Mahlwerk, Verfahren zum Betrieb

Die Erfindung betrifft ein Mahlwerk mit einem um eine erste Drehachse rotierbaren Mahlteller umfassend mindestens zwei Mahlwalzen, die jeweils um eine jeweils zweite Drehachse drehbar derart angeordnet sind, dass Mahlgut zwischen dem Mahlteller und den Mahlwalzen im Betrieb zerkleinerbar ist. Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb des Mahlwerks. Zur Erhöhung der Verfügbarkeit wird vorgeschlagen, dass das Mahlwerk mindestens eine Sensoranordnung umfasst, mittels dessen eine Neigungsänderung des Mahltellers über ei nen bestimmten Schwellwert hinaus erkennbar ist.

Aus der EP 3056 278 Al ist bereits eine Vertikalmühle mit einem auf einem Mahlteller abrollenden Mahlwalzen, die ein Mahlgut zerkleinern, bekannt.

Aus der US 7182 283 Bl, der EP 2221 129 Al sind jeweils ein Mahlwerk eingangs definierter Art bekannt, bei dem aus Mes sungen an einer Walzenaufhängung ein rechnerischer Rück schluss auf die Anordnung des Mahltellers erfolgt. Sind die zugrunde liegenden Annahmen nicht erfüllt, können gravierende Schäden entstehen oder ungewollte Stillstände passieren. Das ist beispielsweise der Fall bei Problemen mit dem Mahlgut.

Die US 2018/099288 Al zeigt ein Lager für ein Mahlwerk.

Die US 5191 713 A beschäftigt sich mit Messungen von Verkip pungen im Allgemeinen.

Industrielle Mahlwerke eingangs definierter Art, insbesondere Vertikalmühlen, die z.B. in der Zementvermahlung zum Einsatz kommen, umfassen einen Mahlteller, der über einen Antrieb in Rotation versetzt wird. Während des Betriebes drücken auf den Mahlteller mehrere über den Umfang verteilte Mahlwalzen, die das auf den Mahlteller aufgebrachte Mahlgut zermahlen. Der Mahlteller rotiert hierbei um eine erste Drehachse und die Mahlwalzen rotieren jeweils um eine jeweils zweite Drehachse. Sollte das Eigengewicht der Mahlwalzen für das Zerkleinern des Mahlguts nicht ausreichen, erfolgt eine Kraftaufprägung auf die Mahlwalzen, üblicherweise hydraulisch, sodass der Mahlteller durch alle Mahlwalzen gleichmäßig belastet wird. Die naturgemäß im Mahlprozess entstehenden Druck- und Quer kräfte werden über die Lagerung des Mahltellers aufgenommen. Eine derartige Lagerung ist in der Regel als Gleitlagerung ausgebildet, wobei die Lagerung häufig Bestandteil des Ge triebes, das den Mahlteller in Rotation versetzt, ist.

Bei ungleichen Anpresskräften der einzelnen Mahlwalzen, ver ursacht beispielsweise durch eine technische Störung in der Hydraulik der Mahlwalzen oder in der Anlagensteuerung bei spielsweise einer Zementmühle, wird die Lagerung des Mahltel lers zusätzlich zu den Druckkräften mit einem Kippmoment be ansprucht. Da die Lagerung des Mahltellers konstruktiv ledig lich Druck- und Querkräfte aufnehmen kann, kann in solchen Fällen der Mahlteller kippen und die Lagerung des Mahltel lers, z.B. ein Axialgleitlager und/oder das Getriebe einer Vertikalmühle unterhalb des Mahltellers - kann beschädigt werden.

Ausgehend von den Problemen und Nachteilen des Standes der Technik hatte sich die Erfindung zur Aufgabe gemacht, eine Mahltellerverkippung frühzeitig zu erkennen und damit etwaige Beschädigungen des Mahlwerks zu verhindern.

Zur erfindungsgemäßen Lösung der Aufgabe wird ein Mahlwerk eingangs definierter Art mit den zusätzlichen Merkmalen des Kennzeichens des unabhängigen Anspruchs 1 vorgeschlagen. Da neben schlägt die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Mahlwerks gemäß der Verfahrensansprüche vor. Die jeweils ab hängigen Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildun gen der Erfindung.

