WO2021209236A1

WO2021209236A1 - Verfahren zur regelung der dämpfung der bewegung einer presswalze einer hochdruckwalzenpresse und korrespondierende hochdruckwalzenpresse

Info

Publication number: WO2021209236A1
Application number: PCT/EP2021/057691
Authority: WO
Inventors: Niko Hachenberg
Original assignee: Khd Humboldt Wedag Gmbh
Priority date: 2020-04-17
Filing date: 2021-03-25
Publication date: 2021-10-21
Also published as: EP4135900A1; DE102020110468A1; CN115734822A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Dämpfung der Bewegung einer Loswalze (3) einer Hochdruckwalzenpresse (1), wobei die Hochdruckwalzenpresse (1) ein Hydrauliksystem (8) aufweist, welches die Loswalze (3) gegen eine Festwalze (2) drückt und so einen vorbestimmten Walzenspaltdruck im Walzenspalt (7) zwischen der Loswalze (3) und der Festwalze (2) aufrecht erhält, wenn Mahlgut den Walzenspalt (7) zwischen der Loswalze (3) und der Festwalze (2) passiert, Erfindungsgemäß ist gekennzeichnet durch den Einsatz einer adaptiven Dämpfungsregelung, welche die Dämpfung einer mechanischen Schwingungsbewegung der Loswalze kontrolliert. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Hochdruckwalzenpresse aufweisend eine solche adaptiven Dämpfungsregelung.

Description

Verfahren zur Regelung der Dämpfung der Bewegung einer Presswalze einer Hochdruckwalzenpresse und korrespondierende Hochdruckwalzenpresse

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Dämpfung der Bewegung einer Loswalze einer Hochdruckwalzenpresse, wobei die Hochdruckwalzenpres se ein Hydrauliksystem aufweist, welches die Loswalze gegen eine Festwalze drückt und so einen vorbestimmten Walzenspaltdruck im Walzenspalt zwischen der Loswalze und der Festwalze aufrechterhält, wenn Mahlgut den Walzenspalt zwischen der Loswalze und der Festwalze passiert. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Hochdruckwalzenpresse aufweisend eine solche Regelung.

Zur Zerkleinerung oder Kompaktierung von körnigem Gut werden häufig Hoch druckwalzenpressen verwendet, welche aus zwei gegenläufigen, in der Regel gleich großen, drehbar gelagerten Presswalzen bestehen, die mit gleicher Um fangsgeschwindigkeit umlaufen und zwischen sich einen schmalen Walzenspalt bilden. Durch diesen Walzenspalt wird das zu zerkleinernde oder zu kompaktie- rende Mahlgut gezogen, wobei das Mahlgut unter dem hohen Druck, der im Wal zenspalt herrscht, zerkleinert oder verdichtet wird. Das Ergebnis dieser Behand lung, nämlich Zerkleinerung oder Verdichtung, ist zum großen Teil abhängig von den Materialeigenschaften des zu zerkleinernden Mahlguts. Die hier beschriebe ne Zerkleinerung im Walzenspalt wurde erstmals von Schönert et al. in der deut schen Offenlegungsschrift DE 2708053 A1 als Hochdruckzerkleinerung be schrieben und sie gilt seither als eine Gattung der Zerkleinerungsarten neben dem Mahlen durch Scheren und dem Brechen. Hochdruckwalzenpressen unterscheiden sich grundsätzlich von anderen Pres sen, die zur Zerkleinerung eingesetzt werden. Insbesondere sind Hochdruckwal zenpressen, die zur Zerkleinerung von Gestein gedacht sind, nicht vergleichbar mit Walzenpressen, etwa zur Zerkleinerung von Getreide. In Getreidewalzen wird Getreide zerrieben. Getreidewalzen haben Gewichte im Bereich von maximal 100 kg. Der gesamte apparative Aufbau einer Getreidewalze unterscheidet sich sehr stark von Hochdruckwalzenpressen. Getreidewalzen arbeiten darüber hinaus scherend. Hochdruckwalzenpressen arbeiten dagegen ohne Scherung.

Hochdruckwalzenpressen unterscheiden sich auch erheblich von Bandwalzen zum Walzen von Stahl. Stahlbandwalzen zeichnen sich durch ihren ruhigen Lauf aus. Der Stahl zwischen den Bandwalzen ist entweder sehr duktil, weil der zu walzende Stahl heißverformt wird, oder aber der Stahl ist kaltverformbar. In der Folge ist die Laufruhe einer Stahlwalze aufgrund der Natur des Walzverfahrens recht groß. Es ist somit möglich, eine Bandwalze mit zwei horizontal übereinan der angeordneten Walzen zu betreiben, wobei der Walzenspaltdruck durch das Eigengewicht der Walzen und auch durch hydraulische Hilfsmittel erzeugt werden kann. Probleme mit Vibration sind durch die Duktilität des zu walzenden Stahls nicht zu erwarten. Bandwalzen erreichen je nach zu walzendem Stahl eine Wal zenspaltgeschwindigkeit von bis zu 200 km/h. Stahlbandwalzen ist durchaus ver gleichbar mit einer Kuchenteigwalze, die über einen rohen Pizzateig rollt und da bei den Pizzateig ausbreitet, wenngleich die wirkenden Kräfte in einer Stahl bandwalze um viele Größenordnungen größer sind. Hochdruckwalzenpressen zur Zerkleinerung von Erzen und Gestein erreichen Walzenspaltgeschwindigkei ten allenfalls im unteren zweistelligen km/h Bereich. Durch die hohe Umlaufge schwindigkeit arbeiten Bandwalzen mit einer Rotationsfrequenz in wünschens werter Weise weit abseits von Eigenfrequenzen ihres eigenen Aufbaus. Bei Hochdruckwalzenpressen, die mit weit geringerer Geschwindigkeit arbeiten, ist der wünschenswerte Zustand einer Eigenfrequenz weit abseits der Walzenum drehungszahl nicht möglich. Die vorliegende Erfindung befasst sich mit Hochdruckwalzenpressen zur Zerklei nerung von sprödem Mahlgut, wie Gestein und Erze, wobei die Sprödigkeit des Mahlguts zwingende Voraussetzung für die Eignung dieses Mahlverfahrens für das jeweilige Mahlgut ist. Bandwalzen für Stahl arbeiten im anderen Betriebsext rem als Hochdruckwalzenpressen, nämlich mit duktilem Stahl, der sich unter der Walze verformt und nicht durch Sprödigkeit spontan zerkleinert und dem Druck im Walzenspalt somit ausweicht. In Hochdruckwalzenpressen liegen die Walzen horizontal nebeneinander und bilden einen Walzenspalt aus, in dem das Mahlgut vertikal hindurchläuft. Hochdruckwalzenpressen weisen einen Walzenspaltdruck von 50 MPa und mehr auf. Durch die horizontale Lagerung der Walzen und durch den Betrieb mit sprödem Material ist das gesamte mechanische Verhalten der Hochdruckwalzenpresse nicht mit dem mechanischen Verhalten vertikal überei nanderliegender Bandwalzen vergleichbar, die darüber hinaus durch die Duktilität des zu walzenden Stahls einen gedämpften und gleichmäßigen Lauf zeigen. In Hochdruckwalzenpressen passiert das nicht stets gleichförmige Mahlgut den Walzenspalt und durch den hohen Druck, der mit Hydraulikpressen erzeugt wird, welche die Walzen in horizontaler Richtung bewegen, kann eine Hochdruckwal zenpresse zu Vibrationen neigen. Die Vibration kann sich bereits durch geringfü gige Änderung der Mahlgutbeschaffenheit ausbilden. So kann es passieren, dass trockenes, sprödes Mahlgut beim Zerkleinern im Walzenspalt Luft mitzieht. Ist ein nicht mehr vernachlässigbarer Anteil stark zerkleinerten Materials im Walzenspalt vorhanden, so kann die im Mahlgut eingeschlossene Luft bei der Verdichtung des Mahlguts, bevor es sich durch Sprödrisse spontan zerkleinert, ebenso spontan entweichen und damit dem Walzenspaltdruck nachgeben. Das Schwingungsver halten der Hochdruckwalzenpresse kann dadurch durch nichtlineare Kräfte beein flusst werden, deren Beschreibung sich der Betrachtung der klassischen Analyse einer gedämpften Schwingung entzieht. In unerwünschter weise liegen Eigenfre quenzen von Hochdruckwalzenpressen im Bereich externer Anregungsfrequen zen, wie das plötzliche Nachgeben beim Sprödbruch, das spontane Entweichen von Luft aus dem hochverdichteten Mahlgut, die Eigenumdrehung der Mahlwal zen und die Beschickung mit einem Becherwerk. Neben dem Druck im Walzenspalt kommt es bei der Hochdruckzerkleinerung für eine optimale, energie- und abnutzungsarme Zerkleinerung auf eine Mehrzahl von einzuhaltenden Parametern in der eingesetzten Hochdruckwalzenpresse an. Beispielsweise ist es wichtig, dass die Walzen der eingesetzten Hochdruckwal zenpresse ohne relativen Schlupf rotieren, damit die Walzen nicht durch sche rende Bewegung des Mahlguts mahlen, sondern ausschließlich pressen. Des Weiteren hat sich herausgestellt, dass auch die richtige Zufuhrmenge von Frisch gut pro Zeiteinheit auf den Walzenspalt der eingesetzten Hochdruckwalzenpres se eine erhebliche Rolle für die optimale Funktion der eingesetzten Hochdruck walzenpresse spielt. Wird der Walzenspalt mit zu geringer Menge Frischgut pro Zeiteinheit beschickt, so arbeitet die Hochdruckwalzenpresse als Brecher, insbe sondere bei Verwendung von mit harten Bewehrungskörpern ausgestatteten Walzen, wobei das zu zerkleinernde körnige Gut als Frischgut durch Punktbelas tungen gebrochen wird. Diese Art der Zerkleinerung ist weniger energieeffektiv als die Hochdruckzerkleinerung und sie führt nicht zum erwünschten Feinprodukt. Wird hingegen der Walzenspalt mit zu viel körnigem Gut als Frischgut pro Zeit einheit beschickt, so verdichtet sich das Mahlgut aus Frischgut und umlaufendem Gut im Walzenspalt zu stark, eingeschlossene Luft kann nicht mehr entweichen und der Walzenspalt der eingesetzten Hochdruckwalzenpresse neigt dazu, regel recht zu verstopfen. Die nachgiebig gelagerten Walzen weichen in diesem Fall aus, das übermäßig vorhandene Frischgut fällt unzerkleinert durch den Walzen spalt und die Hochdruckwalzenpresse arbeitet danach wieder im vorherigen Zu stand bis sie wiederholt ausweichen muss, um das zu viel vorhandene Frischgut den Walzenspalt passieren zu lassen. Die Walzenpresse gerät so in eine erste Art der Schwingungsbewegung neben anderen Schwingungsbewegungen und sie fängt an, mechanisch zu vibrieren.

