere zur Temperaturabsenkung im Mahlgefäß.
Als„materialelastisch“ ist dabei eine in das Material integrierte Funktionalität zum Ausgleich von Spannungen oder Lagetoleranzen zu verstehen, insbesondere eine gelenklose Funktionalität ohne Relativbewegung von Teilen relativ zueinander. Als „materialelastisch“ kann dabei insbesondere eine relativ niedrigere Steifigkeit eines ersten Materialabschnitts in Bezug auf eine relativ höhere Steifigkeit eines zweiten Materialabschnitts oder Materialbereiches definiert sein. Die „materialelastische“ Funktionalität erfordert dabei insbesondere auch eine Relativbewegung, so dass ein „materialelastischer“ Abschnitt auch eine Bewegungstoleranz aufweist.
Es hat sich gezeigt, dass die Steifigkeit bzw. die„materialelastische“ Funktionalität insbesondere in Hinblick auf die folgenden Parameter bzw. Größen des Gesamtsystems einstellbar ist: Geometrie (insbesondere Durchmesser); Gewichte (Mahlgefäß, Mahlstein und Mahlgut); Exzentermaß (Mahlgefäß, Mahlstein und Mahlgut); Drehzahlen; Temperaturen; einzuhaltende Toleranzen. Großen Einfluss haben dabei die Massen und Durchmesser sowie die Maximaldrehzahl und die Temperaturdifferenz der Bauteile.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die materialelastische Anlenkereinheit materialelastisch durch wenigstens einen biegeelastisch zwischen der Mahlkammer und den Exzenterwellen gelagerten Abschnitt, insbesondere biegeelastisch in radialer Richtung, insbesondere mit einem Biegemoment oder eine Biegesteifigkeit, welche/welches insbesondere in radialer Richtung mindestens eine Zehnerpotenz kleiner ist als die Steifigkeit der gekoppelten kraftführenden Komponenten (insbesondere Mahlkammer; Lager; Exzenterwellen; Grundplatte). Hierdurch kann auch gezielt eingestellt werden, welche Bewegungen an welcher Stelle der Anordnung toleriert werden sollen. Als ein biegeelastisch gelagerter Abschnitt kann dabei insbesondere ein durch Biegung federnd im elastischen Bereich des verwendeten Materials gelagerter Abschnitt verstanden werden. Als eine biegeelastische Lagerung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist dabei insbesondere eine Lagerung zu verstehen, bei welcher die Bewegungs-/Lagetoleranz im Wesentlichen oder gar ausschließlich durch Biegung des koppelnden Elementes sichergestellt wird. Diese Lagerung unterscheidet sich von einer Federlagerung mittels Zug- oder Druckfedern und unterscheidet sich auch von einer Lagerung mittels Biegefedern, insbesondere dann, wenn der materialelastische Abschnitt eine integrale Funktionalität der Anlenkereinheit bereitstellt, also nicht als separate Feder bereitgestellt wird. Beispielsweise ist der materialelastische Abschnitt als einzelner Materialstrang ausgestaltet, welcher nicht spiralförmig in der Art einer Feder verläuft, sondern welcher sich zwischen den miteinander zu verbindenden Kopplungspunkten bzw. Lagerpunkten erstreckt, insbesondere auf zumindest annähernd direktem Wege zwischen zwei Verbindungspunkten.
Wahlweise kann die materialelastische Anlenkereinheit auch in Umfangsrichtung um die Mahlkammer materialelastisch durch/aufgrund wenigstens einen biegeelastisch zwischen der Mahlkammer und den Exzenterwellen gelagerten Abschnitts sein, insbesondere mit einem Biegemoment oder einer Biegesteifigkeit, welche/welches insbesondere in Umfangsrichtung mindestens eine Zehnerpotenz kleiner ist als die Steifigkeit der gekoppelten kraftführenden Komponenten (insbesondere Mahlkammer; Lager; Exzenterwellen; Grundplatte).
Insbesondere kann sich ein jeweiliger materialelastischer Abschnitt der materialelastischen Anlenkereinheit windungsfrei zwischen den miteinander zu verbindenden Kopplungspunkten bzw. Lagerpunkten erstrecken. Dies liefert auch gute Lagerungs-Eigenschaften in Bezug auf viele Richtungen.
Der jeweilige materialelastische Abschnitt kann auch als Biegestab beschrieben/bezeichnet werden. Bevorzugt sind die materialelastischen Abschnitte in wenigstens zwei Bewegungsrichtungen unterschiedlich steif, vornehmlich in radiale Richtung weich bzw. materialelastisch. Bevorzugt sind die materialelastischen Abschnitte vertikal/orthogonal zur radialen Richtung anzuordnen, insbesondere exakt in Umfangsrichtung.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die materialelastische Anlenkereinheit eine Mahlkammer-Aufnahme oder stellt diese bereit, insbesondere in einstückig integraler Ausgestaltung, insbesondere in zentrischer Anordnung integriert in die materialelastische Anlenkereinheit. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die materialelastische Anlenkereinheit wenigstens einen materialsteifen Bereich, insbesondere für eine Mahlkammer-Aufnahme, wobei wenigstens ein materialelastischer Abschnitt den materialsteifen Bereich auf materialelastische Weise und auf insbesondere in radialer Richtung bewegungstolerante Weise an die jeweilige Exzenterwelle koppelt. Dies liefert jeweils auch eine robuste integrale Anordnung.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die materialelastische Anlenkereinheit aus einem vorgefertigten Halbzeug ausgestaltet, insbesondere in vollständig massiver Ausgestaltung. Dies liefert nicht zuletzt auch Robustheit und Langlebigkeit und ermöglicht auf einfache Weise das Anpassen des/der materialelastischen Abschnitte an den jeweiligen Anwendungsfall. Insbesondere kann die materialelastische Anlenkereinheit in einer Anordnung oberhalb oder unterhalb von einem Ausgleichsmassenelement der Ausgleichsmasseneinheit oder in einer Anordnung zwischen wenigstens zwei Ausgleichsmassenelementen zusammen mit dem/den Ausgleichsmassenelementen an die Exzenterwellen gekoppelt sein. Hierdurch kann die Anlenkereinheit auch auf zweckdienliche Weise in einen vorteilhaften konstruktiven Aufbau integriert werden, insbesondere in Ausgestaltung als einstückige Scheibe.
