Titel

Vertikal-Rollenmühle

Die Erfindung betrifft eine Vertikal-Rollenmühle gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1.

In einer Vertikal-Rollenmühle wird das Mahlgut im Mahlspalt zwischen der (Mahl)Rolle und dem (Mahl)Teller beansprucht und zerkleinert. Das Mahlgut setzt sich aus dem Aufgabegut und dem teils deutlich feineren Umlaufgut (Sichtergrieße und externer Umlauf) zusammen. Das Mahlgut wird durch die Drehbewegung des Mahltellers mit hoher Geschwindigkeit dem Mahlspalt zugeführt und dann im Mahlspalt zerkleinert. Der Zustand des Mahlbetts beeinflusst entscheidend den Zerkleinerungsprozess zwischen Rolle und Mahlbahn. Zeitlich variierende Materialanhäufungen vor der Rolle (Bugwellen) wirken sich negativ auf die Mahlkrafteinleitung und Druckbeanspruchung aus.

Aus der EP 3 238 824 A1 ist eine Vertikal-Rollenmühle mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 bekannt. Bei dieser Mühle ist in Transportrichtung des Mahlguts vor dem Mahlspalt, der zwischen der Rolle und dem Teller ausgebildet ist, ein Einbau (scaper 13) vorgesehen. Der Einbau hat die Funktion, das Mahlgut zu verdichten, zu entlüften und eine gleichmäßige Mahlbetthöhe zu erreichen. Der Einbau gemäß EP 3 238 824 A1 ist eine passive Anordnung, durch die eine einmalig über ein Gewicht eingestellte Anpresskraft auf das Mahlgut ausgeübt werden kann. Der Einbau weist einen Tragarm (support beam 14) auf, an dem über bewegbare Tragelemente (movable support members 20) ein Verdichtungselement (scaper body 15) angeordnet ist. Über ein Gewicht (weight 21 ) wird das Verdichtungselement mit einer vorgegebenen Kraft auf das Mahlgut gedrückt. Das Verdichtungselement übt auf diese Weise eine gleichbleibende passive Kraft auf das Mahlgut aus, die zu einer Verdichtung und Entlüftung des Mahlguts führt. Diese Kraft kann während des Betriebs der Mühle nicht an sich ändernde Eigenschaften und/oder Zusammensetzungen des Mahlguts angepasst werden. Nachteilig an der bekannten Vertikal-Rollenmühle ist daher, dass die Wirkung des Einbaus nicht flexibel an sich ändernde Betriebsverhältnisse der Mühle und insbesondere sich ändernde Verhältnisse in Bezug auf das Mahlgut angepasst werden kann, denn bei der bekannten Vorrichtung wird die Anpresskraft des Verdichtungselements durch das Gewicht anfangs einmalig festgelegt und kann bei sich während des Betriebs der Mühle ändernder Mahlgutzusammensetzung nicht schnell und bedarfsgerecht angepasst werden.

Im Betrieb der Mühle verändern sich die Materialeigenschaften (z.B. Partikelgrößenzusammensetzung, ... ) des Mahlguts auf dem Mahlteller und der Mahlbahn ständig. Trotz der sich ändernden Eigenschaften des Mahlguts soll ein möglichst gleichmäßiger und optimierter Mühlenbetrieb gewährleistet werden.

Nachteilig an der aus der EP 3 238 824 A1 bekannten passiven Vorrichtung ist weiterhin, dass sie keinen Beitrag zu einer aktiven Regelung der Mühle mit dem Ziel einer Prozessoptimierung leisten kann.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Vertikal-Rollenmühle zur Verfügung zu stellen, bei der trotz sich ändernder Eigenschaften des Mahlguts ein möglichst konstanter Betrieb der Mühle mit einem gleichmäßigen und gut auf die Mahlung im Mahlspalt vorbereiteten Mahlbett gewährleistet ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vertikal-Rollenmühle mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.

Aufgabe der Erfindung ist es auch ein Verfahren zum optimierten Betrieb einer Vertikal- Rollenmühle anzugeben.

Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer Vertikal-Rollenmühle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Vertikal-Rollenmühle mindestens eine Messeinrichtung zur Messung von auf den Einbau einwirkenden Kräften, eine Steuer- und Regeleinrichtung zur Auswertung von Messsignalen der Messeinrichtung und zur Erzeugung eines Stellsignals zur aktiven Verstellung des Abstands des Verdichtungselements von der der Rolle zugewandten Oberfläche des Tellers (nachfolgend auch als„Mahlbahn“ bezeichnet) in Abhängigkeit von den Messsignalen der Messeinrichtung und eine Stelleinrichtung aufweist, durch die der Abstand des Verdichtungselements von der der Rolle zugewandten Oberfläche des Tellers in Abhängigkeit von dem Stellsignal der Steuer- und Regeleinrichtung verstellbar ist. Das Messen der auf den Einbau tatsächlich einwirkenden Kräfte liefert in Echtzeit Informationen über sich ändernde Materialeigenschaften des Mahlguts wie z.B. Änderungen in der Partikelgrößenzusammensetzung, der maximalen Partikelgröße, des Anteils an besonders feinen Partikeln, der Partikelform, der Schüttdichte, der Materialfeuchte, der Zusammensetzung der Aufgabemischung und des Anteils von Umlaufmaterial im aufgegebenen Mahlgut. Aus einer Änderung der Messsignale der Messeinrichtung lässt sich ableiten, wie das Verdichtungselement des Einbaus geregelt werden muss, um auf die geänderten Materialeigenschaften des Mahlguts so zu reagieren, dass ein in Bezug auf bestimmte Betriebsparameter optimierter Mühlenbetrieb erreicht wird.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass der Abstand des Verdichtungselements vor der der Rolle zugewandten Oberfläche des Tellers (also von der so genannten„Mahlbahn“) eine entscheidende Einflussgröße für eine bei dem Betrieb der Mühle erreichbare Energieeinsparung ist. Die erfindungsgemäß vorgesehene aktive Höhenverstellung des Verdichtungselements relativ zu dem Teller respektive der Mahlbahn ermöglicht es, auf veränderte Prozessbedingungen (Umlauf, Partikelgröße, Materialfeuchte, Verschleiß... ) zu reagieren. Die Messung der auf den Einbau einwirkenden Kräfte und Belastungen kann zum Beispiel durch Dehnungsmessstreifen, Kraftmessgeräte und Piezokraftaufnehmer erreicht werden. Diese Messgeräte oder Sensoren können im Bedarfsfall durch ein Fluid gekühlt werden. Sie können zum Beispiel in einem geschützten Innenraum des Einbaus installiert werden. Auch eine Anbringung an der Außenseite des Mühlengehäuses ist denkbar.

Erfindungsgemäß werden die Messsignale der Messeinrichtung einer Steuer- und Regeleinrichtung zugeführt, welche eine Auswertung der Messsignale vornimmt und ein Stellsignal zur aktiven Verstellung des Abstands des Verdichtungselements von der der Rolle zugewandten Oberfläche des Tellers (also der Mahlbahn) in Abhängigkeit von den Messsignalen der Messeinrichtung erzeugt. Beispielsweise wird der Abstand des Verdichtungselements zur Mahlbahn über das Stellsignal verringert und gleichzeitig wird sichergestellt, dass die auf den Einbau einwirkenden Kräfte einen vorgegebenen Belastungsgrenzwert nicht überschreiten. In Abhängigkeit weiterer Messsignale, wie z.B. Dehnungs- oder Beschleunigungssensoren zur Überwachung der allgemeinen Maschinenbelastung, der Leistungsaufnahme der Mahlanlage zur Bewertung des Energieverbrauchs und der Mahlbetthöhe zur Bewertung der Zerkleinerung wird ein modelbasierter Sollwert generiert und damit das Stellsignal aktiv angepasst.