Neben dieser Art der mechanischen Schwingung, die dadurch entsteht, dass die Walzen in ihrer nachgiebigen Lagerung mit einer im Vergleich zu den bewegten Massen hohen Frequenz vor und zurück wandern, existiert eine weitere Schwin gungsbewegung innerhalb der Hochdruckwalzenpresse in Form einer Schwin- gungsbewegung der Walzen, die durch die wiederholende, bremsende Wirkung des überfüllten Walzenspaltes auf die rotierenden Walzen entsteht. Infolge dieser rhythmischen Abbremsung durch einen überfüllten Walzenspalt und erneute Be schleunigung durch den Antrieb geraten die Walzen in eine Rotationsschwingung bei welcher das Moment und die Winkelgeschwindigkeit der Walzen gleichmäßig schwankt. Insbesondere ist dies der Fall bei den angetriebenen Walzen, wenn eine Hochdruckwalzenpresse nur eine angetriebene Walze mit einer mitlaufen den Walze aufweist.

Besondere Arten der Schwingungsbewegungen können entstehen, wenn die Überlast mit zu viel Frischgut nur in einem Teil des Walzenspaltes auftritt. Die Walzen können dann eine kombinierte Schwingung zeigen, die aus einer Vor- und Zurückbewegung der Walzen in horizontaler Richtung senkrecht zur Erstre ckung des Walzenspaltes und aus einer Rotationsschwingung besteht. Dabei können die Walzen auch eine geringfügige, schwingende Positionsänderung durchlaufen, bei welcher die jeweilige Walze eine Drehung um sehr geringe Win kelbeträge um eine vertikale Achse durchführt. Bei dieser Bewegung wird die Walze nicht gleichmäßig mit beiden sie tragenden Lagerblöcken verschoben, sondern die beiden Lagerblöcke zu je einem Ende einer Walze verändern ihre Position abwechselnd.

Mechanische Schwingungsbewegungen sehr kurzer Dauer und hoher Frequenz und Amplitude in Form eines Schlags entstehen auch bei der Passage von zu großen Stücken des Frischguts oder bei Passage von nicht durch Hochdruckbe handlung im Walzenspalt zerkleinerbaren Bestanteilen, wie beispielsweise Me tallstücken, also ungewollt im Frischgut befindliche Hammerköpfe, große Stahl niete oder -bolzen, Baggerzähne oder sonstige unerwünschte Metallstücke, die beim Abbau des Rohmaterials unerwünscht in das Frischgut gelangen können.

Des Weiteren können mechanische Schwingungsbewegungen innerhalb einer Hochdruckwalzenpresse auch beim Startvorgang der Hochdruckwalzenpresse entstehen, wenn das Mahlgut sich noch nicht im Gleichgewicht im Umlauf befin det oder das Umlaufgut eine noch nicht im Gleichgewicht befindliche Zusammen- Setzung aufweist. Mechanische Schwingungsbewegungen entstehen schließlich auch beim Einsatz von Frischgut, das nass und feinkörnig ist.

Erreicht die Frequenz einer vorstehend genannten mechanischen Schwingungs bewegung zufällig die Frequenz einer Eigenschwingung der Hochdruckwalzen- presse, so wird mit jeder einzelnen Schwingungsbewegungen mehr Energie auf das ganze System der Flochdruckwalzenpresse übertragen, wodurch schwere Schäden an den Lagern, den Walzenoberflächen und anderen Bauteilen der Hochdruckwalzenpresse als Ganzes entstehen können, nicht zuletzt daher, weil die Walzen ein Eigengewicht von über 501, größere Walzen können gar ein Ge wicht von 100 t aufweisen, erreichen können und eine schwingende Masse die ser Größenordnung auch sehr stabile Maschinenrahmen vor sehr große Heraus forderungen stellt.

Natürlich ist das gesamte System der Hochdruckwalzenpresse bedingt durch ih ren Aufbau mechanisch gedämpft. Die Dämpfung ist einerseits gegeben durch das Hydrauliksystem, in dem die Hydraulikflüssigkeit durch die im Vergleich mit den Durchmessern der Hydraulikstempel oder -Zylinder feinen Leitungen mit ho her Geschwindigkeit hin- und her fließt. Die Viskosität der Hydraulikflüssigkeit bedingt beim Fluss durch die Leitungen mit hoher Geschwindigkeit eine starke und eher lineare Dämpfung. Eine lineare Dämpfung lässt sich durch die klassi sche Beschreibung einer gedämpften Schwingung beschreiben. Des Weiteren nimmt auch die Bewegung der Lagerblöcke auf den Gleitschienen der Loswalzen eine hohe mechanische Energie in Form von Reibung auf, wodurch eine Schwin gungsbewegung gedämpft wird. Die Bewegung der Lagerböcke aberfolgt schon weniger einer linearen Dämpfung, da der Übergang von der Haftreibung (keine Bewegung unter geringfügiger Oberflächenverformung im elastischen Bereich) zur Gleitreibung sprunghaft geschieht. Auch verhält sich die Gleitreibung nicht linear. Der Widerstand bei der Gleitreibung nimmt mit der Geschwindigkeit ab. Durch die Vielzahl der möglichen Schwingungen, also Biegeschwingungen, Tor sionsschwingungen, Schwingungen, deren Dämpfung der Haft/Gleitreibung ge horchen, Schwingungen, die durch Viskosität des Hydraulikfluids gedämpft sind, und die Vielzahl der externen Schwingungserregungen, wie z.B. periodische Be schickung mit Mahlgut durch ein Becherwerk sind in einer Hochdruckwalzenpres se eine große Vielzahl unterschiedlicher Eigenschwingungen, also unterschiedli che Resonanzfrequenzen zu beobachten. Auch kann die Betriebsdrehzahl bei einem schlagenden Lager oder bei einem Höhenschlag der Walzen zu einer Schwingungsbewegung führen.

Sofern die Hochdruckwalzenpresse in einen ungewollten Schwingungsmodus gerät, zeigt sich, dass die Hochdruckwalzenpresse nicht mehr energieeffizient arbeitet und darüber hinaus auch noch mechanisch stark belastet wird.

Um die Ausbildung von mechanischen Schwingungsbewegungen in der Hoch druckwalzenpresse zu vermeiden oder gar zu verhindern, die durch eine Überla dung des Walzenspaltes mit Frischgut entsteht, kann eine Regelung der Frisch- gut-Aufgabemenge pro Zeiteinheit erfolgen, indem z.B. bei Detektion einer uner wünschten Schwingungsbewegung in der Hochdruckwalzenpresse weniger Frischgut pro Zeiteinheit auf den Walzenspalt durch die Aufgabevorrichtung ge geben wird. Dies hat allerdings den Nachteil, dass eine vergleichsweise lange Nachlaufzeit der Regelstrecke von der gesteuerten Aufgabevorrichtung bis zur detektierten Schwingungsbewegungen hinzunehmen ist. Bis die veränderte Be schickung des Walzenspalts mit Frischgut wirkt und schließlich die Schwin gungsbewegung dadurch verringert wird, vergeht eine gewisse Zeit. Bis dahin können bereits erhebliche Schäden an der Hochdruckwalzenpresse entstanden sein oder sich kumulieren, wenn diese Art des Regeleingriffs häufiger erforderlich ist.

