Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mahlen von partikelförmigem Schüttgut und eine Anlage zum Mahlen von Aufgabematerial in Form von partikelförmigem Schüttgut.

Es ist im Stand der Technik bekannt, die Partikelgrößenverteilung von gemahlenem Material zu erfassen. So offenbart die JP 2016-200518 A eine Bilderfassungsvorrichtung zwischen einem Materialspeicher für das gemahlene Material und einer Mischvorrichtung, in der Wasser und Zement zugeführt wird. Gemäß der US 5,386,945 A wird die Partikelgrößenverteilung von gemahlenem Material zur Anpassung der Betriebsbedingungen über ein charakteristisches Modell herangezogen. Die JP H07-116531A offenbart ein Regelungsverfahren für eine Wälzmühle mit einem Mahlgutlagendickensensor.

Aus der WO 2018/148832 A1 ist es bekannt, dass digitale Bilderfassungssensoren zum Messen einer Größenverteilung von Steinen in einem Zuführungsstrom zu einer Mühle auf einem Förderband vorgesehen sind. Fallende Gesteinsbrocken werden vermessen, wobei Regelungsstrategien auf Basis der Messung der Parameter Größenverteilung und Härte des zugeführten Materials entwickelt werden.

Aus der US 2018/0369829 A1 ist ein Zerkleinerungsverfahren für Erz bekannt, wobei mit einem 3D-Bilderfassungssystem auf einem Förderband gefördertes Erz bilderfasst wird, bevor es einem Mahlkreislauf zugeführt wird. Insbesondere wird offenbart, dass ein Partikelgrößenverteilungsprofil bestimmt wird, aus dem Gesteinsgrößenvariablen berechnet werden können, darunter der Volumenstrom oder die Partikelanzahl von gewissen, vorbestimmten kleinsten oder größten Prozentanteilen von Partikeln. Insbesondere kann eine Partikelanzahl in einem Kieselgrößen bereich bestimmt werden, der dem zutreffenden Partikelgrößenbereich zur Verwendung als Mahlkörper in einer vorgegebenen Mühlenkonfiguration entspricht. Diese Werte können für die Steuerung der Mühle berücksichtigt werden, wobei u.a. die Mahlgeschwindigkeit, die Massenzufuhr, der Wassereintrag, der Kugeleintrag bei Kugelmühlen oder der Kieseleintrag gesteuert werden können. Die WO 2020/049517 A1 offenbart ein Verfahren zur Überwachung der Eigenschaften von Eisenerz mittels Machine-Learning zur Einstellung eines Erzzerkleinerers.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, ein Verfahren und eine Anlage zum Mahlen von Aufgabematerial in Form von partikelförmigem Schüttgut bereitzustellen, mit einer verbesserten Verfügbarkeit und Prozessstabilität, insbesondere durch Reduktion der erzeugten Vibrationen. Die Verfügbarkeit wird definiert als die Zeit der Mühle, in der Fertiggut produziert werden kann. Die Mühle ist nicht verfügbar, wenn Betriebsstörungen vorliegen oder Wartungsmaßnahmen durchgeführt werden müssen. Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Mahlen von Aufgabematerial in Form von partikelförmigem Schüttgut bereit, wobei zunächst die Partikelgrößen des Aufgabematerials erfasst werden und dann das Aufgabematerial in einer Mühle in Abhängigkeit von wenigstens einer Stellgröße gemahlen wird. Erfindungsgemäß wird die wenigstens eine Stellgröße geändert, wenn der Anteil an kleinen Partikelgrößen in den erfassten Partikelgrößen ansteigt. Insbesondere kann die Stellgröße durch eine Steuerungseinheit automatisch geändert werden. Bei der Steuerungseinheit kann es sich um einen Computer bzw. Mikrochip mit einem entsprechend angepassten Programm handeln. Alternativ ist es aber auch möglich, einen Hinweis, beispielsweise ein Warnsignal, an eine Bedienperson auszugeben, und die Bedienperson ändert daraufhin die Stellgröße. Der Hinweis an die Bedienperson kann eine Empfehlung für die Änderung der Stellgröße enthalten. Es wurde erkannt, dass hohe Feinheitsanteile zu einer Steigerung der Mühlenvibration beitragen. Im bekannten Stand der Technik wird hingegen die Ansicht vertreten, dass insbesondere zu große Anteile von großen Partikelgrößen hinsichtlich Vibrationserzeugung relevant sind.

Insbesondere wird aus den erfassten Partikelgrößen der Anteil an kleinen Partikelgrößen berechnet. Dabei können die kleinen Partikelgrößen insbesondere als die Partikel definiert werden, die eine vorbestimmte Größe, insbesondere einen vorbestimmten Minimaldurchmesser oder ein vorbestimmtes Minimalvolumen unterschreiten. Der Anteil kann insbesondere ein Gewichtsanteil, ein Volumenanteil oder ein Partikelanzahlanteil sein.

Vorteilhafterweise wird eine Kenngröße berechnet, die indikativ für den Anteil an kleinen Partikelgrößen ist. Die Stellgröße wird insbesondere in Abhängigkeit dieser Kenngröße geändert.