Die Ausgleichsmassenelemente können ebenfalls über die Exzenterwellen gelagert werden und bewegen sich phasenversetzt zum Mahlaggregat. Optimaler Weise sind die Ausgleichsmassenelemente auf der Ebene des Mahlgefäßes (Mahlkammer) angeordnet, insbesondere um auch Kippmomente auszugleichen zu können. Gemäß eine vorteilhaften Variante sind wenigstens zwei Ebenen jeweils mit wenigstens einem Ausgleichsmassenelement vorgesehen, welche oberhalb und unterhalb des Mahlgefäßes angeordnet sind.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel koppelt die materialelastische Anlenkereinheit die Mahlkammer in wenigstens einem Kopplungspunkt je Exzenterwelle bewegungstolerant an die jeweilige Exzenterwelle, insbesondere mittels einer Lager- Aufnahme zur Anordnung eines Lagers für die jeweilige Exzenterwelle, wobei der wenigstens eine Kopplungspunkt mit Versatz in Umfangsrichtung in Bezug auf einen Anlenkpunkt oder Krafteinleitungspunkt an der Mahlkammer angeordnet ist, insbesondere mit einem Versatz im Bereich eines Umfangswinkels von 30° bis 120°, insbesondere in zumindest annähernd tangentialer Erstreckung. Hierdurch können auch vorteilhafte biegetechnische Eigenschaften bereitgestellt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel koppelt die materialelastische Anlenkereinheit die Mahlkammer in wenigstens einem Kopplungspunkt je Exzenterwelle mittels eines materialelastischen Abschnitts in Ausgestaltung als materialelastischer Arm bewegungstolerant an die jeweilige Exzenterwelle, wobei der materialelastische Arm einstückig-integraler Bestandteil der materialelastischen Anlenkereinheit ist, insbesondere in Ausgestaltung als bevorzugt massiver biegebalkenartiger Materialabschnitt. Hierdurch kann auch eine besonders robuste Anordnung sichergestellt werden. Bevorzugt weist der biegebalkenartige Materialabschnitt keine Hohlräume oder Kavitäten auf.
Dank einer Ausgestaltung der materialelastisch koppelnden Anlenkereinheit(en) als biegebalkenähnliche Abschnitte oder Bauteile kann die radiale Steifigkeit im entsprechenden Abschnitt stark herabgesetzt werden. Ein beispielhafter Steifigkeitswert liegt z.B. im Bereich von ca. 0, 1 mm bis 0,3mm pro 1000N Radialkraft an den Exzenterwellen. Dieser Steifigkeitswert kann beispielhaft als„biegeweich“ oder „materialelastisch“ definiert werden, insbesondere in Bezug auf die weiteren kraftführenden Komponenten.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die materialelastische Anlenkereinheit oder zumindest ein jeweiliger materialelastischer Abschnitt der materialelastischen Anlenkereinheit massiv ausgestaltet, insbesondere mit ausschließlich konvexer Querschnittsprofil-Kontur. Hierdurch kann auch ein Risiko von Materialversagen minimiert werden. Die massive Ausgestaltung liefert auch den Vorteil, dass auch bei einem vergleichsweise steifen Material eine große Biegeweichheit im materialelastischen Abschnitt eingestellt bzw. erzielt werden kann. Bevorzugt weist der jeweilige materialelastische Abschnitt keinerlei Hohlräume oder Kavitäten auf. Bevorzugt weist der jeweilige materialelastische Abschnitt eine ausschließlich konvexe Querschnittsprofil-Kontur auf.
Das Querschnittsprofil kann sich dabei nach außen zum freien Ende hin verjüngen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die materialelastische Anlenkereinheit wenigstens drei materialelastische Arme auf (dreiarmige Ausgestaltung), welche sich jeweils in Umfangsrichtung um eine/die Mahlkammer-Aufnahme der materialelastischen Anlenkereinheit erstrecken, insbesondere in symmetrischer Anordnung um die Mahlkammer-Aufnahme, und welche jeweils an dessen freien Ende eine Lager-Aufnahme aufweisen, und welche jeweils eine freie Länge vom Mittelpunkt der Lager-Aufnahme bis zu einem Anlenkpunkt (oder Anlenkabschnitt oder Mitte eines Anlenkabschnitts) an der Mahlkammer-Aufnahme entsprechend einem Umfangswinkel von mindestens 30° bis 45° aufweisen, insbesondere entsprechend einem Umfangswinkel von mindestens 45° bis 60°, insbesondere eine freie Länge im Bereich von mindestens 50% bis 90% des Durchmessers der Mahlkammer-Aufnahme, insbesondere mindestens 75% bis 90% des Durchmessers der Mahlkammer- Aufnahme. Hierdurch ergeben sich insbesondere in Verbindung mit drei oder mehr Exzenterwellen konstruktive und schwingungstechnische Vorteile.