Zur Überwachung der Funktion von Zerkleinerungsvorrichtungen sind folgende Maßnahmen aus dem Stand der Technik bekannt:

In der Druckschrift US2010/0102152A1 werden Kegelbrecher beschrieben, die mit Näherungssensoren wie beispielweise Ultraschall- oder Lasersensoren aus gestattet sind. Durch Messung der Breite des Austrittsspalts kann die Breite des Spaltes durch Heben oder Senken des Kegels den Prozessbedingungen ange- passt werden, wodurch ungleichmäßige Rotationen, die den Kegel beschädigen können, vermieden werden.

In US2004/0255679A1 wird eine Trommelmühle zum Zerkleinern von Mineralien beschrieben, die einen akustischen Sensor in der Trommel aufweist, mit dessen Hilfe zu starke Belastungen der Trommel, z.B. durch felsartiges Gestein, detek- tiert werden können.

DE10132067A1 offenbart ein Verfahren zur akustischen Überwachung von be drohlichen Betriebszuständen, z.B. Schlupf, in Walzenstühlen. Hierzu werden die im Walzenstuhl auftretenden Geräusche, bzw. der Schallpegel mit einem Mikro fon erfasst und das Frequenzspektrum ausgewertet.

In der DE102011018705A1 wird ein Verfahren zur Regelung des Walzenspalt drucks in Abhängigkeit einer beobachteten Vibration der Hochdruckwalzenpresse offenbart. Je nach Betriebszustand wird der Druck im Hydrauliksystem variiert, um so die Hochdruckwalzenpresse stets nahe am maximalen Druck betreiben zu können.

Auch in der deutschen Offenlegungsschrift DE 44 14366 A1 wird gelehrt, den Druck der Hydraulik dann zu verringern, wenn gemessenen Vibrationsamplituden über einen gewissen Zeitraum einen vorbestimmten Wert überschreiten und um gekehrt, den Druck zu erhöhen, wenn die Überschreitungen vorbestimmter Vibra tionsamplituden ausbleiben.

In dem deutschen Patent DE 19647483 B4 wird eine Hochdruckwalzenpresse offenbart, die in ihrem Hydrauliksystem einen veränderlichen Blasenspeicher aufweist, der im Hydrauliksystem Druckspitzen abfängt. Druckspitzen werden bei der Passage von nicht durch Sprödbruch zerkleinerbares Material erzeugt, wenn die schweren Rollenpressen bei Passage dieses Materials die Presswalzen zu plötzlichen und sehr schnellen Ausweichbewegungen unter Öffnung des Wal zenspaltes gezwungen werden. Bei Veränderung des Gasvolumens des Blasen speichers wird die Federkonstante des Puffersystems verändert und damit der Druckanstieg bei Veränderung des Volumens im Hydrauliksystem. Durch die Veränderung des Gasvolumens im Blasenspeicherwird die Härte des Federsys tems verändert.

In der deutschen Offenlegungsschrift DE 102007059072 A1 wird eine Hoch druckwalzenpresse mit zwei Losrollen gelehrt. In dieser Hochdruckwalzenpresse wird der Walzenspaltdruck auch über ein Hydrauliksystem aufrechterhalten, das auf die Walzenstellung wirkt. Am angegebenen Ort wird auch gelehrt, um den viskositätsbedingten Widerstand des Druckmittels beim Fluss durch die Leitun gen möglichst gering zu halten, ist es notwendig, die flexiblen Leitungen des Hyd rauliksystems kurz zu halten. Da bei Einsatz von zwei Loswalzen die Wal zenspaltposition kontrolliert werden muss, ist es notwendig, dass das gesamte System mit möglichst geringer Dämpfung arbeitet, um die Walzenspaltposition schnell einregeln zu können.

In keiner der Druckschriften ist offenbart, wie diese unerwünschten Betriebszu stände, die mit einer Presswalzenvibration einhergehen, bereits im Vorfeld also bereits im Status der Entstehung vermieden oder eliminiert werden können

Es wäre daher wünschenswert, wenn eine Hochdruckwalzenpresse so kontrolliert betrieben werden könnte, dass die mechanischen Schwingungsbewegungen nicht stattfinden. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine gattungsgemäße Hochdruckwalzenpresse so zu betreiben, dass eine mechanische Schwingungs bewegung nicht auftritt.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Hochdruckwalzen presse eine adaptive Dämpfung im Hydrauliksystem aufweist. Ein konkretes Ver fahren zur adaptiven Dämpfung ist in den Ansprüchen 2 bis 7 angegeben. Eine Hochdruckwalze aufweisend eine adaptive Dämpfung, bestehend aus einer Drossel im Hydrauliksystem und einer dazu korrespondierenden Regelvorrich tung ist in den Unteransprüchen 8 bis 13 angegeben.

Das Besondere dieser Regelung ist, dass die Hochdruckwalzenpresse trotz Vib rationsregelung mit konstantem Hydraulikdruckbetreiben betrieben werden kann. Das schont die Hydraulikpumpe, die nicht ständigen Lastwechseln unterworfen wird und es ermöglicht, dass die Hochdruckwalzenpresse mehr Zeit im Idealzu stand arbeitet und damit effizienter wird.

Die Bewegungsgleichung eines schwingende Systems kann unter Annahme ei nes harmonischen Schwingverhaltens beschrieben werden durch

tfc At mit x gleich der Ortskoordinate, t gleich der Zeit, m gleich der bewegten Masse, c gleich dem Dämpfungskoeffizienten und k gleich der Rückstellkraft.

Sämtliche bisher beschriebenen Hochdruckwalzenpressen greifen bei der Steue rung oder Regelung des Schwingungsverhaltens am linearen Glied an. Das linea re Glied ist die Rückstellkraft k in der zuvor genannten Gleichung. Um die Schwingungsneigung bei Auftreten einer Schwingung adaptiv zu vermeiden, wird die Rückstellkraft verändert. In der Bewegungsgleichung wird also k verändert.

Davon ausgehend, dass die bewegte Masse einer Presswalze unveränderlich ist und auch bleibt, bietet sich als alternative zum Eingriff in das System, das der zuvor genannten Bewegungsgleichung gehorcht, zumindest aber in guter Nähe rung dadurch beschrieben werden kann, ein Eingriff in die Dämpfungskonstante c an.

Um Vibrationen beim Betrieb einer Hochdruckwalzenpresse zu vermeiden, ist nach dem Gedanken der Erfindung vorgesehen, durch eine Regelschleife die Dämpfung so anzupassen, dass bei einer detektierten Vibration, das Einpendel verhalten der Loswalze einer Hochdruckwalzenpresse so ist, dass das Einpen delverhalten dem aperiodischen Grenzfall eines gedämpften Schwingers mög lichst entspricht. Als Führungsglied wird eine Einpendelzeit oder Relaxationszeit vorgegeben, innerhalb derer das System nach Auftreten einer erzwungenen Schwingung, beispielsweise bei Passage eines nicht durch Sprödbruch zerklein erbaren Mahlgutbestanteils oder bei Veränderung der Mahlgutzusammensetzung und/ oder Veränderung der Mahlgutfeuchte, wieder in einen nicht schwingenden Zustand zurückgekehrt ist. Als Störgröße geht in das System die erzwungene Vibration ein, die über eine Schwingungsanalyse berechnet wird und als Stell- große geht ein Dämpfungsglied in die Regelschleife ein. Der Kopplungsweg der Regelschleife ist der Weg der erzwungenen Schwingung der Loswalze, die ver mieden werden soll, und die Dämpfung der Bewegung der Loswalze, die beide miteinander in Wechselwirkung stehen. Da die Loswalze auch überdämpft wer den kann und bei zu starker Dämpfung in den sogenannten und unerwünschten "Kriechfall" übergehen kann, ist die Regelung notwendig, die einerseits den durch Schwingungsanalyse detektierbaren Kriechfall vermeidet, aber auch bei zu gerin ger Dämpfung die auftretende Vibration vermeidet. Da in einer Hochdruckwal zenpresse die beobachtbare und unerwünschte Eigenfrequenz der Loswalze na he bei deren Betriebsrotationsfrequenz oder in der Nähe von deren Harmoni schen liegt, kann sich eine Hochdruckwalzenpresse im Betrieb leicht selbst zu schwingenden Zuständen erregen. Die adaptive Dämpfung über die Regelung ermöglicht einen ruhigen Lauf der Hochdruckwalzenpresse, die mit der geringst möglichen Zeit außerhalb des idealen Betriebsparameterbereichs des Wal zenspaltes arbeitet. Die idealen Betriebsparameter sind die Umlaufgeschwindig keit der Presswalzen, die Walzenspaltbreite, der Walzenspaltdruck und der Mahlgutstrom als Quotient aus Mahlgutaufgabemenge pro Zeit.