In einer Ausführungsform wird die Kenngröße berechnet durch die Division der bestimmten Partikelanzahl durch die mit einer Aufgabematerialerfassungsvorrichtung maximal detektierbare Partikelanzahl. Die mit der Aufgabematerialerfassungsvorrichtung maximal detektierbare Partikelanzahl hängt insbesondere von der Auflösung der Aufgabematerialerfassungsvorrichtung, sowie von deren Anordnung bezüglich des Aufgabematerials ab. Die mit der Aufgabematerialerfassungsvorrichtung maximal detektierbare Partikelanzahl ist insbesondere ein fest vorgegebener Parameter der Anlage, mit der das Verfahren betrieben wird.

Die Kenngröße kann insbesondere in Abhängigkeit der Durchmesser für jedes erkannte Partikel berechnet werden. Der Durchmesser eines jeden erkannten Partikels kann absolut oder in einer Projektionsfläche berechnet werden. Der Durchmesser kann als Äquivalenzdurchmesser, Maximaldurchmesser oder Minimaldurchmesser bestimmt werden. Zur Bestimmung der Maximaldurchmesser oder Minimaldurchmesser können Äquivalenzflächen zur erfassten Projektionsfläche der Partikel bestimmt werden. Der Äquivalenzdurchmesser ist insbesondere der Durchmesser, den eine Kreisfläche aufweist, die der Projektionsfläche der erfassten Partikel entspricht. In einer Ausführungsform wird die Kenngröße berechnet mittels einer Division der bestimmten Partikelanzahl mit einem Durchmesser bis zu einer gewählten Maschenweite durch die bestimmte Gesamtpartikelanzahl. Dafür wird insbesondere durch Bildverarbeitungssoftware für jedes erkannte Partikel der Durchmesser berechnet.

Der Durchmesser kann insbesondere in einer Projektionsfläche erfasst werden.

In einer Ausführungsform wird eine Projektion der Partikelaußenform wenigstens eines Teils der Partikel des Aufgabematerials in einer Bilderfassungsfläche erfasst. Dies kann insbesondere mittels einer Digitalkamera für den Teil der Partikel erfolgen, die im oberen Bereich des Aufgabematerials freiliegen.

Die Kenngröße kann dann mittels einer Division der Summe der Projektionsflächen der Partikel mit einem Durchmesser bis zu einer gewählten Maschenweite durch die Summe der Projektionsflächen aller Partikel erfolgen. Dafür wird insbesondere durch Bildverarbeitungssoftware für jedes erkannte Partikel die Projektionsfläche berechnet.

In einer Ausführungsform wird das Volumen der Partikel erfasst. Dies kann insbesondere mittels einem Volumenscanner, beispielsweise einem Röntgenscanner, erfolgen. In einer anderen Ausführungsform wird das Volumen der Partikel berechnet. Zunächst kann hierfür eine Projektionsfläche einer Kameraaufnahme des Partikels mit einer Kreisfläche angenähert werden. Mittels des Durchmessers der angenäherten Kreisfläche kann dann das Partikelvolumen als Kugel angenähert werden. Alternativ können in der Projektionsfläche einer Kameraaufnahme des Partikels zwei orthogonale Durchmesser bestimmt werden, und das Partikelvolumen als Ellipsoid angenähert werden, der durch die zwei orthogonalen Durchmesser in der Projektionsfläche, und einen dritten dazu orthogonalen Durchmesser bestimmt wird, der dem kleineren oder größeren der zwei Durchmesser in der Projektionsfläche entspricht. In anderen Ausführungsformen kann das Volumen der Partikel durch Kameraaufnahmen aus verschiedenen Winkeln berechnet werden.

Die Kenngröße kann dann mittels einer Division der Summe der Volumina der Partikel mit einem Durchmesser bis zu einer gewählten Maschenweite durch die Summe der Volumina aller Partikel erfolgen. Dafür wird insbesondere durch Bildverarbeitungssoftware für jedes erkannte Partikel die Projektionsfläche berechnet.

Die vorgenannten Kenngrößen sind umso größer je größer der Anteil an kleinen Partikelgrößen ist. Die vorgenannten Kenngrößen sind insbesondere eine dimensionslose Zahl zwischen 0 und 1. Mit abnehmendem Anteil feiner Partikel sinken die vorgenannten Kenngrößen.

Die gewählte Maschenweite ist insbesondere kleiner als 8 mm (Millimeter), kleiner als 6,3 mm, kleiner als 5mm, kleiner als 4 mm, kleiner als 3 mm, kleiner als 2 mm oder kleiner als 1 mm. Die Maschengröße ist insbesondere größer als 0,5 mm. Die Kenngröße kann insbesondere aus einer Summenverteilungsfunktion bezüglich der Partikelgrößen berechnet werden. Die Kenngröße kann insbesondere in Abhängigkeit einer Quan- tile bezüglich der Durchmesser der erfassten Partikel berechnet werden. So kann die Kenngröße als der Partikeldurchmesser berechnet werden, den ein festgelegter Unterschreitungsanteil der Partikeldurchmesser unterschreitet.

