Verfahren zum Betrieb einer Rohrmühle, Anordnung zur Ermittlung von charakteristischen Daten einer Rohrmühle sowie Rohrmühle

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Rohrmühle, eine Anordnung zur Ermittlung von charakteristischen Daten einer Rohrmühle sowie eine Rohrmühle mit einer solchen Anordnung .

In großen Rohrmühlen, die z.B. als ringmotorangetriebene Müh ^¬ len ausgebildet sind, werden Mineralerze fein gemahlen, um in einem nachfolgenden Prozess weiter aufbereitet zu werden. Die Mühle besteht aus einem großen hohlen Stahlzylinder, weiterhin als Mahltrommel bezeichnet, mit bis zu 12 m Durchmesser, in dem teilweise über 1000 Tonnen Material bewegt werden. Um die Mahlleistung zu erhöhen, werden zum Mahlgut zusätzlich Mahlkörper insbesondere nach Art von Stahlkugeln eingebracht. Da die Mahltrommel um eine Achse rotiert, die im Wesentlichen waagerecht liegt, wird die Ladung umfassend das Mahlgut (Erz) und die Mahlkörper (Stahlkugeln) in der Mahltrommel angehoben und fällt anschließend auf das unten verbliebene Material am Boden der Mahltrommel zurück. In diesem Zusammenhang werden insbesondere Gravitationskräfte ausgenutzt. Der Aufprall der Erzstücke genauso wie der Abrieb innerhalb der zirkulierenden Befüllung verursacht das Brechen des Erzes.

Wichtige Parameter für die Optimierung des Mahlprozesses sind u.a. der Befüllungsgrad, die Zusammensetzung der Ladung und die Verteilung der Ladung in der Mühle. Diese Parameter können stark schwanken, da sich die Zusammensetzung und die Dichte des Erzes im Betrieb ändern und zudem die zur Unter ^¬ stützung des Mahlprozesses hinzugefügten Stahlkugeln verschleißen. Darüber hinaus können Abweichungen zwischen

Zuförderung der Mühle und dem kontinuierlichen Austrag zur Änderung des Füllvolumens führen. Die Zusammensetzung der Ladung in der Mühle kann nicht direkt gemessen werden, da jede entsprechende Sensorik in der Mahltrommel von den großen bewegten Massen zerstört würde. Eine klassische und heutzutage allgemein angewendete Art zur Bestimmung der Ladung einer Mühle mit einem qualitativen Maßstab ist die sogenannte "Hardinger Electric Ear Methode" be ^¬ schrieben in US 2 235 928 (A) . Falls die Beladung der Mühle zu gering ist, werden zahlreiche Treffer zu verzeichnen sein, die lauten Schall erzeugen. Das "Hardinger Electric Ear" verwendet ein Mikrofon an der Außenseite der Mühle zur Messung der Amplitude des sich ergebenden Schalls.

Die akustische Detektion wurde weiterentwickelt gemäß

US 2004 255 680 (AI) . Dabei wird ein drahtloses Mikrofon auf der Mühlenhülle bzw. Mühlenaußenwand befestigt, um lokal das Bruch-/Aufprall-Geräusch im Inneren der Mühle zu messen, welches in der Nähe der Position des Mikrofons erzeugt wird. Da das Mikrofon zusammen mit der Mühle rotiert, "sieht" dies sämtliche Positionen in einem Mühlenquerschnitt. Aus dem Un ^¬ terschied zwischen den Schallamplituden kann die geometrische Position der Befüllung abgeleitet werden.