Im bisher bekannten Regelsystem zur Vermeidung von Schwingungszuständen einer Hochdruckwalzenpresse wird gerade in die idealen Betriebsparameter ein gegriffen, nämlich in den Walzenspaltdruck, der über den Hydraulikdruck einstell bar ist und mit diesem proportional zusammenhängt, und über die Walzenspalt breite, die sich bei abfallendem Druck zwangsläufig vergrößert. Die mittlere Rota tionsfrequenz der Presswalze kann aufgrund der großen Masse und dem damit einhergehenden Trägheitsmoment als nahezu konstant angenommen werden. Der Mahlgutstrom kann bei entsprechender Regelung durch eine Aufgabevorrich tung auch als angemessen konstant angenommen werden. Nicht ausreichend konstant ist jedoch das Mahlgutverhalten, insbesondere was die Neigung des Mahlguts zum Lufteinschluss betrifft, und die Homogenität des Mahlguts. Als größte mittlere Störgrößen sind somit die Variation der Mahlgutbeschaffenheit aufzufassen, gefolgt von der Gleichmäßigkeit des Mahlgutstroms. Diese beiden Störgrößen veranlassen die Loswalze einer Hochdruckwalzenpresse, sich durch die Rotation selbst in Schwingung zu versetzen. Um den Walzenspaltdruck und die Walzenspaltgeometrie mit möglichst geringer Zeit außerhalb des Idealzustan des zu betreiben, eignet sich die adaptive Dämpfungsregelung besser als bisher bekannte Verfahren.

Das hier beschriebene Verfahren zur Regelung der Dämpfung der Bewegung einer Loswalze einer Hochdruckwalzenpresse wobei die Hochdruckwalzenpresse ein Hydrauliksystem aufweist, welches die Loswalze gegen eine Festwalze drückt und so einen vorbestimmten Walzenspaltdruck im Walzenspalt zwischen der Loswalze und der Festwalze aufrechterhält, wenn Mahlgut den Walzenspalt zwi schen der Loswalze und der Festwalze passiert, kann in einer konkreten Ausge staltung des Verfahrens folgende Schritte aufweisen: Messen von mechanischen Schwingungen am Maschinenrahmen an mindestens einer Stelle und/oder Mes sen von Druckschwankungen im Hydrauliksystem an mindestens einer Stelle, und/oder Messen von elektrischen Stromschwankungen der elektrischen Strom aufnahme mindestens eines Antriebsmotors als ersten Schritt, wobei die mindes tens eine mechanische Schwingung und/oder die Druckschwankung und/oder die Stromschwankung als mindestens eine Störgröße in eine Regelschleife der Re gelung eingehen. Nach dem Messen erfolgt das Durchführen einer Schwin gungsanalyse als mathematische Operation in einem Prozessrechner. Solche Schwingungsanalysen können umfassen: Tiefpassfilterung, Hochpassfilterung oder Bandpassfilterung. Es kann eine Fouriertransformation vorgenommen wer den, insbesondere eine Fast-Fourier-Transformation. Es können statistische Glät tungsmethoden der Daten vorgenommen werden, wie beispielsweise eine Singu lärwertzerlegung. Auch mathematische Gaussfaltungen und Rauschunterdrü ckungssysteme können zum Einsatz kommen. Schließlich können auch mathe matische Lock-In-Verstärkersimulationen zum Einsatz kommen, in welchen zum Filtern von Signalen die zu filternden Signale mit einem periodischen Signal mo duliert werden. Der Fachmann ist hier frei, eine ideale Schwingungsanalyse zu wählen. Nachdem die Schwingung durch Schwingungsanalyse ermittelt worden ist, schließt sich der nächste Schritt an, nämlich das Ermitteln mindestens einer Dämpfungskonstante aus dem Ergebnis der Schwingungsanalyse. Die Dämp fungskonstante ist die konstante vor dem Differentialglied erster Ordnung in einer Bewegungsgleichung für einen harmonischen, gedämpften Schwinger. Diese Dämpfungskonstante lässt bei einem bekannten Schwingungsverhalten auf das zu erwartende Einpendelverhalten des gesamten Systems schließen. Ist die Dämpfungskonstante zu groß, so würde die Loswalze der zu regelnden Hoch druckwalzenpresse zum unerwünschten Kriechfall neigen, in der die Hochdruck walzenpresse außerhalb des Idealzustandes arbeitet und damit ineffizient arbei tet, aber dennoch Energie verzehrt. Ist die Dämpfung zu gering, so würde die Loswalze der Hochdruckwalzenpresse zu mechanischen Schwingungen neigen, die starke Schäden an der Hochdruckwalzenpresse, dem Fundament und in schlimmsten Fall an der Umgebung erzeugen, wie Risse in Bauten durch über den Boden übertragende Vibrationen auf das Fundament eines Betriebsgebäu des. Als nächster Regelungsschritt schließt sich ein Vergleichen der mindestens einen Dämpfungskonstante mit je einer vorbestimmten Dämpfungskonstante an, wobei die je eine vorbestimmte Dämpfungskonstante als Führungsgröße in die Regelschleife eingeht. Die Dämpfungskonstante beschreibt mittelbar die Einpen delzeit oder die Relaxationszeit der Loswalze. Mit dem Ergebnis des Vergleiches schließt sich der nächste Schritt der Regelung an, nämlich Stellen mindestens einer einstellbaren Drossel im Hydrauliksystem, wobei die Drosselstellung der jeweiligen einstellbaren Drossel als Stellgröße in die Regelschleife eingeht, und wobei die jeweilige einstellbare Drossel im Hydrauliksystem eine Dämpfungswir kung auf die Bewegung der Loswalze ausübt und damit die Regelschleife ge schlossen ist. Der Schritt des Vergleichens der ermittelten Dämpfungskonstante mit der Solldämpfungskonstante kann auch über eine bekannte PID-Regelung geschehen, über eine PI-Regelung, eine PD-Regelung oder auch eine ID- Regelung wobei P für "proportional" steht, I für "integral" und d für "differential". Diese Regelstrategie ist dem Mess- und Regeltechniker wohlbekannt und es wird dazu auf die entsprechende Fachliteratur verwiesen. Die zuvor beschriebene Konkretisierung eignet sich besonders für die Regelung eines Systems einer Hochdruckwalzenpresse, in dem sehr viele erzwungene Schwingungszustände messbar sind. Anders als bei Bandwalzen, die durch die Natur des Walzvorgangs mit duktilem Stahl einen eher ruhigen, also vibrations armen Betriebszustand, zeigen Hochdruckwalzenpressen Vibrationen auf, die beispielsweise aus folgenden Quellen stammen: höherfrequente Vibrationen durch den Einsatz eines sog. "Stud-Linings", also der Ausstattung der Oberfläche einer Presswalze mit einer Vielzahl von Hartkörpern, inhomogene Mahlgutbe schaffenheit, plötzliches Sprödbrechen des zu zerkleinernden Mahlguts, Fre quenzrichter mit industrietypischem 400 Hz-Wechselstrom mit sehr hoher Strom aufnahme im Umkreis der Anlage (sog. Netzbrummen), das gleiche mit 50 Hz oder 60 Hz, je nach vorliegender Netzfrequenz. Weitere Schwingungen erzeugen ggf. schlagende Lager, die Rotation der Presswalze selbst, wenn diese ausge waschen ist und ggf. nicht mehr idealzylindrisch ist oder erste Oberflächenschä den als Verschleißerscheinung aufweist. Schließlich zeigt der Maschinenrahmen Eigenfrequenzen vielerlei Art, sei es Biegeschwingungen von Stahlgurten, Torsi onsschwingungen oder Längsschwingungen. Diese Schwingungen können bei den sehr hohen Lasten auch als Torsionsschwingungen der Welle zum Antrieb der Loswalze auftreten. Schließlich können sich auch unerwünschte Lagervibrati onen, die durch das Kämmen von Zahnrädern entstehen, in einem Gesamtvibra tionsmuster einer Hochdruckwalzenpresse wiederfinden.