Die materialelastische Anlenkereinheit kann z.B. wenigstens drei materialelastische Abschnitte aufweisen, die zusammen einen Umfangswinkel von mindestens 120°, 150° oder 180° um die Mahlkammer herum aufspannen. Dies begünstigt eine Lagerung in Hinblick auf Biegebewegungen. Dies ermöglicht auch große Variabilität hinsichtlich der Optimierung der Anlenkereinheit für einen jeweiligen Einsatzfall, z.B. hinsichtlich der Materialauswahl.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel koppelt die materialelastische Anlenkereinheit die Mahlkammer in wenigstens einem Kopplungspunkt je Exzenterwelle mittels eines/des materialelastischen Arms an die jeweilige Exzenterwelle, wobei der jeweilige materialelastische Arm von einem Übergang zur Mahlkammer-Aufnahme bis zum freien Ende des Arms eine Länge im Bereich von 50% bis 150% des Durchmessers der Mahlkammer-Aufnahme aufweist, insbesondere 80% bis 120% des Durchmessers der Mahlkammer-Aufnahme. Dies ermöglicht auch eine gute Länge für materialelastische Bewegungstoleranz, insbesondere für Biege-Bewegungen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der radiale Abstand einer/der jeweiligen Lager- Aufnahme der materialelastischen Anlenkereinheit, insbesondere der radiale Abstand eines/des Mittelpunkts der Lager-Aufnahme zur Mahlkammer-Aufnahme, kleiner als der Durchmesser der Mahlkammer-Aufnahme der materialelastischen Anlenkereinheit, insbesondere kleiner als der halbe Durchmesser bzw. kleiner als der Radius der Mahlkammer-Aufnahme. Hierdurch kann auch eine Anordnung mit biegeelastischen, aber drucksteifen materialelastischen Abschnitten begünstigt werden. An einem Übergang zwischen einer/der Mahlkammer-Aufnahme der materialelastischen Anlenkereinheit und einem/dem jeweiligen materialelastischen Arm der materialelastischen Anlenkereinheit kann wenigstens ein Ausgleichsloch zum Spannungsausgleich im Material des jeweiligen Arms vorgesehen sein. Hierdurch kann die materialelastische Funktion, insbesondere eine Biegeelastizität, auch bei vergleichsweise steifen, robusten Materialien realisiert werden. Das Ausgleichsloch kann in Position und Größe dem jeweiligen Material oder Anwendungsfall angepasst werden. Das Ausgleichsloch ermöglicht auch eine Fein-Justage der Massenverteilung.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist am/an einem Übergang zwischen der Mahlkammer-Aufnahme und dem jeweiligen materialelastischen Arm ein Innenradius ausgebildet, insbesondere ein Innenradius im Bereich von 10 % bis 25 % der Querschnittsbreite des Arms. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist ein/der Übergang zwischen der Mahlkammer-Aufnahme und dem jeweiligen materialelastischen Arm in beiden Umfangsrichtungen abgerundet bzw. weist eine Abrundung auf. Hierdurch kann jeweils eine robuste Anordnung mit weiter optimiertem Spannungs- und Kraftverlauf bereitgestellt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die materialelastische Anlenkereinheit eine/die Mahlkammer-Aufnahme für die Mahlkammer auf, welche Mahlkammer- Aufnahme die Mahlkammer in Umfangsrichtung vollumfänglich umgibt, wobei die Mahlkammer-Aufnahme bevorzugt als im Querschnitt kreisrunde oder als zylindrische Aufnahme in der Art einer Buchse ausgestaltet ist. Hierdurch kann auch eine maximal flächige Kraftübertragung bei minimalen Druck-/Spannungsspitzen erzielt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die materialelastische Anlenkereinheit als vergleichsweise flache Scheibe ausgebildet, insbesondere mit einheitlicher Dicke (Erstreckung in axialer Längsrichtung), insbesondere mit einheitlicher Dicke sowohl von Armen als auch von einer/der Mahlkammer-Aufnahme der materialelastischen Anlenkereinheit. Dies liefert auch Variabilität hinsichtlich der Materialauswahl. Hierdurch kann auch der konstruktive Aufbau weiter optimiert werden. Beispielsweise ist die Dicke der Anlenkereinheit vergleichbar so groß wie die Dicke von Ausgleichsmasseneinheiten oder Haltespangen. Dadurch lässt sich die Anlenkereinheit auch auf konstruktive und funktionale Weise gut integrieren. Mittels einer scheibenartigen Ausgestaltung kann die materialelastische Lagerung auch in Hinblick auf eine gewünschte Zweidimensionalität eingestellt werden. Anders ausgedrückt: Insbesondere eine Biegebewegung kann bidirektional in eine vordefinierbare Ebene gezwungen bzw. ausgerichtet werden. Das Biegemoment kann dabei um eine erste Achse größer sein als um eine zweite Achse, insbesondere um einen bedeutenden Faktor, welcher derart groß gewählt wird, dass die Relativbewegung in die gewünschte Ebene gezwungen wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die materialelastische Anlenkereinheit eingerichtet, die Mahlkammer mit Bewegungstoleranzen von weniger als 1 mm, bevorzugt weniger als 0,5 oder 0,3 oder 0,2 mm, an die Exzenterwellen materialelastisch zu koppeln, insbesondere mit diesen Bewegungstoleranzen jeweils in radialer Richtung, insbesondere biegeelastisch. Hierdurch kann auch eine effektive Kraftübertragung sichergestellt werden.
Bevorzugt weist die Scheibenschwingmühlenvorrichtung den Exzenterwellen-Antrieb als einzigen Antrieb für alle Exzenterwellen auf, wobei der Exzenterwellen-Antrieb exzentrisch in Bezug auf die Mahlkammer angeordnet ist. Dieses Antriebskonzept hat sich insbesondere auch in Verbindung mit der Anlenkereinheit als vorteilhaft erwiesen.