Die Kenngröße kann aus einer anzahlbezogenen Summenverteilungsfunktion gewonnen werden. Die anzahlbezogene Summenverteilungsfunktion hat als Funktionsargument einen Durchmessergrenzwert, und als Funktionswert den Quotienten der Menge aller erfassten Partikel mit einem Durchmesser kleiner als diesem Durchmessergrenzwert geteilt durch die Gesamtanzahl der erfassten Partikel. Die Kenngröße ist dann der Durchmesserwert, bei dem der Funktionswert der Summenverteilungsfunktion einem festgelegten Unterschreitungsanteil entspricht.

Die Kenngröße kann aus einer flächen bezogenen Summenverteilungsfunktion gewonnen werden. Die flächenbezogene Summenverteilungsfunktion hat als Funktionsargument einen Durchmessergrenzwert, und als Funktionswert den Quotienten der Flächensumme aller erfassten Partikel mit einem Durchmesser kleiner als diesem Durchmessergrenzwert geteilt durch die Flächensumme aller erfassten Partikel. Die Kenngröße ist dann der Durchmesserwert, bei dem der Funktionswert der Summenverteilungsfunktion einem festgelegten Unterschreitungsanteil entspricht.

Die Kenngröße kann aus einer volumenbezogenen Summenverteilungsfunktion gewonnen werden. Die volumenbezogene Summenverteilungsfunktion hat als Funktionsargument einen Durchmessergrenzwert, und als Funktionswert den Quotienten der Volumensumme aller erfassten Partikel mit einem Durchmesser kleiner als diesem Durchmessergrenzwert, geteilt durch die Volumensumme aller erfassten Partikel. Die Kenngröße ist dann der Durchmesserwert, bei dem der Funktionswert der Summenverteilungsfunktion einem festgelegten Unterschreitungsanteil entspricht.

Der Unterschreitungsanteil ist insbesondere 10%, 50% oder 90%.

Die in Abhängigkeit einer Summenverteilungsfunktion bzw. Quantile berechneten Kenngrößen sind umso kleiner je größer der Anteil an kleinen Partikelgrößen ist.

Die Stellgröße wird insbesondere in Abhängigkeit der Kenngröße berechnet.

Die Stellgröße beeinflusst insbesondere die Verfügbarkeit der Mühle. Produktionsunterbrechungen, die auf Grund ansteigender Vibrationen zum Schutz der Mühle initialisiert werden, können im Falle schwankender Aufgabefeinheit über Kenngrößen frühzeitig detektiert und mittels Stellgrößenabänderung vermieden werden.

In einer Ausführungsform erfolgt das Mahlen durch Rotation eines Mahltellers relativ zu Mahlwalzen um eine Mittelachse des Mahltellers, so dass die Mahlwalzen auf einer Mahlbahn des Mahltellers um eine Walzendrehachse abrollen. Es handelt sich bei der Mühle also um eine Wälzmühle. Die flächige Anordnung des Aufgabematerials auf dem Mahlteller, wird durch die Partikelgrößen des Aufgabematerials beeinflusst. So kann sich durch einen zu großen Anteil von kleinen Partikelgrößen insbesondere kein stabiles Mahlbett einstellen. Mit dem resultierenden, stetigen Zusammenbrechen des Mahlbettes gehen zusätzliche Vibrationen einher.

In einer Ausführungsform bewirkt die Änderung der wenigstens einen Stellgröße eine Reduktion der Antriebsdrehzahl der Mühle, insbesondere der Mahltellerdrehzahl. Dies ermöglicht insbesondere die Reduktion von Vibrationen in der Mühle. Die Stellgröße kann also die Sollgeschwindigkeit oder die Antriebsleistung des wenigstens einen Antriebs des Mahltellers sein. Damit wird insbesondere die Drehgeschwindigkeit des Mahltellers in Abhängigkeit der Partikelgrößen gesteuert und zwar in Abhängigkeit vom Anteil an kleinen Partikelgrößen in den erfassten Partikelgrößen. Insbesondere wird die Mahltellerdrehzahl der Mühle mittels der Stellgröße reduziert, wenn der Anteil an kleinen Partikelgrößen in den erfassten Partikelgrößen ansteigt.

In einer Ausführungsform kann die Änderung der wenigstens einen Stellgröße die Reduktion der Anpresskraft von wenigstens einem Wälzkörper der Mühle bewirken. Dies ermöglicht insbesondere die Reduktion von Vibrationen in der Mühle. Bei dem Wälzkörper kann es sich insbesondere um die Mahlwalze der vorgenannten Wälzmühle handeln. Die Anpresskraft ist insbesondere die Kraft mit der die Mahlwalze auf den Mahlteller gedrückt wird, also die Normalkraft zwischen Mahlteller und Mahlwalze. Der Anpressdruck der Mahlwalze auf die Mahlteller kann also in Abhängigkeit von den Partikelgrößen gesteuert werden.