Um aus dem komplexen Vibrationsspektrum genau die Vibration herauszufiltern, die zur Regelung notwendig ist, und um die Vibrationen zu ignorieren, die unver meidlich sind, beispielsweise Netzbrummen mit hoher Frequenz, Lagerschäden, rhythmisches Beaufschlagen der Hochdruckwalzenpresse mit Mahlgut durch ein Becherwerk oder durch ein unerwünscht rhythmisches Fördern eines überlade nen Förderbandes eignet es sich zur Schwingungsanalyse eine Fouriertransor- mation (Frequenztransformation) durchzuführen und die Regelung nur anhand von ausgesuchten Spitzen (engl. Peaks) im frequenztransformierten Spektrum durchzuführen. Als Ausgestaltung der Schwingungsanalyse eignet sich eine Ab- folge von folgenden Schritten: Fouriertransformieren der der gemessenen Schwingungen und/oder Druckschwankungen und/oder der elektrischen Stromschwankungen, Auswahlen von vorbestimmten Linearkombinationen ein zelner Frequenzkomponenten aus den fouriertransformierten Schwingungen, Ermitteln einer Dämpfungskonstante für die einzelnen fouriertransformierten Schwingungen aus einer Zeitreihe der Frequenzkomponenten, Rückführen der Dämpfungskonstanten in einen Regler. Die Dämpfungskontante kann durch Re gression bestimmt werden, wobei die Regressionsrechnung auf einer linearisier- ten Exponentialfunktion basiert. Es wird also ein Exponentialkoeffizient einer Ab klingkurve rechnerisch durch statistische Methoden ermittelt. Auch hier wird an die entsprechende Literatur zur statistischen Datenauswertung verwiesen.

Zur Datenaufbereitung eignet es sich, die Daten aus einem gemessenen Schwingungsdiagramm vor der Fouriertransformation mit einem mathematischen Tiefpassfilter aufzubereiten.

Zwar sind heutige Mikrocontroller, die in Mess- und Regeleinheiten eingesetzt werden, dazu in der Lage, sehr komplexe und große Datenmengen zu verarbei ten. Um die Datenanalyse zu vereinfachen, kann es von Vorteil sein, wenn bei der Regelung nach einer Linearkombination von bestimmten Schwingungszu ständen ("Schwingung 1 mit Frequenz 1 ist nur dann relevant, wenn auch Schwingung 2 mit Frequenz 2 gleichzeitig vorkommt") die ermittelten Dämp fungskonstanten wichtet und zu einer gewichteten Dämpfungskonstante vereint. Hierzu bietet sich an, das Wichten der der verschiedenen Dämpfungskonstanten und das Zusammenfassen der gewichteten Dämpfungskonstanten zu einem Wert, wenn mehr als eine Dämpfungskonstante ermittelt wird.

Eine sehr besondere Art der Dämpfung wird über den Einsatz eines einstellbaren Drosselrückschlagventils im Hydrauliksystem erreicht. Ein Drosselrückschlagven til zeichnet sich aus durch eine in beiden Richtungen gleichmäßig gedrosselte Fluidströmung, wobei die Stärke der Drosselwirkung mit einem Stellglied einge stellt werden kann. Parallel zur Drossel befindet sich jedoch ein Rückschlagventil. Das Rückschlagventil öffnet sich der Strömung in eine erste Richtung und ver- schließt sich einer Strömung in eine entgegengesetzte, zweite Richtung. Der Ein satz eines Drosselrückschlagventils, das so in das Hydrauliksystem eingebaut wird, dass sich die Loswalze nahezu ohne zusätzliche Drosseldämpfung frei und nur gegen die Rückstellkraft eines Blasenspeichers im Hydrauliksystem frei von der Festwalze fort bewegen kann (ungedämpft) sich jedoch nur gedämpft wieder auf die Festwalze zu bewegen kann, ermöglicht, dass sich die Einpendelzeit (Re laxationszeit) der Loswalze deutlich verkürzt, womit die Dämpfungswirkung noch weiter verbessert wird. Zwar wird durch das Drosselrückschlagventil ein starkes nichtlineares Glied in die Bewegungsgleichung eingeführt, welches die Bewe gung der Loswalze beschreibt. Durch das nichtlineare Glied wird die analytische Beschreibung und Berechnung der Einpendelzeit nahezu unmöglich. Für ein Re gelsystem ist jedoch das zu Grunde liegende mathematische Model irrelevant, wenn nur die Relaxationszeit, die man an der Zahl der Nulldurchgänge der Be wegung und die dafür benötigte Zeit als Maß für die Dämpfungskonstante zu Grunde legt.

Durch die Regelung der Hochdruckwalzenpresse mit konstantem Druck ist es notwendig, dass das Hydrauliksystem einen Ausschalter und/oder die Loswalze einen Anschlag hat, um zu vermeiden, dass die Loswalze bei Leerlauf unmittel bar an die Festwalze reicht. Berühren sich die Walzen unter Druck, so kann es leichter passieren, dass dabei die Bewehrung der Oberfläche mit Hartkörpern Schaden nimmt. Um die Hochdruckwalze also unempfindlich gegenüber uner wünschtem Leerlauf zu machen, kann es vorgesehen sein, dass das Hydraulik system eine automatische Druckabschaltung aufweist, welche dann auslöst, wenn die Loswalze näher als ein vorbestimmter Wert an die Festwalze heran reicht, wobei ein mechanischer Schalter am Maschinenrahmen die Näherung des Loswalze an die Festwalze detektiert. Ein ähnliches Ergebnis kann auch ein me chanischer Anschlag erreichen.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Hochdruckwalzenpresse mit Orten von beispielhaft angeordneten Dehnungsmesstreifen, Fig. 2 ein beispielhaftes, unbearbeitetes Schwingungsdiagramm eines Schwingungsdetektors,

Fig. 3 dass Schwingungsdiagramm aus Figur 2 nach Verarbeitung durch ei nen Tiefpassfilter,

Fig. 4 das bearbeitete Schwingungsdiagramm aus Figur 3 nach Fouriertrans formation,

Fig. 5 Auswahl eines Fourierkoeffizienten aus Figur 4 als Darstellung über die Zeit,

Fig. 6 Darstellung einer Fourierreihe aus Figur 4, die über einen Schwellwert ausgewählt wird,

Fig. 7 eine Rücktransformation der ausgewählten Fourierreihen aus Fig. 6,

Fig. 8 Darstellung der Wirkung einer unzureichenden (zu geringen) Dämpfung auf das Schwingungsverhalten der Loswalze,

Fig. 9 Darstellung der Wirkung einer idealen (optimalen) Dämpfung auf das Schwingungsverhalten der Loswalze,

Fig. 10 Darstellung der Wirkung einer zu starken Dämpfung auf das Schwin gungsverhalten der Loswalze,

Fig. 11 eine Hochdruckwalzenpresse mit Hydrauliksystem aus dem STAND DER TECHNIK

Fig. 12 eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Hochdruckrollenpresse mit maximaler Anzahl von Schwingungssensoren und einem optionalen Drosselrückschlagventil,

Fig. 13 Wiederholung der Figuren Figur 8, 9 und 10, die bei Einsatz einer ein stellbaren Drossel entstehen, zum Vergleich mit vergleichbaren Dia grammen, bei Einsatz eines Drosselrückschlagventils in Fig. 14,

Fig. 14 Diagramme aus Figuren Figur 8, 9 und 10, jedoch bei Einsatz eines Drosselrückschlagventils. In Figur 1 ist eine gattungsgemäße Hochdruckwalzenpresse 1 dargestellt, wel che zwei gegenläufig rotierende Presswalzen als Festwalze 2 und Loswalze 3 aufweist, die in einem Maschinenrahmen 4 aufgenommen sind, der seinerseits an unterschiedlichen Positionen mit Sensoren 20 zur Detektion von Schwin gungsbewegungen ausgestattet ist. Die beiden Presswalzen, Festwalze 2 und Loswalze 3 der Hochdruckwalzenpresse 1, werden über Hydraulikstempel 17 und 18 aneinander gepresst, ohne jedoch sich dabei zu berühren. Durch eine hier nicht dargestellte Aufgabevorrichtung wird das zu zerkleinernde Mahlgut auf den Walzenspalt 7 der Hochdruckwalzenpresse 1 zwischen der Festwalze 2 und der Loswalze 3 aufgegeben und dabei durch den zwischen beiden sich drehenden Presswalzen, Festwalze 2 und der Loswalze 3, vorherrschenden Druck zerklei nert. Die Zerkleinerung passiert dabei durch Sprödbruch unter Vermeidung einer scherenden Beanspruchung. An verschiedenen Stellen der des Maschinenrah mens 4 der Hochdruckwalzenpresse 1 sind Dehnungsmessstreifen 20 als Senso ren zur Detektion von Schwingungsbewegungen angebracht. Die von den Deh- nungsmesstreifen 20 gemessenen Schwingungen werden an eine hier nicht ge zeigte Auswertungsvorrichtung weitergeleitet, wo die Amplitude und/oder die Frequenz der gemessenen Schwingungsbewegung mit einer vorher bestimmten Sollgröße verglichen. Überschreitet die Amplitude bei einer vorgegebenen Fre quenz, die durch eine Fouriertransformation oder allgemeiner durch eine Fre quenzfilterung ermittelt wird, einen kritischen Wert, so wird die Stellung eines in dieser Zeichnung nicht gezeigten Drosselventils verändert, wodurch die Dämp fung der Bewegung erhöht wird. Wenn die Intensität der Schwingungsbewegung aufgrund der Erhöhung der Dämpfungswirkung des Drosselventil wieder unter den vorher bestimmten kritischen Bereich erreicht, so wird die Dämpfung durch eine Regelstrategie, bevorzugt nach PID-Verfahren, langsam wieder verringert, so dass die Rollenpresse 1 stets in einem Dämpfungsbereich arbeitet, der die mechanische Schwingungsbewegung der Loswalze möglichst in den aperiodi schen Grenzfall der gedämpften Schwingung bringt. Da sich das gesamte Sys tem der Hochdruckwalzenpresse 1 mit der nicht zwangsläufig linearen Dämpfung der Bewegung der Lagerböcke im Maschinenrahmen 4 nicht vollumfänglich durch eine Bewegungsgleichung einer gedämpften harmonischen Schwingung be schrieben werden kann, verfolgt die Regelstrategie eine Dämpfung, die dem Be wegungsbild des aperiodischen Grenzfalls möglichst entspricht mit einer Erstaus- lenkung in eine erste Richtung, eine Rückführung mit geringfügigem Überschwin gen und langsamen sich annähern an die Nullposition.