Die Mahlkammer-Aufnahme kann z.B. aus einer die Anlenkereinheit bildenden Platte herausgetrennt werden, insbesondere per Plasmaschnitt. Etwaige Nacharbeiten können dabei insbesondere auf Nacharbeiten an Bohrungen und Übergangsradien beschränkt werden.
FIGURENBESCHREIBUNG
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung wenigstens eines Ausführungsbeispiels anhand von Zeichnungen, sowie aus den Zeichnungen selbst. Dabei zeigt Fig. 1A, 1 B, 1 C jeweils in schematischer Darstellung Kraftvektoren in einem Kräftediagramm bei unterschiedlichem Versatz, je nach Betriebszustand der Scheibenschwingmühlenvorrichtung;
Fig. 2A, 2B, 2C, 2D in unterschiedlichen Ansichten jeweils eine Exzenterwelle zur Verwendung in einer Scheibenschwingmühlenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 in einer perspektivischen Ansicht eine
Scheibenschwingmühlenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 4 eine Scheibenschwingmühlenvorrichtung in einer perspektivischen
Gesamtansicht;
Fig. 5 eine Ansicht auf eine Unterseite eines Mahlsystems einer
Scheibenschwingmühlenvorrichtung;
Fig. 6A, 6B, 6C jeweils in einer perspektivischen Ansicht eine materialelastische
Kopplung zwischen Exzenterwellen und Mahlkammer einer Scheibenschwingmühlenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; Fig. 7A, 7B in einer Draufsicht und in einer perspektivischen Seitenansicht eine materialelastische Anlenkereinheit mit materialelastischen Abschnitten/Armen gemäß einem Ausführungsbeispiel.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Bei Bezugszeichen, die nicht explizit in Bezug auf eine einzelne Figur beschrieben werden, wird auf die anderen Figuren verwiesen.
Die Figuren können zumindest teilweise zwecks leichteren Verständnisses zunächst zusammen unter Bezugnahme auf alle Bezugszeichen beschrieben werden. In den jeweiligen Figuren gezeigte Einzelheiten oder Besonderheiten werden individuell beschrieben. Die Fig. 1A, 1 B, 1 C veranschaulichen unterschiedliche Betriebszustände, jeweils in Abhängigkeit von einem Phasenversatz w, wobei sich jeweils individuell ein resultierender Kraftvektor einer resultierenden Unwucht einstellt.
In Fig. 1A ist ein optimierungsbedürftiger Schwingungszustand illustriert. Der Drehwinkel bzw. Phasenversatz w13 des Mahlsteins ist von den Mahlbedingungen, insbesondere von der Beladung abhängig. Dargestellt ist ein Betriebszustand mit vergleichsweise großer Restunwucht.
Ein Kraftvektor F1 der Unwuchtkraft der Mahlkammer weist in eine andere Richtung als ein Kraftvektor F2 der Unwuchtkraft des Mahlsteins. Ein Kraftvektor F3 der Unwuchtkraft der Ausgleichsmasseneinheit weist entgegengesetzt zu F1 (Phasenversatz exakt 180°).
Der Drehwinkel bzw. Phasenversatz w13 des Mahlsteins ist zwischen F1 und F2 aufgetragen.
Effekt: Ein vergleichsweise großer/langer Kraftvektor Fn für die Restunwucht stellt sich ein.
In Fig. 1 B ist ein schwingungstechnisch durch Phasenversatzoptimierung optimierter Schwingungszustand illustriert. F3 weist in einem Winkel ungleich 180° entgegengesetzt zu F1 (Phasenversatz beispielsweise ca. 195° oder 200°; Fig. 1 B ist nicht exakt maßstabsgetreu).
Der Drehwinkel bzw. Phasenversatz w16 der Ausgleichsmasseneinheit ist hier der Einfachheit halber zwischen F1 und F3 aufgetragen.
Effekt: Eine Restunwucht wird Null bzw. kann erfindungsgemäß nivelliert werden, insbesondere indem der Phasenversatz w16 entsprechend eingestellt ist/wird.
In Fig. 1 C illustriert einen weiteren Betriebszustand, bei welchem eine (vergleichsweise kleine) noch bestehende Restunwucht Fn nicht nivelliert ist oder bewusst nicht nachgeregelt wird, insbesondere da der Phasenversatz des Mahlsteins w13 vergleichsweise stark variiert. Jedoch ist der Phasenversatz w16 der Ausgleichsmasseneinheit erfindungsgemäß derart gewählt (hier zwecks Illustration entsprechend jenem Phasenversatz in Fig. 1 B), dass die resultierende Restunwucht um den Wert Null pendelt. Ein solcher Mittelwert kann z.B. als Erfahrungswert aus dem Normbetrieb der Mühle über eine vordefinierte Betriebsdauer ermittelt werden, insbesondere zwecks Vorgabe eines einzigen vordefinierten vorteilhaften Phasenversatzes w16 der Ausgleichsmasseneinheit. Dies kann auch eine aufwändige Nachregelung ersparen.
Effekt: Je nach Größe des Versatzes ist der vergleichsweise kleine/kurze Kraftvektor Fn in eine erste oder in eine zweite entgegengesetzte Richtung ausgerichtet und pendelt im Idealfall bei nur kleinem Ausschlag um einen Mittelwert Null.
Die Fig. 2A, 2B, 2C, 2D zeigen eine Exzenterwelle 15 in unterschiedlichen Ansichten und Konfigurationen. In Fig. 7A ist erkennbar, dass einzelne Nocken jeweils eine Scheibe 15.1 umfassen, die mit vordefinierbarem Versatz bzw. Drehwinkel relativ zu den weiteren Nocken bzw. Scheiben anordenbar ist. Die einzelnen Nocken bzw. Scheiben lassen sich z.B. mittels Verbindungsmitteln 15.2 (beispielsweise Schraubverbindungen oder Pass-Mittel) relativ zueinander positionieren.