In der DE 10 2010 064 263 AI ist zudem eine Anordnung zur Aufnahme von charakteristischen Daten einer Ringmotor- getriebenen Mühle beschrieben, welche eine rotierende Mühlenhülle mit Rotorspulen und einen Stator mit Statorspulen um- fasst, wobei Schwingungen der Mühlenhülle über die Rotorspu ^¬ len auf die Statorspulen und/oder auf am Stator positionierte Messspulen übertragen werden. Dabei wird eine an mindestens einer Statorspule und/oder an mindestens einer Messspule in ^¬ duzierte Induktionsspannung durch Abgriff an der Leistungsversorgung einer Statorspule und/oder durch Abgriff an mindestens einer Messspule ermittelt und es wird mindestens eine Zustandsvariable eines Mahlverfahrens abgeleitet, die den Zu ^¬ stand der Befüllung der Mühle im Sektor der zugehörigen

Statorspule wiedergibt. Weitere Vorrichtungen und Verfahren zur Messung des Füllstandes einer rotierenden Mühle sind in DE 199 33 995 AI, in US 6 874 364 Bl und in DE 12 02 107 B beschrieben. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine zuverlässige, alternative Ermittlung einer Verteilung der Ladung einer Rohrmühle zu ermöglichen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer Rohrmühle, welche einen Stator und eine ro ^¬ tierende Mahltrommel zur Aufnahme einer Ladung aufweist, wo ^¬ bei mit Hilfe von mindestens einem, am Umfang der Mahltrommel befestigten Schwingungssensor Messdaten ermittelt werden, die zumindest eine Schwingungsgröße charakterisieren, die Messda- ten an einen stationären Empfänger, der am Stator angeordnet ist, übermittelt werden und anhand der errechneten Schwingungsgröße unter Berücksichtigung einer Position des

mitrotierenden Schwingungssensors bei der Rotation der Mahltrommel eine Verteilung der Ladung in der Mahltrommel ermit- telt wird.

Die Aufgabe wird weiterhin erfindungsgemäß gelöst durch eine Anordnung zur Ermittlung von charakteristischen Daten einer Rohrmühle, welche einen Stator und eine rotierende Mahltrom- mel zur Aufnahme einer Ladung aufweist, umfassend mindestens einen am Umfang der Mahltrommel befestigten Schwingungssensor, einen stationären Empfänger, der am Stator angeordnet ist, sowie eine Auswerteeinheit, die dafür eingerichtet ist, aus den Messdaten, die zumindest eine Schwingungsgröße cha- rakterisieren, unter Berücksichtigung einer Position des mitrotierenden Schwingungssensors bei der Rotation der Mahltrommel eine Verteilung der Ladung in der Mahltrommel zu ermitteln . Die Aufgabe wird schließlich erfindungsgemäß gelöst durch ei ^¬ ne Rohrmühle mit einer solchen Anordnung. Die in Bezug auf das Verfahren nachstehend angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen lassen sich sinngemäß auf die Anordnung und Rohrmühle übertragen. Die Erfindung basiert auf der Idee, um den Umfang der Mahltrommel einen oder mehreren Schwingungssensoren anzubringen, deren Messdaten einer Datenerfassung zugeführt werden und von einer Auswerteeinheit analysiert werden, so dass aufgrund der gewonnen Schwingungscharakteristik der Ladung in der Mahl- trommel die Verteilung des Mahlguts bzw. der Mahlkörper, die in der Ladung enthaltend sind, in der Mahltrommel ermittelt und überwacht wird. Der zumindest eine Schwingungssensor ist fest an der Mahltrommel befestigt und rotiert mit dieser mit. Bei mehreren Schwingungssensoren um den Umfang der Schwin- gungstrommel können diese den gleichen Abstand zueinander aufweisen oder auch unterschiedlich weit voneinander platziert werden.

Der Empfänger ist am Stator angeordnet und die Messdaten wer- den an den am Stator angeordneten Empfänger übermittelt. Diese Anordnung ist insbesondere durch die drahtlose Datenüber ^¬ mittlung begünstigt und hat den Vorteil, dass die Messdaten stationär ausgewertet werden. Zudem ist eine räumliche Nähe des Empfängers gewährleistet, so dass eine sichere und stö- rungsfreie drahtlose Verbindung ermöglicht ist.