Insbesondere kann die Mahlwalze in einem Schwinghebel gelagert sein. Der Schwinghebel kann um eine Lagerachse verschwenkbar in einer Konsole gelagert sein. Die Anpresskraft der Mahlwalze kann insbesondere über ein Linearstellglied, vorteilhafterweise einen Hydraulikzylinder, gesteuert werden. Das Linearstellglied ist insbesondere am Schwinghebel befestigt. Die Stellgröße kann also die durch das Linearstellglied aufgebrachte Kraft sein, oder insbesondere die Stellung des Ventils, über das dem Hydraulikzylinder Hydraulikfluid zugeführt wird.

In einer Ausführungsform bewirkt die Änderung der wenigstens einen Stellgröße die Reduktion der Aufgaberate, also insbesondere des Stromes des Aufgabematerials, zur Minderung der Mühlenvibration. Insbesondere wird der Volumenstrom oder der Massenstrom reduziert. Die Stellgröße kann insbesondere die Fördergeschwindigkeit eines Aufgabeförderers sein.

In einer Ausführungsform bewirkt die Änderung der wenigstens einen Stellgröße die Erhöhung der in das Aufgabematerial eingetragenen Wassermenge. Auch dies kann die Vibrationen in der Mühle verringern. Insbesondere kann die in einen Mahlraum der Mühle und/oder auf das Aufgabematerial eingetragene Wassermenge erhöht werden. Die eingetragene Wassermenge bewirkt eine Stabilisierung des Mahlbetts, insbesondere durch Bildung von Brückenbindungen im Mahlgut, um der negativen Wirkung des Anteils der kleinen Partikelgrößen entgegenzuwirken.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird eine durch das Mahlen erzeugte Vibration erfasst und der zeitliche Verlauf wenigstens einer Kenngröße hinsichtlich der Vibration, wenigstens einer Kenngröße hinsichtlich der Partikelgrößen und wenigstens eine Kenngröße hinsichtlich der Mahlleistung als Betriebsdatensatz gespeichert. Insbesondere werden diskrete Werte der wenigstens einen Kenngröße bei mindestens 3 Zeitpunkten, bevorzugt mindestens 10 Zeitpunkten, weiter bevorzugt bei mindestens 1000 Zeitpunkten, als Betriebsdatensatz gespeichert. Ausgehend davon erfolgt insbesondere eine Steuerung der Mühle zur Steigerung der Anlagenverfügbarkeit in Abhängigkeit von den Partikelgrößen unter Einhaltung von einem Grenzwert hinsichtlich der Kenngröße der Vibration. Bei der Kenngröße hinsichtlich der Partikelgrößen kann es sich insbesondere um den Anteil an kleinen Partikelgrößen handeln, aber auch um andere Kenngrößen hinsichtlich der Partikelgrößen, wie beispielsweise durchschnittliche Partikelgröße, Varianz der Partikelgröße und/oder maximale Partikelgröße.

Die Mahlleistung ist insbesondere die Masse des von der Mühle produzierten Fertigguts pro Zeit. Alternativ ist die Mahlleistung der Energieverbrauch der Mühle bei weitgehend gleichbleibender Masse von Fertiggut pro Zeit.

Die Erfindung stellt weiterhin eine Anlage zum Mahlen von Aufgabematerial in Form von partikelförmigem Schüttgut bereit, die einen Aufgabeförderer und eine Schüttgutmühle mit einem Vibrationssensor umfasst. Der Vibrationssensor ist ausgelegt, Vibrationen beim Mahlbetrieb der Schüttgutmühle zu erfassen. Weiterhin ist eine Aufgabematerialerfassungsvorrichtung vorgesehen, die ausgelegt ist, wenigstens eine Kenngröße des Aufgabematerials auf dem Aufgabeförderer zu erfassen.

Erfindungsgemäß ist eine Steuerungseinheit vorgesehen, die ausgelegt ist, die Schüttgutmühle in Abhängigkeit von der wenigstens einen erfassten Kenngröße und der erfassten Vibration zu steuern. Bei der Steuerungseinheit handelt es sich insbesondere um eine elektronische Steuerung, vornehmlich in Form eines Mikroprozessors mit den entsprechenden Ein- und Ausgängen. Vorteilhafterweise führt die elektronische Steuerungseinheit das erfindungsgemäße Verfahren über Auslesen der Aufgabematerialerfassungsvorrichtung und Ansteuern von wenigstens einem Aktor der Schüttgutmühle durch Übermittlung der wenigstens einen Stellgröße durch.

Die Steuerungseinheit kann eine Kamerasteuerungseinheit und eine Mühlensteuerungseinheit umfassen, die voneinander beabstandet angeordnet und datenverbunden sind. Alternativ kann sowohl die Steuerung der Kamera, als auch der Mühle in der Steuerungseinheit integriert sein. Bei der Kenngröße des Aufgabematerials handelt es sich insbesondere um die Partikelgröße des Aufgabematerials, vorteilhafterweise um den Anteil an kleinen Partikelgrößen. Insbesondere erfolgt die Steuerung der Schüttgutmühle durch die vorgenannten Stellgrößen. Die Korrelation der erfassten Kenngröße und der erfassten Vibrationen ermöglicht eine präzise Steuerung der Schüttgutmühle mit hoher Verfügbarkeit und/oder Mahlleistung.