Das Beispiel der Figuren 2 zeigt eine Welle mit drei Nocken. Insbesondere interagiert eine der Nocken mit der Mahlkammer, und die anderen beiden Nocken sind jeweils an eine von zwei Ausgleichsmasseneinheiten gekoppelt. Es hat sich gezeigt, dass ein besonders vorteilhaftes Betriebsverhalten realisierbar ist, wenn der mittlere Nocken die Mahlkammer koppelt.
In Fig. 2B ist die Relativposition der einzelnen Nocken bzw. Scheiben weiter verdeutlicht. Insbesondere kann eine serielle Montage von einzelnen Maschinenelementen vorgesehen sein, insbesondere derart, dass die Scheiben optional nachrüstbar sind.
In Fig. 2C und 2D sind unterschiedlich groß eingestellte Phasenversätze illustriert. Fig. 2C illustriert einen (erfindungsgemäß als nachteilig identifizierten) Versatz von 180°. Fig. 2D illustriert beispielhaft einen (erfindungsgemäß als vorteilhaft identifizierten) Versatz von ±20° in Bezug auf die exakt gegensätzliche gegenüberliegende Anordnung gemäß Fig. 2C (180°), entsprechend also 200°. Ein solcher Versatz kann also relativ zwischen dem Nocken für die Kammer und dem jeweiligen Nocken für die Ausgleichsmasseneinheit(en) realisiert werden, wahlweise fest vordefiniert oder auch während des Betriebs oder in Betriebspausen oder bei Neukonfiguration der Mühle einstellbar (optionale Nach-Justage).
Fig. 3 zeigt eine Scheibenschwingmühlenvorrichtung 10 mit Steuerungs- /Regelungseinrichtung 20 und mit wenigstens einer Messeinheit 21 , insbesondere umfassend wenigstens einen Beschleunigungssensor.
In den folgenden Figuren wird speziell auf einen Aspekt eingegangen, welcher eine vorrichtungstechnische Kopplung der Kammer an die Wellen betrifft, wobei eine Kombination mit den zuvor beschriebenen Merkmalen eine besonders weitreichend schwingungsoptimierte Mühle bereitstellen kann.
Die in Fig. 4 gezeigte Scheibenschwingmühlenvorrichtung 10 umfasst ein Mühlengehäuse 1 1 , in welchem ein Mahlsystem 13 angeordnet ist, welchem über eine Materialaufgabe 12 Einsatzmaterial zuführbar ist. Das Einsatzmaterial wird gemahlen und kann daraufhin an einem Materialaustrag 19 entnommen werden. Das dazwischen angeordnete Mahlsystem 13 umfasst eine Mahlkammer 13.1 mit wenigstens einem Mahlstein (nicht dargestellt). Ein Exzenterwellen-Antrieb 14 ist an eine Mehrzahl von Exzenterwellen 15 gekoppelt und treibt wenigstens eine der Exzenterwellen 15 an. Eine Ausgleichsmasseneinheit 16 mit einer Mehrzahl von Ausgleichsmassenelementen 16.1 dient dem Massenausgleich.
Eine materialelastische Anlenkereinheit 17 ist insbesondere in einer Anordnung zwischen wenigstens zwei Ausgleichsmassenelementen 16.1 angeordnet und materialelastisch an die Exzenterwellen 15 gekoppelt. Die Anlenkereinheit 17 koppelt/kuppelt die Mahlkammer 13.1 materialelastisch, insbesondere biegeelastisch, an die Wellen 15. Dazu weist die Anlenkereinheit 17 eine Mahlkammer-Aufnahme 17.1 auf, insbesondere in zumindest annähernd zentrischer Anordnung. Die materialelastische Kopplung kann zu großen Anteilen oder auch im Wesentlichen über eine Mehrzahl von materialelastischen Abschnitten 17.3 sichergestellt werden, hier jeweils insbesondere in Ausgestaltung als freier Arm, welcher sich auch in Umfangsrichtung erstreckt.
Der jeweilige materialelastische Abschnitt 17.3 weist in einer der möglichen Ausgestaltungen insbesondere auf: einen Übergang 17.2 zwischen der Mahlkammer- Aufnahme 17.1 und dem freien Abschnitt des Arms, ein Ausgleichsloch 17.4 (insbesondere zum Ausgleich von Massen oder Spannungen bei Relativbewegungen), einen Innenradius 17.5 und eine Abrundung 17.6, insbesondere jeweils optimiert in Hinblick auf Minimierung von Spannungsspitzen am Übergang 17.2, wenigstens eine Lager-Aufnahme 17.7 mit einem Ringabschnitt 17.71 in einer Anordnung am freien Ende des jeweiligen Arms, einen Kopplungspunkt 17.8 zur Welle 15, und einen Anlenkpunkt oder Anlenkbereich (bzw. geometrische Mitte) eines Anlenkabschnitts 17.9 am jeweiligen Übergang 17.2. In der jeweiligen Lager-Aufnahme 17.7 kann ein/das Lager 18 für die entsprechende Exzenterwelle 15 eingefasst werden, z.B. durch Form-und/oder Kraftschluss. Der Bereich, welcher die Mahlkammer-Aufnahme 17.1 definiert, insbesondere ein ringförmiger Bereich 17.1 1 darum herum, kann materialsteif ausgebildet sein, beispielsweise auch durch Material-Nachbehandlung oder Material-Differenzierung.
Im Folgenden werden geometrische Angaben erläutert.