Die Schwingungscharakteristik der Ladung wird über mindestens eine Schwingungsgröße definiert. Als Schwingungsgröße wird insbesondere eine Schwingbeschleunigung herangezogen. Die Schwingbeschleunigung (m/s ² ) wird üblicherweise als Messgröße für mechanische Schwingungen verwendet. Zudem eigenen sich als Schwingungsgröße die Schwinggeschwindigkeit (mm/s) oder der Schwingweg (μιτι, mm) . Die Schwinggeschwindigkeit lässt sich durch einfache Integration aus der Schwingbeschleunigung bilden, der Schwingweg durch Doppelintegration. Unter Kenntnisnahme der Position, in der der jeweilige Schwingungssensor die Messdaten aufgenommen hat, lässt sich ein Bezug zwischen den dem Betrag der einwirkenden Kraft auf die Wand der Mahl- trommel und dem Ort der einwirkenden Kraft während des Mahl ^¬ prozesses herstellen. Auf diese Weise kann eine quantitative Aussage über die Verteilung des Mühleninhalts und den Auf ^¬ treffpunkt gemacht werden.

Im Betrieb wird die Ladung in der Mühlentrommel durch die Ro ^¬ tation der Mahltrommel in Bewegung gesetzt. Je nachdem mit welcher Drehzahl die Mühle betrieben wird, gibt es drei Zu ^¬ stände :

- Kaskadierung : die Ladung aus Erz und Stahlkugeln rollt übereinander ab.

- Kataraktbewegung: einzelne Teile der Ladung bewegen sich in einer Flugbahn nach unten.

- Zentrifuge: die Ladung bleibt an der Mahltrommelwand haf- ten.

Das oben beschriebene Verfahren eignet sich dabei für eine Überwachung der Verteilung des Mahlgutes und der Mahlkörper in allen drei Zuständen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung werden die Messdaten drahtlos an den Empfänger übermittelt. Dank der drahtlosen Datenübertragung vom jeweiligen Schwingungssensor zum stationären Empfänger ist eine Anordnung der Schwingungssensoren direkt auf der Mahltrommel ermöglicht. Hierzu kann z.B. eine WLAN-Verbindung verwendet werden. Die drahtlose Funktechnik WLAN ist für den Einsatz in der Industrie heutzutage so weit entwickelt, dass Daten zuverlässig übertragen und Maschinen kontaktlos bedient werden können. Dabei wird eine geeignete Reichweite und erzielbare Datenrate eingestellt.

Im Hinblick auf eine besonders aufschlussreiche Auswertung wird ein RMS-Wert der Schwingbeschleunigung und/oder der Schwinggeschwindigkeit und/oder des Schwingwegs über einen Drehwinkel der Mahltrommel betrachtet. Eine derartige Dar ^¬ stellung der o.g. Größen ermöglicht die Bestimmung der Kraft, die von der Fallhöhe des Materials abhängt. Vorzugsweise wird aus den Messdaten zusätzlich ein Auslenkwinkel der Ladung ermittelt. Der Auslenkwinkel definiert den Schwerpunkt der Ladung aus Mahlgut und Mahlkörper, daher ist der Auslenkwinkel eine wichtige Größe für die Optimierung des Mahlprozesses. Die Positionen der Messstellen an der Mahltrommel sind bekannt. Die absolute Position der Mahltrommel ist aufgrund des verfügbaren Drehwinkel-Istwertes (abgeleitet von einem Tachometer oder berechnet) ebenfalls bekannt. Damit kann die ermittelte Schwingungsgröße jederzeit der ab ^¬ soluten Position bezogen zum Stator zugeordnet werden. Die Auslenkung ergibt sich dann aus der Mittenposition zwischen Eintritt und Austritt der Messsonde bzw. des Schwingungssen ^¬ sors des vom Material (Erz) bedeckten Bereiches.