In Figur 2 ist in beispielhafter Weise ein Schwingungsdiagramm als Fi(t) (Funkti on 1 nach der Zeit t) gezeigt, das von einem fast beliebigen Bewegungssensor erfasst worden sein kann. Auf der Abszisse ist die mechanische Auslenkung D (engl. Displacement) gezeigt und auf der Ordinate ist die Zeit t (engl time) darge stellt. Als Sensoren zur Schwingungsmessung kommen insbesondere in Be tracht: Dehnungsmesstreifen 20 an verschiedenen Stellen des Maschinenrah mens 4. Dehnungsmesstreifen 20 können Längsschwingungen eines Metallgur tes des Maschinenrahmens 4 messen und auch Torsionsschwingungen einer Antriebswelle. Beschleunigungssensoren an ebenso vielen Stellen des Maschi nenrahmens 4 können Biegeschwingungen des entsprechenden Metallgurtes messen, wenn dieser wie eine Gitarrensaite schwingt. Zwar ist diese Schwingung von der örtlich aufgelösten Amplitude nur sehr gering, in der Regel im Bereich von einigen, wenigen pm, aber ausreichend, um charakteristische Schwingungen zu messen. Beschleunigungssensoren können auch messen, wenn die gesamte Hochdruckwalzenpresse 1 aufgrund der hin- und her schwingenden Loswalze 3 eine entsprechende Gegenbewegung im Raum durchführt. Als weitere Messquel len eignet sich die Druckaufnahme im Hydrauliksystem 8 und auch die Messung der Stromaufnahme der Antriebsmotoren. Jede Schwingungsquelle hat ihre eige nen und typischen Überlagerungen von vernachlässigbaren Schwingungen, wie zum Beispiel die sehr starke Netzfrequenz oder Umrichterfrequenz bei der Mes sung der Stromaufnahme, die Rotationsfrequenz und deren Harmonische bei der Messung von Beschleunigungen durch Beschleunigungssensoren, und erneut die Netzfrequenz bei der Messung von Längsschwingungen und die Frequenz, die durch das Sprödbrechen des Mahlguts eher als graues Rauschen entsteht, also nicht gauss'sches Rauschen mit harten Signalspitzen. Ein Beschleunigungs- sensor unmittelbar an einem Lagerbock wird als dominante Schwingung eine tat sächliche Vibration der Loswalze empfangen. Es ist Ziel der Erfindung, den Dämpfungszustand schon mit detektierten Schwingungen einzuregeln, bevor die amplitudenstarken Hin- und Herbewegungen der Loswalze 3 auftreten.

Zur ersten Aufbereitung des Signals kann diese einer Tiefpassfilterung unterzo gen werden, wodurch das graue Rauschen und die Netzfrequenz unterdrückt werden. Das Ergebnis der Tiefpassfilterung ist in Figur 3 das tiefpassgefilterte Signal des Auslenkungs-Zeit-Diagramm aus Figur 2 als F2(t) (Funktion 2 nach der Zeit t) gezeigt. Im Wesentlichen sind hier noch zwei Schwingungen unterschiedli cher Frequenz zu sehen, nämliche eine dominante Grundschwingung und eine Harmonische und Spuren von höheren Harmonischen.

In Figur 4 ist die Fouriertransformation, die als eine Frequenzfilterung eines Sig nals in parallelen Kanälen a)... b) ... n) aufgefasst werden kann, gezeigt. Die Fou riertransformation überführt das Signal aus Figur 3 in ein Frequenz-Zeit- Diagramm, wobei die Frequenz aus Kanal a) als eine Funktion F_a(f,t) (Funktion a) nach der Frequenz f und nach der Zeit t), Kanal b) als eine Funktion Fb(f,t) (Funk tion b) nach der Frequenz f und nach der Zeit t) und Kanal n) als eine Funktion Fn(f,t) (Funktion n) nach der Frequenz f und nach der Zeit t) dargestellt ist.

Die dominante Schwingung in Kanal a) wird hier ausgewählt und ist in Figur 5 als Abbildung von a) über der Zeit t gezeigt. Der Koeffizient x(a) des Dämpfungsteils e ^{(x(a) *l)} der Schwingung eignet sich zur Regressionsanalyse zur Ermittlung ei nes Dämpfungskoeffizienten, mit dem die Dämpfungsregelung durchgeführt wer den kann. Eine Regressionanalyse des zeitlichen Verlaufs des Koeffizienten F_a(f, t) lässt unter Unterstellung eines negativ-exponentiellen Verlaufs einen Wert x(a) bestimmen. Es ist eine Beobachtung bei der Erfindung, dass sich das Aufschau keln der Loswalze 3, das es zu verhindern gilt, bereits vorzeitig an typischen Fre quenzmustern erkennen lässt, die in den Eigenschwingungsfrequenzen des Ma schinenrahmens der Hochdruckpresse zu finden sind. Selbst sehr starke, massi ve Stahlgurte eines Maschinenrahmens einer Hochdruckwalzenpresse zeigen bereits sehr stark maschinenrahmenindividuelle Schwingungsmuster deutlich bevor ein Aufschaukeln der Loswalze 3 eintritt. Um dieses Muster zu erkennen, ist es lediglich notwendig, eine Hochdruckwalzenpresse 1 mit einer empfindlichen Schwingungsanalyse zu verfolgen und die Schwingungsmuster kurz vor dem Auf treten der zu vermeidenden Loswalzenschwingung zu identifizieren. Das kann mit gängigen statistischen Mitteln, nämlich einer zeitliche Korrelationsanalyse ge schehen, aber für den Fachmann es ist es auch möglich, das Muster mit dem bloßen Auge zu erkennen. Ist das Muster einmal erkannt, kann es als typisches maschinenrahmenindividuelles Muster in die Regelvorrichtung einprogrammiert werden.

Je nach beobachtetem Schwingungsmuster ist es möglich, unterschiedliche Ko effizienten nach der Fouriertransformation auszuwählen. Im einfachsten Fall ist es auch möglich, einen Schwellwert zu definieren und alle Koeffizienten, die den Schwellwert überschreiten, als dominanten Schwingungsanteil zu identifizieren. Diese Vorgehensweise ist in Figur 6 gezeigt, in dem der Koeffizient a) und b) ei nen Schwellenwert in C (eng. Coefficient) überschreiten. Eine Rücktransformati on dieser Fourierkoeffizienten zeigt, dass eine dominante und eine höhere har monische Schwingung mit unterschiedlicher Phasenlage in diesem Beispiel ent sprechend der Entfernung von der Eigenfrequenz vorliegt. Die beiden rücktrans formierten Schwingungen sind in Figur 7 gezeigt.

In Figur 7 ist die obere Schwingung als die Auslenkung D (engl. Displacement) der Frequenz mit dem Koeffizienten a) über die Zeit t) dargestellt. In dem unteren Schwingungsdiagramm ist die Auslenkung D (engl. Displacement) der Frequenz mit dem Koeffizienten b) über die Zeit t) dargestellt.