D17.1 Durchmesser der Mahlkammer-Aufnahme; d17 freie Länge des materialelastischen Abschnitts 17.3, insbesondere in Umfangsrichtung u; r radiale Richtung; r1 freier radialer Abstand der Lager-Aufnahme, insbesondere bezüglich der Mahlkammer-Aufnahme; zHöhenrichtung bzw. Längsrichtung (axiale Richtung); z17 Dicke der Anlenkereinheit; a Umfangswinkel bzw. Versatz in Umfangsrichtung zwischen Anlenkpunkt 17.9 und Lager-Aufnahme 17.7.
Die Fig. 4 zeigt eine Scheibenschwingmühlenvorrichtung 10 mit einem durch Exzenterwellen angetriebenen Mahlsystem 13. Die Fig. 5 zeigt ein auf einer Grundplatte montiertes Mahlsystem 13 mit drei Exzenterwellen 15, von denen eine Exzenterwelle 15 durch einen Antrieb 14 angetrieben wird.
Die Fig. 6A, 6B, 6C zeigen die Anordnung einer materialelastische Anlenkereinheit 17 integriert zwischen zwei Ausgleichsmasseneinheiten 16, 16.1 . Sowohl die
Anlenkereinheit 17 als auch die Ausgleichsmasseneinheiten 16 sind an die Exzenterwellen 15 gekoppelt. Die drei koppelnden materialelastischen Abschnitte 17.3 erstrecken sich jeweils in Umfangsrichtung u über einen Winkel a im Bereich von 60 bis 100°, insbesondere ca. 85°. In Fig. 6A ist ferner der Innendurchmesser D13.1 der Mahlkammer angedeutet, insbesondere definiert durch die Innenwandungen der Mahlkammer, an welchen der Mahlstein abwälzt.
Die Fig. 7A, 7B zeigen die einzelnen Abschnitte einer integralen, massiven einstückigen materialelastischen Anlenkereinheit 17 mit in radialer Richtung biegeelastischen Armen 17.3. Zentrisch ist eine Mahlkammer-Aufnahme 17.1 durch einen vergleichsweise materialsteifen Bereich 17.1 1 definiert. Die Übergänge zwischen diesem materialsteifen Bereich 17.1 1 (bzw. dem Anlenkabschnitt 17.9) und den jeweiligen Armen 17.3 sind allesamt abgerundet (insbesondere Bereiche 17.2, 17.5, 17.6). Weitere hinsichtlich Massenverteilung bzw. Spannungsverteilung bzw. Kraftfluss optimierende Maßnahmen können z.B. durch das gezeigte Ausgleichsloch 17.4 im jeweiligen Arm sichergestellt werden. Die jeweilige Lager-Aufnahme 17.7 ist durch einen integralen einstückigen massiven Ringabschnitt 17.71 bereitgestellt, dessen Zentrum den Kopplungspunkt 17.8 (Mittelpunkt Exzenterwelle) definiert.
Fig. 7B veranschaulicht die vergleichsweise kleine Dicke z17 der Anlenkereinheit (scheibenartige Ausgestaltung).
Die hier beschriebenen Merkmale der Anlenkereinheit sind mit den zuvor beschriebenen Merkmalen bezüglich Phasenversatz kombinierbar. Bezugszeichenliste:
10 Scheibenschwingmühlenvorrichtung
11 Mühlengehäuse
12 Materialaufgabe
13 Mahlsystem
13.1 Mahlkammer
14 Exzenterwellen-Antrieb
15 Exzenterwelle
15.1 Exzenterwellenscheibe bzw. Exzenterscheibe
15.2 Verbindungsmittel
16 Ausgleichsmasseneinheit
16.1 Ausgleichsmassenelement
17 materialelastische Anlenkereinheit
17.1 Mahlkammer-Aufnahme
17.11 materialsteifer Bereich
17.2 Übergang zur Mahlkammer-Aufnahme
17.3 materialelastischer Abschnitt, insbesondere freier Arm
17.4 Ausgleichsloch
17.5 Innenradius
17.6 Abrundung
17.7 Lager-Aufnahme
17.71 Ringabschnitt
17.8 Kopplungspunkt
17.9 Anlenkpunkt oder Anlenkabschnitt oder Mitte eines Anlenkabschnitts
18 Lager für Exzenterwelle
19 Materialaustrag
20 Steuerungs-/Regelungseinrichtung
21 Messeinheit, insbesondere Beschleunigungssensor F1 Kraftvektor Unwuchtkraft Mahlkammer (bzw. Mahlsystem ohne Mahlstein und ohne Ausgleichsmasseneinheit)
F2 Kraftvektor Unwuchtkraft Mahlstein
F3 Kraftvektor Unwuchtkraft Ausgleichsmasseneinheit
Fn Kraftvektor Restunwucht
D13.1 Innendurchmesser Mahlkammer
D17.1 Durchmesser der Mahlkammer-Aufnahme
d17 freie Länge r radiale Richtung
r1 radialer Abstand der Lager-Aufnahme
u Umfangsrichtung
z Höhenrichtung bzw. Längsrichtung (axiale Richtung)
z17 Dicke der Anlenkereinheit a Umfangswinkel bzw. Versatz in Umfangsrichtung w Drehwinkel bzw. Phasenversatz (kleines Omega)
w13 Drehwinkel bzw. Phasenversatz Mahlstein
w16 Drehwinkel bzw. Phasenversatz Ausgleichsmasseneinheit

Claims

Patentansprüche:
1. Scheibenschwingmühlenvorrichtung (10) zur Zerkleinerung von Einsatzmaterial, insbesondere Einsatzmaterial einer Partikelgröße kleiner 20mm oder kleiner 10mm, insbesondere eingerichtet zum Mahlen des Einsatzmaterials auf Partikelgrößen kleiner 75pm, mit:
-einem Mühlengehäuse (11 );
-einem im Mühlengehäuse schwingbeweglich angeordneten Mahlsystem (13) mit einer Mahlkammer (13.1 ) und mit wenigstens einem in der Mahlkammer beweglich angeordneten Mahlstein;
-wenigstens einem im Mühlengehäuse gelagerten und die Schwingbewegung in der Mahlkammer erzeugenden Exzenterwellen-Antrieb (14) und wenigstens zwei Exzenterwellen (15), insbesondere wenigstens zwei synchron umlaufende Exzenterwellen;
-wenigstens einer an den Exzenterwellen-Antrieb gekoppelten Ausgleichsmasseneinheit (16) eingerichtet zum Unwuchtausgleich;
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Ausgleichsmasseneinheit derart an den Exzenterwellen-Antrieb gekoppelt ist, dass ein Phasenversatz größer 180°, insbesondere größer 185°, zwischen einem/dem Exzentermaximum der
Ausgleichsmasseneinheit und einem/dem Exzentermaximum der Mahlkammer einstellbar ist.