Im Hinblick auf eine Optimierung und Automatisierung des Mahlprozesses wird bevorzugt zumindest ein Betriebsparameter der Rohrmühle in Abhängigkeit von der ermittelten Verteilung der Ladung in der Mahltrommel geregelt. Als Betriebsparameter kommt insbesondere die Drehzahl, die Drehgeschwindigkeit oder eine Zustandsvariable der Befüllung wie z.B. Zuführung von Mahlgut, Wasserzugabe, etc. in Frage. So lässt sich bei ^¬ spielsweise über die Drehzahl als Stellgröße automatisch ein gewünschter Arbeitspunkt der Rohrmühle einstellen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer

Zeichnung näher erläutert. Hierhin zeigen:

FIG 1 einen prinzipiellen Aufbau einer ringmotorange- triebenen Rohrmühle,

FIG 2 in einer Querschnittdarstellung eine Verteilung einer

Ladung im Betrieb der Rohrmühle gemäß FIG 1, und FIG 3 eine Auswertung eines Messsignals eines Schwingungs ^¬ sensors bei der Rotation der Rohrmühle gemäß FIG 2. Gleiche Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren die gleiche Bedeutung.

In FIG 1 ist eine Rohrmühle 1 mit einem Ringmotorantrieb 3 dargestellt, jedoch ist die Erfindung auch auf andere Mühlen ^¬ arten anwendbar. Angetrieben wird gemäß FIG 1 ein Hohlzylinder mit der Bezeichnung Mahltrommel 7. Im Innern befindet sich eine Ladung 9 (siehe FIG 2), welche bei der Rotation der Mahltrommel 7 ständig umgewälzt wird. Ein Stator 5 des Ring- motors 3 ist vorgezogen und es sind Statorspulen 11, 12 angedeutet .

In FIG 2 ist symbolisch die Mahltrommel 7 mit der Ladung 9 dargestellt. Die Ladung 9 umfasst ein Mahlgut 13, hier Erz, sowie Mahlkörper 15, die im gezeigten Ausführungsbeispiel als Stahlkugeln 15 ausgebildet sind. In die Mahltrommel 7 einge ^¬ brachtes Mahlgut 13 wird beim Betrieb der Rohrmühle 1 im In ^¬ neren der Mahltrommel 7 mittels der Stahlkugeln 15, zerklei ^¬ nert. In FIG 1 ist das Mahlgut 13 rechteckig dargestellt und die Mahlkörper 15 kreisförmig. Eine Drehrichtung der Mahltrommel 7 ist durch den Pfeil R angegeben.

Abhängig von der Drehzahl der Rohrmühle 1 treten verschiedene Mahlkörperbewegungsformen auf. Bei niedrigen Drehzahlen fin- det Kaskadenbewegung statt, bei der die Stahlkugeln 15 nur abrollen. Mit steigender Drehzahl werden die Stahlkugeln 15 angehoben und fallen auf das Mahlgut 13 (Kataraktbewegung) . Dieser Zustand ist in FIG 2 dargestellt. Oberhalb der kriti ^¬ schen Drehzahl werden die Stahlkugeln 15 von der Fliehkraft an der Innenwand der Mahltrommel 7 festgehalten und es findet kaum noch Bewegung und Vermahlung statt. Der optimale Betriebspunkt ist deshalb oberhalb einsetzender Kataraktbewe ^¬ gung und unterhalb der kritischen Drehzahl. Zur Ermittlung der Verteilung der Ladung 9 in der Mahltrommel 7 bzw. der im Betrieb vorliegenden Mahlkörperbewegungsform ist eine Anordnung 16 vorgesehen, die ein Schwingungssensor 17 umfasst. Der Schwingungssensor 17 ist einer Außenwand der Mahltrommel 7 befestigt und übermittelt drahtlos über eine WLAN-Verbindung an einen am hier nicht näher gezeigten Stator 5 angebrachten Empfänger 19 Messdaten M. Es sind jedoch auch andere Verfahren zur Datenübertragung anwendbar, nicht nur für eine drahtlose Übertragung, sondern z.B. auch drahtgebunden (über Schleifring) oder durch Aufmodulieren über die Erregerstromversorgung. Der Empfänger 17 speist die Messdaten M dann in eine Auswerteeinheit 21 ein, die ebenfalls Teil der Anordnung 16 ist.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist lediglich ein Schwingungssensor 17 gezeigt. Es können jedoch auch zwei oder mehrere Schwingungssensoren 17 zum Einsatz kommen. Aus den Messdaten M des Schwingungssensors 17 wird zumindest eine Schwingungsgröße, insbesondere eine Schwingbeschleuni ^¬ gung a ermittelt. Da der Schwingungssensor 17 im Betrieb sich mit der Mahltrommel 7 dreht, wird die Schwingbeschleunigung a über den gesamten Umfang der Mehltrommel 7 gemessen. Drei solche Messpunkte sind in FIG 2 mit den Zahlen I, II und III gekennzeichnet .