Die Regelstrategie ermittelt nun aus dem Abklingen der Schwingung in, bei spielsweise in Figur 7 über ein kontinuierliches Signal (Figur 5) einen Koeffizien ten x(a) für die Dämpfung der Bewegungsgleichung für eine verräterische Schwingung in dem Maschinenrahmen 4 einer Hochdruckwalzenpresse 1. Die ses Signal ist das Rückführungssignal in den Regelkreis. Ist die Dämpfung zu stark, somit der Koeffizient x(a) zu groß, so wird die Dämpfung der Bewegung der Loswalze 3 durch teilweises Öffnen eines Drosselschiebers einer Drossel im Hydrauliksystem 8 einer Hochdruckwalzenzpressen 1 verringert und umgekehrt. Die unterschiedlichen Regelzustände sind in den Figuren Figur 8 (Dämpfung zu gering), Figur 9 (Dämpfung ideal) und Figur 10 (Dämpfung zu stark) gezeigt. Ist die Dämpfung zu gering, so kann sich die Loswalze 3 bei einer von außen auf erzwungenen Schwingung, beispielsweise durch Rotation der Loswalze 3 mit vorgegebener Umdrehungszahl, für diese Umdrehungszahl bestimmter Walzen spaltdruck, der proportional zum Hydraulikdruck der Hydraulikstempel 17 und 18 ist und einer dazu nicht passenden Materialeigenschaft des Mahlguts, erst nach einigen Schwingungszyklen einpendeln. Schwingt eine 1001 schwere Walze mit einer Frequenz von deutlich größer als 1 Hz hin und her, so können die dadurch auf das Erdreich übertragenen Stöße Schäden in der unmittelbaren Umgebung erzeugen. Es wurde schon beobachtet, dass eine nicht ordnungsgemäß betrie bene und nicht überwachte Hochdruckwalzenpresse Risse im Fundament eines nahe liegenden Betriebsgebäudes ausgelöst hat. Dieser Zustand ist dringend zu vermeiden. Ist die Dämpfung zu groß, so läuft die Hochdruckwalzenpresse 1 zwar ruhig. Der eintretenden Kriechfall (Figur 10), in dem nach Auslenkung der Loswalze 3 diese nur langsam wieder in den idealen Arbeitspunkt bei D = 0 zu rückfindet, bedeutet, dass die Hochdruckwalzenpresse für diese Zeit ineffizient arbeitet. Der Walzenspalt ist zu groß und passierendes Material wird nicht zer kleinert, sondern maximal in grobe Stücke gebrochen. Die schraffierte Fläche unter der Kurve in Figur 10 zeigt die Auslenkung über die Zeit. Je größer die Aus lenkung D (eng. Displacement), desto ineffizienter arbeitet die Hochdruckwalzen presse 1. In Figur 9 ist gezeigt, wie sich die Losrolle 3 nach einer Auslenkung, beispielsweise durch Passage eines Baggerzahns oder Passage eines zu großen Mahlgutstücks schon nach kurzer Zeit des einmaligen Überschwingens bei Zeit tmax wieder im Gleichgewichtszustand und damit im idealen Arbeitspunkt befindet.

In Figur 11 ist eine Hochdruckwalzenpresse aus dem STAND DER TECHNIK gezeigt, aufweisend eine Festwalze 2 und eine Loswalze 3. Die Loswalze 3 wird über Hydraulikstempel 17 und 18 gegen die Festwalze 2 gedrückt. Hydraulikflüs sigkeit aus einem Reservoir 23 wird zur Kraftausübung vermittels einer Hydrau- likpumpe 19 in die Kolben der Hydraulikstempel 17 und 18 gepumpt. Um plötzli che Lastspitzen, (Passage eines Baggerzahns, eines Metallstücks, zu großes Mahlgutstück) auszugleichen, ist ein Blasenspeicher 14 vorgesehen, der ein un ter Druck stehendes Luftpolster aufweist, gegen das sich die Hydraulikflüssigkeit ausdehnen kann, wenn diese durch eine ruckartige Bewegung der Loswalze 3 stoßweise aus den Kolben der Hydraulikstempel 17 und 18 zurück in das Lei tungssystem des Hydrauliksystems gestoßen wird.

In Figur 12 ist eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Hochdruckwalzen presse dargestellt. Wesentliches Element ist hier eine einstellbare Drossel 15 oder ein einstellbares Drosselrückschlagventil 16 zwischen dem Hydrauliksystem 8 und dem Blasenspeicher 14. Durch die Drossel 15 oder das Drosselrück schlagventil 16 kann die Bewegung der Loswalze 3 bei konstantem Arbeitsdruck im Walzenpalt 7 gedämpft werden. Handelt es sich um ein Drosselrückschlag ventil 16, so kann Hydraulikfluid bei stoßartigem Versatz der Losrolle 3 schnell und ungedämpft durch den Bypass 16.2 in Richtung des Blasenspeicherströmen 14 und sich dort ausdehnen. Der Rückfluss aus dem unter Druck stehenden Bla senspeicher 14 ist jedoch durch die Drossel 16.1 gedämpft, weil der freie Quer schnitt für den Durchfluss des Hydraulikfluids durch die Drossel 16.1 begrenzt ist. Dis Viskosität des Hydraulikfluids erzeugt somit eine der Strömungsgeschwindig keit des Hydraulikfluids entgegengerichtete Gegenkraft. Die Hochdruckwalzen presse 1 weist verschiedene Schwingungssensoren auf, die jeweils ein individu elles Schwingungsdiagramm als Störgröße 13 erzeugen. Es handelt sich um Dehnungsmesstreifen 20 an verschiedenen Stellen des Maschinenrahmens 4, um Beschleunigungssensoren an eben diesen Stellen, um ein digitales Manome ter 21 im Hydrauliksystem 8 zur Detektion von Druckschwankungen und ein digi tales Amperemeter 22 zur Detektion von Schwingungen in der Stromaufnahme der elektrischen Antriebsmotoren. Alle diese Sensoren liefern ein Schwingungs- diagram, das -wie zuvor beschrieben- aufbereitet werden kann. Aus einem ermit telten Dämpfungskoeffizienten, der stellvertretend für das Schwingungsverhalten der Loswalze 3 steht, ermittelt die Regelvorrichtung beispielsweise nach der PID- Regelstrategie einen Stellwert für die Drossel 16.1. Die Drossel 16.1 wirkt auf das Schwingungsverhalten der Loswalze 3 und somit ist der Regelkreis geschlossen. In diesem Beispiel einer Hochdruckwalzenpresse 1 ist ein Stellungsschalter 24 vorhanden, der verhindert, dass die Loswalze 3 die Festwalze 2 unter Druck be rührt. Kommt die Loswalze 3 der Festwalze 2 zu nahe, schaltet der Stellungs schalter 24 die Hydraulikpumpe 19 ab, um Schäden an der Hartkörperbewehrung (Muster auf den Presswalzen Loswalze 3 und Festwalze 2 aus Rechtecken) zu vermeiden.

In den Figuren Figur 13 und Figur 14 sind die unterschiedlichen Wirkungen einer Drossel 15 und eines Drosselrückschlagventils 16 auf die Einpendelzeit (Relaxa tionszeit) der Loswalze 3 dargestellt. Figur 13 ist lediglich eine Wiederholung der Figuren Figur 8, Figur 9 und Figur 10. In Figur 14 ist im mittleren Beispiel ge zeigt, dass ein Drosselrückschlagventil 16 zu einer deutlichen Verkürzung der Einpendelzeit (Relaxationszeit) tmaxzu tmax, neu führt. Bei einer Ausweichbewegung kann sich die Loswalze 3 ohne oder mit geringer Dämpfung unter Öffnung des Walzenspaltes 7 zurückziehen, was im mittleren Diagramm von Figur 14 mit ei nem ganz links fettgedruckten Pfeil nach rechts gezeigt ist. Der fettgedruckte Pfeil steht für eine schnelle und ungebremste oder ungedämpfte Bewegung. Bei dieser Rückbewegung ist das Rückschlagventil 16.2 offen und Hydraulikflüssig keit fließt durch den Bypass, das Rückschlagventil 16.2 an der Drossel 16.1 vor bei. Bei der Vorwärtsbewegung der Loswalze 3 in Richtung der Festwalze 2 ist das Rückschlagventil 16.2 geschlossen und die Hydraulikflüssigkeit aus dem Blasenspeicher 14 muss den Weg durch die Drossel 16.1 nehmen. Durch die Drossel 16.1 geschieht die Rückbewegung der Loswalze 3 durch den Druck im Blasenspeicher 14 langsamer und mit Dämpfung, dargestellt durch einen Pfeil nach links, nicht fettgedruckt, der durch eine stärkere Dämpfung eine langsamere Bewegung darstellt. Dabei wird erhebliche kinetische Energie verzehrt. Die Über schwingungsamplitude verhält sich für den Zeitraum der Rückkehr nahezu wie im Fall nur mit einer Drossel 15 ohne Bypass / Rückschlagventil 16.2. Sobald der Umkehrpunkt beim Überschwingen erreicht ist, bewegt sich die Loswalze 3 er- neut ungedämpft (rechter, fettgedruckter Pfeil nach rechts) durch die Kraft des verdichteten Mahlguts wieder in die Idealposition. Dabei ist die Rückkehr bei Ein satz eines Drosselrückschlagventils 16 schneller als im Fall einer Dämpfung in beide Richtungen mit einer in beide Flussrichtungen gleich wirkenden Drossel 15 Durch die schnelle Bewegung in eine Richtung wird die Einpendelzeit (Relaxati onszeit) tmax, neu deutlich kürzer, so dass die Flochdruckwalzenpresse 1 nur in ei nem sehr kurzen Zeitraum außerhalb ihres optimalen Arbeitspunktes betrieben wird. Es ist an dieser Stelle darauf hinzuweisen, dass durch die Einführung eines Drosselrückschlagventils eine starke anharmonische Komponente in das Bewe gungssystem der Loswalze 3 eingebracht wird, was zu stärkeren Oberwellen der Bewegungsgleichung führen kann, somit also stärkere Ruckmomente (dritte Ab leitung des Ortes nach der Zeit in einer Bewegungsgleichung) auftreten können, die als Stoßwellen durch das Erdreich wandern können und an unerwünschter Stelle ihre Wirkung entfalten können. Es ist aber ein großer Vorteil der Erfindung, dass durch die Schwingungsanalyse die adaptive Dämpfung so geregelt wird, dass die Schläge nur noch stark vermindert auftreten. Der unvermeidliche Schlag, der beispielsweise bei Passage eines Baggerzahns durch den Walzen spalt entsteht, geht jedoch durch die ungebremste oder ungedämpfte Ausweich bewegung der Loswalze 3 mitdeutlich geringerer Stoßwellenübertragung auf das Erdreich einher als bei einer in beide Richtung gedämpften Bewegung. Somit werden die starken Schläge ins Erdreich oder in den Maschinenrahmen abge schwächt, jedoch die vermiedenen rhythmischen anharmonischen Schwingungs anteile verstärkt. Da die stärkeren Schwingungsanteile von vornherein ausgere gelt werden, ergibt sich ein Vorteil des Dämpfungsverfahrens auf gesamter Bandbreite der Anwendung. B E Z U G S Z E I C H E N L I S T E Hochdruckwalzenpresse 21 digitales Manometer Festwalze 22 digitales Amperemeter Loswalze 23 Speicher Maschinenrahmen 24 Stellungsschalter Walzenspalt 30 Schwingungsdiagramm Hydrauliksystem 31 Fouriertransformation Regler Führungsgröße a) Zeitreihe Stellgröße b) Zeitreihe Störgröße D Auslenkung Blasenspeicher C Koeffizient Drossel, einstellbar e Basis des natürlichen Drosselrückschlagventil, Logarithmus einstellbar p Druck Drossel, einstellbar t Zeit Bypass, Rückschlagventil tmax Einpendelzeit Hydraulikstempel (Relaxationszeit) Hydraulikstempel tmax, neu verkürzte Einpendelzeit, Hydraulikpumpe verkürzte Relaxationszeit Dehnungsmesstreifen f Frequenz F Funktion von