In einer Ausführungsform weist die Steuerungseinheit einen Datenspeicher auf, wobei die Steuerungseinheit konfiguriert ist, in dem Datenspeicher einen Betriebsdatensatz über den zeitlichen Verlauf der wenigstens einen Kenngröße des Aufgabematerials und wenigstens einer Kenngröße bezüglich der erfassten Vibrationen zu speichern, wobei die Steuerungseinheit weiterhin konfiguriert ist, eine Steuerung der Schüttgutmühle anhand des Betriebsdatensatzes vorzunehmen. Insbesondere weist der Betriebsdatensatz diskrete Werte der wenigstens einer Kenngröße bei mindestens 3 Zeitpunkten, bevorzugt bei mindestens 10 Zeitpunkten, weiter bevorzugt bei mindestens 1000 Zeitpunkten auf. Insbesondere wird die Steuerung in Abhängigkeit des zeitlichen Verlaufs von wenigstens einer Stellgröße, vorteilhafterweise von wenigstens zwei Stellgrößen, vorgenommen. Bei den Stellgrößen handelt es sich insbesondere um die Antriebsdrehzahl, insbesondere die Mahltellerdrehzahl der Schüttgutmühle, die Anpresskraft von Wälzkörpern der Schüttgutmühle, oder den Wassereintrag in das Aufgabematerial oder in die Schüttgutmühle.

Die Steuerung kann insbesondere dadurch erfolgen, dass kritische Betriebszustände, also insbesondere Betriebszustände mit erhöhter Vibration, anhand des zeitlichen Verlaufs der wenigstens einen Kenngröße frühzeitig identifiziert werden, und durch Stellgrößenänderungen verbessert oder verhindert werden.

Insbesondere weist die Steuerungseinheit eine Datenverbindungseinrichtung auf, wobei die Steuerungseinheit konfiguriert ist zum Export von Betriebsdatensätzen, umfassend den zeitlichen Verlauf der wenigstens einen Kenngröße des Aufgabematerials und wenigstens einer Kenngröße bezüglich der erfassten Vibration.

Die Kenngröße bezüglich der erfassten Vibration kann insbesondere eine Bereichsangabe sein, in welchem Frequenzbereich Vibrationen eine vorgegebene Intensität überschreiten. Insbesondere kann für diese Berechnung eine Fourier-Transformation bezüglich der erfassten Vibrationen in der Steuerungseinheit durchgeführt werden. Eine andere Kenngröße kann beispielsweise die Angabe der Frequenz sein, bei der die höchste Vibrationsintensität vorliegt. Eine weitere Kenngröße kann beispielsweise die Intensität bzw. Amplitude der maximalen Vibration sein.

In einer Ausführungsform können mehrere Vibrationssensoren an der Schüttgutmühle vorgesehen sein. Die wenigstens eine Kenngröße kann dann eine Mittelung oder gewichtete Mittelung der verschiedenen erfassten Vibrationen erstellen. In einer Ausführungsform kann die Steuerungseinheit so ausgelegt sein, Parameter des durch die Mühle produzierten Fertigguts, insbesondere Feuchtigkeit und/oder Temperatur und/oder Partikelgrößen, zu erfassen, und bei der Steuerung der Schüttgutmühle zu berücksichtigen. Dafür können ein oder mehrere Feuchtigkeits- und/oder Temperatur- und/oder Partikelgrößensensoren im Bereich eines der Mühle nachgeordneten Sichters, Abscheiders, Förderbands und/oder einer Luftförderrinne vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Temperatur über eine Infrarotkamera erfasst werden. Die Feuchtigkeit kann über einen Feuchtigkeitssensor erfasst werden, der nahe dem geförderten Fertiggut angeordnet ist. Der Partikelgrößensensor kann insbesondere der Aufgabematerialerfassungsvorrichtung entsprechen, aber auf das Fertiggut gerichtet sein, und/oder eine Kamera oder ein Lasergranulometer sein. Es kann eine Kenngröße aus einer Summenverteilungsfunktion bezüglich der Partikelgrößen berechnet werden. Die Partikelgröße, die diesbezügliche Kenngröße, die erfasste Temperatur und/oder die erfasste Feuchtigkeit des Fertigguts können bei der Änderung der Stellgröße berücksichtigt werden.

Bei dem partikelförmigen Schüttgut handelt es sich insbesondere um gebrochenes Gesteinsmaterial, beispielsweise um Kalkstein, Gips, Kohle oder Tonstein, mineralisches Schüttgut, beispielsweise Zement oder Zementrohmaterial oder recyceltes Schüttgut, beispielsweise recyceltes Gipsbetonplattenmaterial, Hochofenschlacke, Rauchgasentschwefelungsgips oder Flugasche.