Bei der Auswertung der Messdaten M in der Auswerteeinheit 21 wird ein Quadratisches Mittel (Root Mean Square, RMS) der Be- schleunigung a über einen Drehwinkel φ der der Mahltrommel 7 aufgetragen. Dies ist in FIG 3 gezeigt. Im Messpunkt I tritt der Schwingungssensor 17 in den Bereich des Materials ein. Die Schwingbeschleunigung a beginnt anzusteigen. Im Messpunkt II befindet sich der Schwingungssensor 17 bereits im Bereich, in dem das Erz 13 und die Stahlkugeln 15 an die innere Trommelwand aufschlagen. Dies ist graphisch durch einen steilen Peak der Schwingbeschleunigung a dargestellt. Zwischen Messpunkt II und Messpunkt III fällt die Schwingbeschleunigung a stetig ab, bis im Messpunkt III, an dem die Schwingbeschleu- nigung a den Bereich des Materials verlässt. Nach einer voll ^¬ ständigen Umdrehung, wenn der Schwingungssensor 17 erneut den Messpunkt I erreicht hat, tritt in der Graphik erneut ein Peak auf, solange eine Kataraktbewegung eingestellt ist. In der Graphik in FIG 3 ist Δ1 ein Maß für die Kraft, die von der Fallhöhe und der Menge des Materials in der Mahltrommel 7 abhängt und Δ2 ist ein Maß für den Winkel, in dem sich die Messstelle in Bezug auf das Material befindet.

Durch die Analyse der Messpunkte I und II des Signalverlaufs kann auch der Auftreffpunkt des Mahlguts 13 bzw. der Mahlkör ^¬ per 15 auf die Wand der Mahltrommel 7 ermittelt werden. Be ^¬ findet sich Messpunkt II vor Messpunkt I, so wird die Trom- melwand unmittelbar von den Stahlkugeln 15 getroffen, wodurch der Verschleiß der Mühle extrem steigt. Befindet sich Mess ^¬ punkt II knapp hinter dem Messpunkt I, herrscht in der Mühle 1 ein optimaler Mahlprozess. Und wenn Messpunkt II sich weit hinter dem Messpunkt I befindet, fallen die Stahlkugeln 15 mittig in das Mahlgut 13, wodurch die Effektivität des Mahl ^¬ prozesses sinkt.

Mit der Auswertung gemäß FIG 3 ist es möglich einen Bezug zwischen dem Betrag der einwirkenden Kraft und dem Ort, an dem sie einwirkt, herzustellen. Auf diese Weise wird eine

Verteilung der Ladung 9 der Mahltrommel 7 ermittelt und überwacht. Es ist auch möglich aus den gewonnenen Messdaten M weitere Kenngrößen, wie z.B. ein Auslenkwinkel der Ladung 9 zu berechnen.

Die Erkenntnisse über die Verteilung der Ladung 9 der Mahltrommel 7 werden genutzt, um den Mahlprozess zu optimieren und weiterhin zu automatisieren, indem eine oder mehrere Betriebsparamater der Rohrmühle 1, z.B. eine Drehzahl, eine Zu- führung von Mahlgut 13 oder Wasserzufuhr in die Mahltrommel

7, angepasst werden. Ein Steuersignal zur Steuerung der Rohrmühle 1 ist FIG 2 symbolisch durch den Pfeil S dargestellt.