2. Scheibenschwingmühlenvorrichtung nach Anspruch 1 , wobei der Phasenversatz derart einstellbar ist, dass das Exzentermaximum der Ausgleichsmasseneinheit (16) dem Exzentermaximum der Mahlkammer (13.1 ) nacheilt; und/oder wobei die Ausgleichsmasseneinheit (16) derart in Abhängigkeit von der Ansteuerung des Exzenterwellen-Antriebs (14) ansteuerbar ist, dass ein Phasenversatz im Bereich von 185° bis 200° einstellbar ist.
3. Scheibenschwingmühlenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ansteuerung derart erfolgt, dass der eingeregelte Phasenversatz der Ausgleichsmasseneinheit (16) unterschiedliche Relativpositionen des wenigstens einen Mahlsteins relativ zum Exzentermaximum im Teillast- und Volllastbetrieb ausgleicht, insbesondere zwecks Ausgleich von Betriebszustandsänderungen zwischen Leerlauf und Volllast.
4. Scheibenschwingmühlenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ausgleichsmasseneinheit (16) im Phasenversatz einstellbar ist, insbesondere indem an wenigstens einer Exzenterwelle (15) wenigstens eine Exzenterscheibe (15.1 ) vorgesehen ist, insbesondere eine in relativer Drehposition zur Exzenterwelle positionierbare Exzenterscheibe.
5. Scheibenschwingmühlenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Phasenversatz der Ausgleichsmasseneinheit (16) in Abhängigkeit von Vibrationen der Scheibenschwingmühlenvorrichtung (10) regelbar ist, insbesondere indem Beschleunigungen in wenigstens einer Raumrichtung erfasst werden.
6. Scheibenschwingmühlenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine Mahlstein einen Durchmesser von mindestens 50% des Innendurchmessers der Mahlkammer (13.1 ) aufweist, insbesondere im Bereich von 60% bis 85%.
7. Scheibenschwingmühlenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Exzentermaximum der Mahlkammer (13.1 ) mindestens 2% des Innendurchmessers der Mahlkammer beträgt, insbesondere im Bereich von 4% bis 8%.
8. Scheibenschwingmühlenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Exzentermaximum der Ausgleichsmasseneinheit (16) größer als das Exzentermaximum der Mahlkammer (13.1 ) ist, insbesondere mindestens um den Faktor 1 ,2 bis 3.
9. Scheibenschwingmühlenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine Mahlstein einen Durchmesser aufweist, welcher vordefiniert ist durch den Innendurchmesser der Mahlkammer (13.1 ) abzüglich Faktor 5 bis 7 des Exzentermaximums der Mahlkammer.
10. Scheibenschwingmühlenvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, wobei die Mahlkammer (13.1 ) mittels wenigstens einer materialelastischen Anlenkereinheit (17) an die Exzenterwellen (15) gekoppelt ist.
11. Scheibenschwingmühlenvorrichtung nach dem vorhergehenden Vorrichtungsanspruch, wobei die materialelastische Anlenkereinheit materialelastisch durch wenigstens einen biegeelastisch zwischen der Mahlkammer und den Exzenterwellen gelagerten Abschnitt (17.3) ist, insbesondere biegeelastisch in radialer Richtung, insbesondere mit einem Biegemoment oder einer Biegesteifigkeit, welche/welches insbesondere in radialer Richtung (r) mindestens eine Zehnerpotenz kleiner ist als die Steifigkeit der gekoppelten kraftführenden Komponenten; und/oder wobei die materialelastische Anlenkereinheit (17) eine Mahlkammer-Aufnahme (17.1 ) umfasst oder bereitstellt, insbesondere in einstückig-integraler Ausgestaltung, insbesondere in zentrischer Anordnung integriert in die materialelastische Anlenkereinheit; und/oder wobei die materialelastische Anlenkereinheit aus einem vorgefertigten Halbzeug ausgestaltet ist, insbesondere in vollständig massiver Ausgestaltung; und/oder wobei die materialelastische Anlenkereinheit (17) die Mahlkammer (13.1 ) in wenigstens einem Kopplungspunkt (17.8) je Exzenterwelle bewegungstolerant an die jeweilige Exzenterwelle koppelt, insbesondere mittels einer Lager-Aufnahme zur Anordnung eines Lagers für die jeweilige Exzenterwelle, wobei der wenigstens eine Kopplungspunkt mit Versatz (a) in Umfangsrichtung in Bezug auf einen Anlenkpunkt oder Krafteinleitungspunkt an der Mahlkammer angeordnet ist, insbesondere mit einem Versatz im Bereich eines Umfangswinkels von 30° bis 120°, insbesondere in zumindest annähernd tangentialer Erstreckung; und/oder wobei die materialelastische Anlenkereinheit die Mahlkammer in wenigstens einem Kopplungspunkt je Exzenterwelle mittels eines materialelastischen Abschnitts in Ausgestaltung als freier Arm (17.3) bewegungstolerant an die jeweilige Exzenterwelle koppelt, wobei der materialelastische Arm einstückig-integraler Bestandteil der materialelastischen Anlenkereinheit ist, insbesondere in Ausgestaltung als biegebalkenartiger Materialabschnitt; und/oder wobei die materialelastische Anlenkereinheit eine/die Mahlkammer-Aufnahme (17.1 ) für die Mahlkammer aufweist, welche die Mahlkammer in Umfangsrichtung vollumfänglich umgibt, wobei die Mahlkammer-Aufnahme bevorzugt als im Querschnitt kreisrunde oder als zylindrische Aufnahme in der Art einer Buchse ausgestaltet ist; und/oder wobei die materialelastische Anlenkereinheit als flache Scheibe ausgebildet ist, insbesondere mit einheitlicher Dicke, insbesondere mit einheitlicher Dicke sowohl von materialelastischen Abschnitten/Armen als auch von einer/der Mahlkammer- Aufnahme der materialelastischen Anlenkereinheit.