Die Schüttgutmühle ist insbesondere eine Wälzmühle, beispielsweise eine Vertikalrollenmühle oder Walzenschüsselmühle. In anderen Ausführungsformen ist es aber auch denkbar, die Erfindung im Bereich der Kugelmühlen einzusetzen. Die erfindungsgemäßen Verfahren, Anlagen und Verwendungen ermöglichen die Durchsatzrate, Energieeffizienz, Produktfeinheit und/oder Anlagenverfügbarkeit zu verbessern. Dabei kann insbesondere der Einfluss von zeitlichen Schwankungen der Partikelgrößenverteilungen des Aufgabeguts erfasst und berücksichtigt werden. Bei Partikelgrößenschwankungen im Aufgabegut tragen Partikelgrößenextreme, hauptsächlich hohe Feinheitsanteile, zur Steigerung der Mühlenvibration bei und gefährden die Prozessstabilität. Besonders starke Vibrationen können ohne rechtzeitiges Eingreifen in den Prozess zu einer Beschädigung der Mühle führen. Deswegen wird hier vorteilhafterweise eine Schutzabschaltung der Mühle vorgesehen. Dies führt dann aber zu einem Produktionsstopp, der aus wirtschaftlicher Sicht nachteilig ist.

Durch die Erfindung können Ereignisse, die sich aufgrund von Veränderungen der Partikelgrößenverteilung im Aufgabegut negativ auf die Mühlenvibration auswirken, frühzeitig detektiert oder durch eine Steuerungseinheit vorhergesagt werden. Dazu werden in Echtzeit Informationen zu der Partikelgrößenverteilung im Aufgabematerial erfasst. Mithilfe der Informationen insbesondere zu der Aufgabematerialfeinheit, wird die Regelung bzw. Anpassung von Prozessparametern an die jeweilige Aufgabematerialkenngröße zur Vermeidung kritischer Betriebszustände vorgesehen. Vibrationskritischen Betriebszuständen kann insbesondere durch frühzeitige Veränderung von Stellgrößen wie u.a. der Walzenspannkraft, der Menge an eingetragenem Wasser oder der Mahltellerdrehzahl entgegengewirkt werden.

Die Aufgabematerialerfassungsvorrichtung kann insbesondere ein Kamerasystem umfassen, bestehend aus mindestens einer, vorteilhafterweise mindestens vier, und insbesondere bis zu zehn Kameras und mindestens einer, insbesondere mindestens vier, vorteilhafterweise mindestens zehn, und insbesondere bis zu zwanzig Beleuchtungseinheiten. Dazu kommt eine Steuerungseinheit, die separat als Kamerasteuerungseinheit oder integriert in die Mühlensteuerungseinheit vorgesehen sein kann. Das Kamerasystem kann mit einer Druckluftversorgung und wenigstens einer Druckluftdüse versehen sein. Diese bringt Druckluft auf die Linsenoberfläche der wenigstens einen Kamera und/oder der wenigstens einen Beleuchtungseinheit. Dies dient der Staubvermeidung und/oder -beseitigung. Weiterhin kann ein Kameraschutzgehäuse mit einem Deckel vorgesehen sein. Der Deckel kann so ausgelegt sein, dass er, wenn die Druckluftversorgung unterbrochen wird, automatisch schließt. Dafür kann ein pneumatischer Schließmechanismus vorgesehen sein. Dies ermöglicht auch in Betriebspausen oder bei Störungen ein Eindringen von Staub insbesondere auf die Linsenoberfläche zu unterbinden. Um ein Partikel zu erfassen, sollte eine Auflösung von mindestens 5 Pixel pro Partikel vorliegen. Insbesondere wird die wenigstens eine Kamera des Kamerasystems so angeordnet, dass eine Auflösung von wenigstens 5 Pixel pro Millimeter bezüglich des Aufgabematerials vorliegt.

Die wenigstens eine Kamera des Kamerasystems kann insbesondere über dem Aufgabeband positioniert werden und auf das Aufgabematerial gerichtet sein, bevor dieses in die Mühle eintritt. Vorteilhafterweise werden in Abständen von 0,1 bis 5 Sekunden, vorteilhafterweise von 0,2 bis 5 Sekunden, weiter vorteilhafterweise von 0,5 bis 1,5 Sekunden 2D-Bilder durch die wenigstens eine Kamera erfasst. Die erfassten Bilder werden über Bildverarbeitungsalgorithmen in der Steuerungseinheit hinsichtlich der Partikelanzahl und -große ausgewertet. Insbesondere können dabei Bildverarbeitungsfilter die ggf. bereits nur monochrom erfassten Bilder in Binärbilder umwandeln. Mittels kantenbasierter Algorithmen kann bestimmt werden, wo einzelne Partikel und/oder Partikelansammlungen vorliegen. Die Anzahl der erkannten Partikel wird erfasst. Die Partikelfläche kann über die Anzahl der angeschlossenen Pixel bestimmt werden. Ausgehend von diesen abgeleiteten Kenngrößen hinsichtlich des Aufgabematerials kann wenigstens eine partikelanzahlbezogene, partikelflächenbezogene oder partikelvolumenbezogene Verteilung abgeleitet werden, insbesondere in welchen Partikelgrößenbereich welche Anteile von Partikelanzahl, Partikelfläche oder Partikelvolumen fällt. Wenn die Kamerasteuerungseinheit separat von der Mühlensteuerungseinheit vorgesehen ist, können diese Steuerungseinheiten über eine Datenverbindung verbunden werden, beispielsweise über Ethernet, Profinet oder ein Funknetzwerk. Darüber werden dann die Rohdaten oder die bereits ausgewerteten Daten von der Kamerasteuerung an die Mühlensteuerung übertragen.