Bei dem Mahlwerk nach der Erfindung handelt es sich bevorzugt um ein Vertikalmahlwerk, wobei die erste Drehachse hierbei eine bevorzugt im Wesentlichen vertikale Ausrichtung auf- weist. Ein erfindungsgemäßes Mahlwerk weist mindestens zwei Mahlwalzen auf, die jeweils um eine jeweils zweite Drehachse drehbar derart angeordnet sind, dass das Mahlgut zwischen dem Mahlteller und Umfangsflächen der Mahlwalzen im Betrieb zer kleinerbar ist. Hierbei weisen die Mahlwalzen eine im Wesent lichen zylindrische oder konische Form von Mahlflächen auf, die rollend mit dem Mahlteller bzw. dem Mahlgut in Eingriff stehen. Die mehreren Mahlwalzen weisen jeweils eine eigene zweite Drehachse auf, wobei die zweite Drehachse begrifflich nicht für die einzelnen Mahlwalzen unterschieden wird, da diese, bis auf die jeweilige Ausrichtung und Umfangsposition keine grundlegenden Unterschiede zueinander aufweisen. Die zweiten Drehachsen weisen hierbei zu der ersten Drehachse je weils einen im Wesentlichen stumpfen Winkel auf, wobei insbe sondere auch ein rechter Winkel denkbar ist. Besonders bevor zugt sind die Umfangsflächen der Mahlwalzen, die mit dem Mahlgut zermahlend in Kontakt treten konisch ausgebildet, wo bei der Konuswinkel bevorzugt derart mit dem Winkel zwischen der ersten und der zweiten Drehachse in Zusammenhang steht, dass eine im Wesentlichen linienartige Auflage zwischen Mahl teller und Mahlwalze entsteht. Die Begriffe Mahlwerk und Müh le werden vorliegend im Wesentlichen synonym verwendet.

Begriffe, wie radial, tangential oder Umfangsrichtung bezie hen sich jeweils auf die erste Drehachse - oder, wenn dies entsprechend angegeben ist, auf eine jeweils zweite Drehach se.

Die erfindungsgemäße Sensoranordnung, die eine Neigungsände rung des Mahltellers über einen bestimmten Schwellwert hinaus erkennt, ermöglicht es, folgenschwere Schäden an Gleitlagern oder sonstigen Lagerungen des Mahltellers und angrenzenden Komponenten bei erfindungsgemäßen Mahlwerken, insbesondere Vertikalmühlen, zu verhindern. Dementsprechend werden lange Produktionsausfälle und kostspielige Reparaturen vermieden. Die erfindungsgemäß dezidierte Feststellung einer Neigungsän derung des Mahltellers ermöglicht eine Trennung der Verkip pung des Mahltellers von etwaigen translatorischen Bewegun- gen, die für den Betrieb der Lager des Mahltellers in der Re gel unproblematisch sind. Die Feststellung des Überschreitens eines bestimmten Schwellwertes hinsichtlich der Neigungsände rung des Mahltellers ermöglicht eine frühzeitige Alarmierung bei einer Verkippung, sodass zum Beispiel Probleme in der Öl versorgung der Lager präzise von der Verkippung des Mahltel lers in Folge ungleicher Belastung unterschieden werden kön nen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass das Mahlwerk eine Steuerung und mindestens eine Mensch-Maschine- Schnittstelle umfasst, wobei die Steuerung mit der Mensch- Maschine-Schnittstelle und der Sensoranordnung in Verbindung steht und wobei die Steuerung derart ausgebildet ist, dass eine Warnung mittels der Mensch-Maschine-Schnittsteile an- zeigbar ist, sobald eine Neigungsänderung des Mahltellers über den bestimmten Schwellwert hinaus von der Sensoranord nung erfasst wird. In Abhängigkeit von der sonstigen Be triebssituation des Mahlwerks kann das Betriebspersonal mit tels dieser Warnung sofort entscheiden, ob das Mahlwerk anzu halten ist und die Ursache der etwaigen Verkippung festge stellt werden muss.

Grundsätzlich ist es möglich, dass der Mahlteller des Mahl werks mittels Wälzlager gelagert ist, wobei die Lagerung mit tels Gleitlagern bevorzugt ist, besonders bevorzugt mittels Kippsegment-Gleitlagern .

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Sensoranordnung Sensoren umfasst, die als Wir belstromsensoren, Taster, optische Sensoren oder kapazitative Sensoren ausgebildet sind. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn die Sensoranordnung mindestens drei Wegsensoren umfasst. Be sonders vorteilhafte können diese Wegsensoren gegen eine La gerlauffläche des Mahltellers eine Lageänderung bzw. eine Ab standsänderung messen, wobei die Anordnung dieser Wegsensoren bevorzugt in der Form eines Dreiecks ausgebildet ist. Besonders zweckmäßig ermittelt die Steuerung mit der Senso ranordnung aus den Messungen der Sensoranordnung einen Ver kippungswinkel, der die Winkelabweichung der tatsächlichen ersten Rotationsachse von der Sollausrichtung der ersten Ro tationsachse angibt.