12. Verfahren zum schwingungstechnischen Regeln einer
Scheibenschwingmühlenvorrichtung (10) beim Zerkleinern von Einsatzmaterial, insbesondere Einsatzmaterial einer Partikelgröße kleiner 20mm oder kleiner 10mm, insbesondere bei einer Scheibenschwingmühlenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schwingbewegung der Scheibenschwingmühlenvorrichtung mittels eines Exzenterwellen-Antriebs (14) umfassend wenigstens zwei Exzenterwellen (15) in einem schwingbeweglichen Mahlsystem (13) mit einer Mahlkammer (13.1 ) und mit wenigstens einem schwingbeweglich in der Mahlkammer angeordneten Mahlstein erzeugt wird, wobei ein Unwuchtausgleich mittels wenigstens einer an den Exzenterwellen-Antrieb gekoppelten Ausgleichsmasseneinheit (16) erfolgt;
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das schwingungstechnische Regeln der Schwingbewegung durch Regeln eines Phasenversatzes zwischen einem/dem Exzentermaximum der Ausgleichsmasseneinheit (16) und einem/dem
Exzentermaximum der Mahlkammer (13.1 ) erfolgt, wobei der Phasenversatz auf einen Betrag größer 180°, insbesondere größer 185° eingestellt wird.
13. Verfahren nach dem vorhergehenden Verfahrensanspruch, wobei der Phasenversatz derart eingestellt wird, dass das Exzentermaximum der Ausgleichsmasseneinheit (16) dem Exzentermaximum der Mahlkammer (13.1 ) nacheilt; und/oder wobei die Ausgleichsmasseneinheit (16) derart an den Exzenterwellen-Antrieb (14) gekoppelt wird, dass ein Phasenversatz im Bereich von 185° bis 200° eingestellt wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei der Phasenversatz der Ausgleichsmasseneinheit (16) derart vordefiniert oder aktiv eingeregelt wird, dass unterschiedliche Relativpositionen des wenigstens einen Mahlsteins im Teillast- und Volllastbetrieb relativ zum Exzentermaximum kompensiert werden, insbesondere zwecks Ausgleich von Betriebszustandsänderungen zwischen Leerlauf und Volllast.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei die Ausgleichsmasseneinheit (16) im Phasenversatz eingestellt wird, insbesondere indem an wenigstens eine Exzenterwelle (15) wenigstens eine Exzenterscheibe (15.1 ) in relativer Drehposition zur Exzenterwelle positioniert ist oder aktiv positioniert wird.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei der Phasenversatz der Ausgleichsmasseneinheit (16) in Abhängigkeit von Vibrationen der Scheibenschwingmühlenvorrichtung (10) geregelt wird, insbesondere indem Beschleunigungsparameter in wenigstens einer Raumrichtung erfasst und für die Schwingungsregelung ausgewertet werden.
17. Steuerungs-/Regelungseinrichtung (20) eingerichtet zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei der Unwuchtausgleich mittels wenigstens einer an den Exzenterwellen-Antrieb (14) gekoppelten Ausgleichsmasseneinheit (16) erfolgt, indem ein Phasenversatz zwischen den Exzentermaxima der Ausgleichsmasseneinheit (16) und der Mahlkammer (13.1 ) ungleich 180° mit einer Phasendifferenz von mindestens 5° oder mindestens 10° in Bezug auf 180° Phasenversatz eingestellt oder aktiv eingeregelt wird, wobei die Steuerungs-/Regelungseinrichtung insbesondere an wenigstens eine Messeinheit (21 ) gekoppelt ist oder diese umfasst.
18. Verwendung von Exzenterwellen (15) mit Phasenversatz in einer Scheibenschwingmühlenvorrichtung, insbesondere in einer
Scheibenschwingmühlenvorrichtung (10) nach einem der Vorrichtungsansprüche 1 bis 11 , zum Einstellen eines schwingungstechnisch optimierten Betriebszustandes, wobei die Exzenterwellen einerseits eine Mahlkammer (13.1 ) mit wenigstens einem in der Mahlkammer beweglich angeordneten Mahlstein anregen, und wobei die Exzenterwellen (15) andererseits wenigstens eine Ausgleichsmasseneinheit (16) anregen, wobei die Exzenterwellen derart an die Mahlkammer und an die wenigstens eine Ausgleichsmasseneinheit gekoppelt sind, dass ein Phasenversatz zwischen den Exzentermaxima der wenigstens einen Ausgleichsmasseneinheit und der Mahlkammer (13.1 ) unabhängig vom Betriebszustand oder von der momentanen Beladung der Mahlkammer ungleich 180° sichergestellt ist, insbesondere in einem Bereich von 5 bis 15° Versatz in Bezug auf 180° Phasenversatz.
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