In der Steuerungseinheit, insbesondere in einer separaten Mühlensteuerungseinheit, kann ein Regelungsalgorithmus implementiert sein, insbesondere in Form eines computerimplementierten Verfahrens. Der Regelungsalgorithmus verwendet die Kenngrößen bezüglich des Aufgabematerials und ändert in Abhängigkeit davon die Steuergrößen zur Vermeidung von vibrationskritischen Zuständen.

Im Kamerasystem können Digitalkameras zum Einsatz kommen. Alternativ oder ergänzend können im Kamerasystem Lasertriangulationssysteme zum Einsatz kommen, die 3D-Bildinforma- tionen erzeugen können. Auch daraus kann dann die Größe der einzelnen Partikel ermittelt werden.

Erfindungsgemäß kann unter Verwendung eines Kamerasystems die Partikelgrößenverteilung, insbesondere die Feinheitsveränderung im Aufgabematerial dazu verwendet werden, kritische Betriebszustände einer Walzenschüsselmühle zu vermeiden. Die situative Einflussnahme auf Stellgrößen zur Gewährleistung eines stabilen Mahlprozesses wird unter Berücksichtigung von Veränderungen des Aufgabematerials vorgenommen.

Als kleine Partikelgrößen werden insbesondere Partikel mit einer Größe von kleiner als 5 mm, kleiner als 3 mm, vorteilhafter von kleiner als 1 mm, noch vorteilhafter von kleiner als 200 pm (Mikrometer) angesehen. Insbesondere kann erfindungsgemäß eine Stellgröße geändert werden, wenn der Anteil an kleinen Partikelgrößen 90%, 75%, 50% oder 25% der Gesamtpartikelanzahl übersteigt. Alternativ kann die wenigstens eine Stellgröße geändert werden, wenn der Volumen- oder Massenanteil der Partikel mit kleinen Partikelgrößen 90%, 75%, 50% oder 25% der Gesamtmasse bzw. des Gesamtvolumens des Aufgabematerials übersteigt.

Insbesondere kann bei der Partikelgrößenerfassung mit einer Kamera, ein Korrekturfaktor bezüglich der bilderfassten Partikelgrößen zum Einsatz kommen. So sind die Partikel, die obenauf auf dem Aufgabematerial liegen, oft größer, als die mittlere Partikelgröße. Dies ist anlagenspezifisch und hängt insbesondere von der Schüttung des Aufgabematerials auf den Aufgabeförderer ab. Der Korrekturfaktor ist insbesondere kleiner als 1. Beispielsweise kann ein Korrekturfaktor von 0,75 zum Einsatz kommen. Die erfasste Partikelgröße ergibt sich somit aus einer Multiplikation des Korrekturfaktors mit der bilderfassten Partikelgröße.

In einer Ausführungsform kann der Beladungszustand transversal zur Förderrichtung des Aufgabematerials erfasst werden. Insbesondere wird die Querschnittsfläche des aufgeschütteten Aufgabematerials bestimmt. Dies kann beispielsweise durch einen Linienlaser erfolgen. Ausgehend vom Beladungszustand kann dann die Erfassung der Partikelgrößen präzisiert werden, insbesondere durch den Korrekturfaktor.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von beispielhaften Ausführungsformen weitergehend erläutert, die in den Figuren dargestellt sind. Dabei zeigen

Figur 1 eine schematische seitliche Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlage; und

Figur 2 eine Schnittansicht im Bereich der Aufgabematerialerfassungsvorrichtung.

In Fig. 1 ist in schematischer Seitenansicht eine Anlage zum Mahlen von Aufgabematerial in Form von partikelförmigem Schüttgut, insbesondere partikelförmigem Gesteinsmaterial oder Zementrohmaterial, gezeigt. Im Folgenden wird diesbezüglich auch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert.

Das Aufgabematerial 1 wird auf einem Aufgabeförderer 2 hin zu einer Schüttgutmühle 3 gefördert. Die Schüttgutmühle 3 weist einen Mahlteller 4 und mehrere Mahlwalzen 5 auf, wobei der Mahlteller 4 um eine Mittelachse 100 mittels wenigstens einem Antrieb 6 rotiert wird, so dass die Mahlwalzen 5 auf dem Mahlteller 4 abrollen. Das Aufgabematerial 1 wird in dem Mahlspalt zwischen Mahlwalzen 5 und dem Mahlteller 4 zermahlen. Das gemahlene Aufgabematerial 1 wird mittels einem Luftstrom im äußeren Umfangsbereich des Mahltellers 4 einem Sichter 7 zugeführt, der ausreichend fein gemahlenes Material mit dem Luftstrom aus der Schüttgutmühle 3 hinaus passieren lässt, während zu grobe Partikel zurück auf den Mahlteller 4 geführt und dort erneut übermahlen werden.