Besonders zweckmäßig ist eine Ausbildung der Steuerung der art, dass die Steuerung aus den Messungen der Sensoranordnung die Richtung der Verkippung ermittelt, sodass die Umfangspo sition der aufgrund der Verkippung tiefsten oder höchsten Stelle auf der Anzeigevorrichtung anzeigbar ist. Hierdurch wird die Reparatur des Mahlwerks oder die Beseitigung der Ur sache der Verkippung beschleunigt und dementsprechend die Verfügbarkeit des Mahlwerks erhöht.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Mahlwerks, insbesondere der oben definierten Art, umfasst den Betrieb des Mahlwerks, messen von Größen, die die Ermittlung einer Verkippung des Mahltellers aus einer Soll-Position heraus er möglichen, Vergleichen einer Neigungsänderung des Mahltellers mit einem bestimmten Schwellwert, Ausgabe einer Warnung mit tels einer Mensch-Maschine-Schnittsteile, dass die Neigungs änderung des Mahltellers den bestimmten Schwellwert erreicht oder überschritten hat. Die Neigungsänderung des Mahltellers bezieht sich grundsätzlich vorliegend auf eine Veränderung der Ausrichtung der ersten Drehachse des Mahltellers.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens nach der Er findung sieht vor, dass ein Verkippungswinkel mittels der Steuerungseinheit ermittelt wird, der die Winkelabweichungen der gegenwärtigen ersten Rotationsachse von der Soll- Ausrichtung der ersten Rotationsachse angibt. Weiterhin ist ein Ausgeben des Verkippungswinkels auf einer Anzeigevorrich tung des Mahlwerks bzw. mittels der Mensch-Maschine- Schnittstelle besonders vorteilhaft. Diese Angabe des Verkip pungswinkels ermöglicht es dem Bedienpersonal des Mahlwerks schnell Maßnahmen zu ergreifen, die unzulässige Verkippungen abzustellen und den Betrieb des Mahlwerks wieder aufzunehmen. Eine weitere Beschleunigung der möglicherweise notwendigen Wartungsarbeiten ermöglicht eine vorteilhafte Ausbildung des Verfahrens, bei der die Richtung der Verkippung ermittelt wird, sodass die Umfangsposition der aufgrund der Verkippung tiefsten Stelle oder der höchsten Stelle auf der Anzeigevor richtung anzeigbar ist. Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels zur Verdeutlichung nä her beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein Mahlwerk nach der Erfindung,

Figur 2 einen Schnitt gemäß II-II ausgewiesen in der Figur

1,

Figur 3 eine perspektivische schematische Darstellung des Mahltellers, der Sensoranordnung und der Lagerung des Mahltellers,

Figur 4 eine schematische Darstellung der geometrischen Zu sammenhänge zwischen dem Mahlteller, der Verkippung und der Sensoranordnung,

Figur 5 ein schematisches Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Betrieb eines Mahlwerks nach der Erfindung.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Längs schnitts eines Ausschnitts eines erfindungsgemäßen Mahl werks GAR. Das Mahlwerk GAR umfasst einen um eine erste Dreh achse RX1 rotierbaren Mahlteller GTL und mindestens zwei Mahlwalzen GRL, die jeweils um eine jeweils zweite Drehach se RX2 drehbar angeordnet sind. Das Mahlgut GRM wird zwischen dem Mahlteller GTL und den Mahlwalzen GRL im Betrieb zerklei nert. Die jeweils individuellen zweiten Drehachsen RX2 der einzelnen Mahlwalzen GRL bilden mit der ersten Drehachse RX1 des Mahltellers GTL jeweils einen stumpfen Winkel, der auch rechtwinklig sein kann. Vorliegend sind die Mahlwalzen GRL mit konischen Mahlflächen ausgebildet. Dementsprechend sind die zweiten Drehachsen RX2 schräg zur ersten Drehachse RX1 orientiert . Der Mahlteller GTL ist axial mittels Lagern BEA, die als Gleitlager SBE und hier als Kippsegmentlager TPB ausgebildet sind, ausgestattet. Der Mahlteller GTL wird mittels eines nicht dargestellten Antriebs mittels einer Antriebswelle DRS in Drehung um die vertikale erste Drehachse RX1 versetzt. Die Antriebswelle DRS ist hierbei mittels Radiallagern RBE zu ei nem Stator STA derart gelagert, dass die erste Drehachse RX1 vertikal ausgerichtet ist.

Im Bereich der axialwirkenden Lager BEA befinden sich Senso ren DS1, DS2, DS3 einer Sensoranordnung SNA, die eine Verkip pung des Mahltellers GTL an eine mit der Sensoranordnung SNA in Verbindung stehende Steuerung CPU ermittelt. Wie auch in den Figuren 2, 3 und 4 schematisch gezeigt, befinden sich Sensoren DS1, DS2, DS3 bevorzugt nahe der axialwirkenden La gerung BEA, sodass die Sensoren DS1 - DS3 gegen die Lagerflä che des Mahltellers GTL messen können. Die Sensoren sind in dem Beispiel als Wegsensoren ausgebildet, sodass eine Ab standsveränderung zwischen dem Stator STA und dem Mahltel ler GTL von den Sensoren erkannt wird. Sofern die Senso ren DS1 - DS3 unterschiedliche Abstände messen, kann davon ausgegangen werden, dass die erste Drehachse RX1 von der ur sprünglichen Soll-Position in der Art einer Neigungsverände rung des Mahltellers GTL abweicht.