Claims

Verfahren zur Regelung der Dämpfung der Bewegung einer Presswalze einer Hochdruckwalzenpresse und korrespondierende Hochdruckwalzenpresse P A T E N T A N S P R Ü C H E

1. Verfahren zur Regelung der Dämpfung der Bewegung einer Loswalze (3) einer Hochdruckwalzenpresse (1), wobei die Hochdruckwalzenpresse (1) ein Hydrauliksystem (8) aufweist, welches die Loswalze (3) gegen eine Festwalze (2) drückt und so einen vorbestimmten Walzenspaltdruck im Walzenspalt (7) zwischen der Loswal ze (3) und der Festwalze (2) aufrechterhält, wenn Mahlgut den Walzenspalt (7) zwischen der Loswalze (3) und der Festwalze (2) passiert, gekennzeichnet durch den Einsatz einer adaptiven Dämpfungsregelung, welche die Dämpfung einer mechanischen Schwingungsbewegung der Loswalze kontrolliert.

2. Verfahren zur Regelung der Dämpfung der Bewegung einer Loswalze (3) einer Hochdruckwalzenpresse (1) nach Anspruch 1, wobei die adaptive Dämpfungsregelung folgende Regelschritte durchführt

Messen von mechanischen Schwingungen am Maschinenrahmen (4) an mindestens einer Stelle und/oder

Messen von Druckschwankungen im Hydrauliksystem (8) an mindes tens einer Stelle und/oder

Messen von elektrischen Stromschwankungen der elektrischen Stromaufnahme mindestens eines Antriebsmotors, wobei die mindestens eine mechanische Schwingung und/oder die Druckschwankung und/oder die Stromschwankung als mindestens ei ne Störgröße (13) in eine Regelschleife der Regelung eingehen,

Durchführen einer Schwingungsanalyse als mathematische Opera tion in einem Prozessrechner,

Ermitteln mindestens einer Dämpfungskonstante aus dem Ergeb nis der Schwingungsanalyse,

Vergleichen der mindestens einen Dämpfungskonstante mit je ei ner vorbestimmten Dämpfungskonstante, wobei die je eine vorbe stimmte Dämpfungskonstante als Führungsgröße (11) in die Regel schleife eingeht,

Stellen mindestens einer einstellbaren Drossel (15, 16) im Hydrau liksystem (8), wobei die Drosselstellung der jeweiligen einstellbaren Drossel (15, 16) als Stellgröße (12) in die Regelschleife eingeht, wobei die jeweilige einstellbare Drossel (15, 16) im Hydrauliksystem (8) eine Dämpfungswirkung auf die Bewegung der Loswalze (3) aus übt und damit die Regelschleife geschlossen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch den Einsatz eines Drosselrückschlagventils (16), welches so in das Hyd rauliksystem geschaltet ist, dass eine Bewegung der Loswalze (3) unter Öffnung des Walzenspaltes (7) Hydraulikflüssigkeit die Drossel (16.1) durch einen Bypass (16.2) im Drosselrückschlagventil (16) passieren lässt und eine Bewegung der Loswalze (3) unter Verengung des Walzenspaltes (7) Hydraulikflüssigkeit nur die Drossel (16.1) passieren lässt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, gekennzeichnet durch eine Abfolge von folgenden Schritten bei der Schwingungsanalyse

Fouriertransformieren der der gemessenen Schwingungen und/oder Druckschwankungen und/oder der elektrischen Stromschwankungen,

Auswählen von vorbestimmten Linearkombinationen einzelner Fre quenzkomponenten aus den fouriertransformierten Schwingungen, Ermitteln einer Dämpfungskonstante für die einzelnen fouriertrans formierten Schwingungen aus einer Zeitreihe der Frequenzkomponen ten,

Rückführen der Dämpfungskonstanten in einen Regler (10).

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch

Tiefpassfiltern der gemessenen Schwingungen und/oder Druck schwankungen und/oder elektrischen Stromschwankungen vor dem Schritt des Fouriertransformierens.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch

Wichten der der verschiedenen Dämpfungskonstanten,

Zusammenfassen der gewichteten Dämpfungskonstanten zu ei nem Wert, wenn mehr als eine Dämpfungskonstante ermittelt wird.

7. Hochdruckwalzenpresse (1), aufweisend mindestens eine Festwalze (2), und mindestens eine Loswalze (3), wobei die Hochdruckwalzenpresse (1) ein Hydrauliksystem (8) aufweist, welches je eine einer Festwalze (2) zugeordnete Loswalze (3) gegen die zugeordnete Festwalze (2) drückt und so einen vorbestimmten Walzen- spaltdruck im Walzenspalt (7) zwischen der Loswalze (3) und der Festwalze (2) aufrechterhält, wenn Mahlgut den Walzenspalt (7) zwischen der Loswal ze (3) und der Festwalze (2) passiert, dadurch gekennzeichnet, dass eine adaptive Dämpfungsregelung die mechanische Schwingungsbewe gung der Loswalze kontrolliert.

8. Hochdruckwalzenpresse nach Anspruch 7, aufweisend dadurch gekennzeichnet, dass eine einstellbaren Drossel (15, 16) im Hydrauliksystem (8) vorhanden ist, welche über einen Regler (10) zur Regelung der Dämpfung des Fluidstroms im Hydrauliksystem (8) einstellbar ist.

9. Hochdruckwalzenpresse nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrauliksystem (8) einen konstantem Druck (p) aufrechterhält.

10. Hochdruckwalzenpresse nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrauliksystem (8) eine automatischen Druckabschaltung aufweist, welche dann auslöst, wenn die Loswalze (3) näher als ein vorbestimmter Wert an die Festwalze (2) heranreicht, wobei ein mechanischer Schalter (24) am Maschinenrahmen (4) die Näherung des Loswalze (3) an die Fest walze (2) detektiert und/oder dass die Hochdruckwalzenpresse einen me chanischen Anschlag für die Loswalze aufweist, welche verhindert, dass die Loswalze die Festwalze unter Druck berührt.

11. Hochdruckwalzenpresse nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (10) nach den Ansprüchen 1 bis 5 arbeitet.

12. Hochdruckwalzenpresse nach einem der Ansprüche 7 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrauliksystem (8) durch einen Blasenspeicher (14) gepuffert ist, wel cher über die einstellbare Drossel (15, 16) mit dem Hydrauliksystem (8) verbunden ist.

13. Hochdruckwalzenpresse nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die einstellbare Drossel (16) ein Drosselrückschlagventil ist.