Die Mahlwalzen sind jeweils über Schwinghebel 8 in einer Konsole 9 gelagert. Die Anpresskraft der Mahlwalzen auf dem Mahlteller kann durch ein am Schwinghebel 8 angebrachtes Linearstellglied 10 gesteuert werden. Über dem Aufgabeförderer 2 ist eine Aufgabematerialerfassungsvorrichtung 11 vorgesehen. Die Aufgabematerialerfassungsvorrichtung 11 ist im Detail in Fig. 2 dargestellt. Die Aufgabematerialerfassungsvorrichtung 11 umfasst eine Kamera und zwei Beleuchtungsmittel 13. Die Beleuchtungsmittel 13 beleuchten das auf dem Aufgabeförderer 2 vorliegende Aufgabematerial 1 und die Kamera 12 bilderfasst das Aufgabematerial 1.

Die mit der Kamera 12 erfassten Daten werden an eine Kamerasteuerungseinheit 14 übertragen und dort mittels Bildverarbeitungsalgorithmen ausgewertet. Insbesondere wird die Anzahl und Größe von Partikeln im erfassten Bild berechnet. Ausgehend davon wird der Anteil an kleinen Partikelgrößen in den erfassten Partikelgrößen berechnet. Wenn es zu einem Anstieg des Anteils an kleinen Partikelgrößen innerhalb der Gesamtheit der erfassten Partikelgrößen kommt, wird dies einer Mühlensteuerungseinheit 15 gemeldet, die dann wenigstens eine Stellgröße hinsichtlich der Steuerung der Mühle ändert. Die Aufgabematerialerfassungsvorrichtung 11 ist insbesondere dafür ausgelegt, die oberste Schicht des auf dem Aufgabeförderer 2 aufgeschütteten Aufgabematerials zu erfassen. Aus der Erfassung der obersten Schicht kann dann in der Kamerasteuerungseinheit 14 mittels eines anlagenspezifischen Korrekturfaktors die Partikelgrößenverteilung im gesamten Aufgabematerial abgeschätzt, extrapoliert und/oder berechnet werden.

Die Mühlensteuerung 15 ist insbesondere mit dem Linearstellglied 10 datenverbunden und kann darüber die Anpresskraft der Mahlwalzen 5 auf den Mahlteller 4 steuern. Weiterhin ist die Mühlensteuerungseinheit 15 mit dem Antrieb 6 des Mahltellers 4 datenverbunden und kann darüber die Drehzahl des Mahltellers 4 steuern. Die Mühlensteuerung 15 kann auch mit einem Antrieb 16 des Aufgabeförderers 2 datenverbunden sein und darüber die Menge des pro Zeit der Mühle zugeführten Aufgabematerials 1 steuern. Weiterhin kann die Mühlensteuerungseinheit 15 mit einer Wassereinspritzvorrichtung 17 datenverbunden sein, mit der Wasser in den Mahlraum der Mühle 3 eingespritzt werden kann. Somit kann die Mühlensteuerungseinheit die in den Mahlraum der Mühle eingetragene Wassermenge steuern.

In Fig. 2 ist weiterhin noch die genauere Konstruktion eines möglichen Aufgabeförderers 2 dargestellt, wobei im seitlichen Bereich leicht nach oben angewinkelte Tragrollen 18 vorgesehen sein können, so dass das Förderband 19 des Aufgabeförderers 2 quer zur Förderrichtung konkav geformt wird und somit sicherstellen kann, dass kein Aufgabematerial 1 seitlich vom Aufgabeförderer 2 herabfällt.

Insbesondere kann dem Aufgabeförderer 2 ein Bunker vorgeordnet sein, aus dem Aufgabematerial in gewünschter Menge auf den Aufgabeförderer 2 aufgebracht wird. Der Materialbunker kann mit einer Wägezelle versehen sein, um die Abgabe von Aufgabematerial geregelt vornehmen zu können.

Dem Aufgabeförderer 2 kann eine Weiche vorgeschaltet sein, die ungeeignetes Aufgabematerial nicht auf den Aufgabeförderer fördert, sondern zu einem Bunker. Insbesondere kann dafür ein Magnetdetektor der Weiche vorgeordnet sein, der bestimmt, ob magnetisches Gut im Aufgabematerial enthalten ist. In diesem Fall wird die Weiche so angesteuert, dass das Aufgabematerial nicht auf den Aufgabeförderer 2, sondern in einen Bunker geleitet wird.

Weiterhin kann ein Vibrationssensor 20 vorgesehen sein, der ausgelegt ist, Vibrationen beim Mahlbetrieb der Schüttgutmühle 3 zu erfassen. In einer Ausführungsform kann der Vibrationssensor 20 beispielsweise an dem Schwinghebel 8 angebracht sein. Der Vibrationssensor kann alternativ am Gehäuse der Mühle, am Mahlteller 4, an der Lagerung des Mahltellers 4 oder an der Konsole 9 angebracht sein. Insbesondere können mehrere Vibrationssensoren vorgesehen sein. Der Vibrationssensor 20 ist mit der Mühlensteuerungseinheit 15 datenverbunden. Die Mühlensteuerungseinheit 15 ist ausgelegt, die Schüttgutmühle in Abhängigkeit von den Daten der Kamerasteuerungseinheit 14 und vom Vibrationssensor 20 zu steuern.