Figur 4 zeigt die Methode zur Bestimmung des Verkippungswin kel des Mahltellers Q und des Azimutwinkels f , der Verkip pung mittels der Steuerung CPU. Die Steuerung CPU bestimmt zunächst die Koordinaten der von der Sensoranordnung SNA er fassten Punkte auf der umlaufenden Gleitlager-Lauffläche SBS des Mahltellers GTL. Am Beispiel von drei Senso ren DS1, DS2, DS3 ergibt sich aus Figur 4 folgendes:

Die Koordinaten x _0ABC , yo _, A _, B _, cr bezeichnen dabei die konstruktiv festgelegte Position des Sensors in einem feststehenden kar- tesischen Koordinatensystem beliebigen Ursprungs, dessen z- Achse mit der ersten Drehachse RX1 des Mahltellers GTL im un- verkippten Zustand übereinstimmt. Die Koordinaten si (t) ent sprechen den Messwerten der Wegsensoren DS1, DS2, DS3. Die Verkippung des Mahltellers GTL wird über den Normalenvektor der Ebene berechnet, die der rotierenden Lauffläche des Gleitlagers entspricht. Der Normalenvektor dieser Ebene wird durch Bildung des Kreuzproduktes zwischen den Verbindungsvek- torenXzf und ÄC bestimmt:

Der Verkippungswinkel des Mahltellers über Zeit 0(t ergibt sich über das Skalarprodukt des Normalenvektors n(t):

0(t) = arccos arccos(n(t) · e ) wobei den Einheitsvektor in z-Koordinatenrichtung bezeich net. Die Richtung, in die der Mahlteller GTL verkippt, lässt sich über den Azimutwinkel f beschreiben, der den Winkel zur x-Achse in der XY-Ebene beschreibt. Dieser lässt sich über arctan y > 0 arctan y < 0

0 y = 0,x > 0 90° y = 0,x < 0 bestimmen, wobei der Winkel f Werte von [0,2p] annehmen kann.

Für die grafische Visualisierung der beiden Kennwerte kann ein sogenannter Orbitplot zum Einsatz kommen. Hierfür wird der Normalenvektor der Ebene auf die XY-Ebene projiziert. Die Verkippung des Mahltellers kann so zur Diagnose visualisiert werden.

Figur 5 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Mahlwerks nach der Erfin dung. Zunächst wird das Mahlwerk GAR in Betrieb genom- men Inbetriebnahme (1)) und anschließend bzw. gleichzeitig beginnt das Messen von Größen (2)), die die Ermittlung einer Verkippung des Mahltellers GTL aus einer Soll-Position heraus ermöglichen. Auf Basis dieser Messungen (2)) erfolgt ein Ver- gleichen (3)) einer Neigungsänderung des Mahltellers GTL mit einem bestimmten Schwellwert TRS. Besonders bevorzugt ermit telt hierzu die Steuerung CPU einen Verkippungswinkel Q aus denMessungen der Sensoranordnung SNA, deren Sensoren DS1,

DS2 und DS3 jeweils Abstände zwischen dem Stator STA und dem Mahlteller GTL liefern. Sofern die Neigungsänderung Q des

Mahltellers GTL den bestimmten Schwellwert TRS überschreitet, erfolgt die Ausgabe einer Warnung ALR (4)) mittels einer Mensch-Maschine-Schnittsteile HMI, dass die Neigungsände rung Q des Mahltellers GTL den bestimmten Schwellwert TRS er- reicht oder überschritten hat. Die Warnung kann sowohl auf einer optischen Anzeigevorrichtung DSP oder auf einer akusti schen Anzeigevorrichtung ACA als Warnung ALR ausgegeben wer den. Sofern es nicht zu einer Abschaltung des Mahlwerks kommt, wird der Zyklus des Vergleichens 3 auf Basis der Mes- sungen der Sensoranordnung SNA und der Auswertung der Steue rung CPU wiederholt und ggf. wird wiederholt eine Warnung ALR ausgegeben. Besonders bevorzugt wird der Verkippungswinkel Q auf der Anzeigevorrichtung DSP des Mahlwerks GAR ausgegeben. Eine vorteilhafte Weiterbildung umfasst zudem die Ermittlung der Richtung der Verkippung F, sodass die Umfangsposition der aufgrund der Verkippung tiefsten Stelle oder der höchsten Stelle auf der Anzeigevorrichtung DSP anzeigbar ist.