Das von der Steuer- und Regeleinrichtung erzeugte Stellsignal wird einer Stelleinrichtung zugeführt. Durch die Stelleinrichtung wird der Abstand des Verdichtungselements von der der Rolle zugewandten Oberfläche des Tellers (also der Mahlbahn) in Abhängigkeit von dem Stellsignal der Steuer- und Regeleinrichtung verstellt. Die Stelleinrichtung kann unterschiedlich ausgestaltet sein, je nachdem, wie der Einbau bzw. das Verdichtungselement ausgestaltet ist und welche Stellbewegung ausgeführt werden soll, um den Abstand des Verdichtungselements von der Mahlbahn zu verändern. So können z.B. translatorische Bewegungen oder auch rotatorische Bewegungen genutzt werden, um die gewünschte Stellbewegung des Verdichtungselements auszuführen. Nachstehend werden unterschiedliche erfindungsgemäße Ausführungsformen des Einbaus und des Verdichtungselements beschrieben, für die dann auch entsprechend angepasste Stelleinrichtungen vorgesehen sind.

Hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Vertikal- Rollenmühle ist vorgesehen, dass der Abstand des Verdichtungselements von der der Rolle zugewandten Oberfläche des Tellers (also der Mahlbahn) so geregelt wird, dass ein für den Betrieb der Mühle relevanter Betriebsparameter einen optimierten Wert annimmt. Die erfindungsgemäße Messung der auf den Einbau einwirkenden Kräfte und Belastungen ist eine Voraussetzung, um eine aktive Anpassung des Abstands zwischen Einbau und Mahlbahn vornehmen zu können. Es ist anzunehmen, dass je tiefer das Verdichtungselement in das dem Mahlspalt zugeführte Mahlgut hineinragt, desto höher sind die auftretenden Kräfte und Belastungen. Gleichzeitig wird sich aber auch eine stärkere Materialverdichtung bzw. Materialentlüftung einstellen, wodurch sich eine effizientere Mahlung mit geringerem Energieverbrauch und ggf. höheren Durchsätzen (d.h. höherer Produktionsmenge) erreichen lässt. Es ist zu erwarten, dass es ein Optimum für die Höheneinstellung des Verdichtungselements (d.h. die Einstellung des Abstands des Verdichtungselements von der Mahlbahn) gibt, weil beispielsweise eine zu geringe Mahlbetthöhe (d.h. eine zu große Verdichtung des Mahlguts) zu einer Laufunruhe (erhöhte Vibrationen) der Mühle und damit ansteigenden Maschinenbelastungen führen kann.

Die in der Mühle auftretenden Maschinenbelastungen (Vibrationen, Beschleunigungen, Dehnungen, Drehmomente) werden im Regelfall aufgezeichnet. Diese gemessenen Maschinenbelastungen der Mühle können in Verbindung mit der Höhenverstellung des Einbaus bzw. des Verdichtungselements für das erfindungsgemäße, neue Regelungskonzept der Mühle verwendet werden. In Verbindung mit bereits vorhandenen Prozesssignalen, welche die Maschinenbelastung beschreiben, ermöglicht der erfindungsgemäße Einbau ein neues Regelungskonzept bzw. eine Erweiterung von bestehenden Regelungskonzepten für Vertikal-Rollenmühlen, wodurch das Mahlbett aktiv vorbereitet und der Mahlprozess hinsichtlich Durchsatz, Energie- und Wasserverbrauch verbessert wird.

So kann zum Beispiel in einem möglichen erfindungsgemäßen Regelungskonzept die Kraftmessung am Einbau genutzt werden, um den Abstand des Verdichtungselements zur Mahlbahn soweit zu reduzieren, bis eine signifikante Reduzierung der Leistungsaufnahme am Mühlenantrieb erreicht wurde. Hierbei soll der spezifische Energieverbrauch (d.h. die Antriebsleistung bezogen auf die Produktmenge) der Mühle minimiert werden. Gleichzeitig steigen die auf den Einbau wirkenden Kräfte an und die Maschinenbelastungen (z.B. Vibrationen) nehmen zu. Das erfindungsgemäße Regelungskonzept hat nun die Aufgabe, diese Belastungen unterhalb definierter Grenzwerte zu stabilisieren und gleichzeitig den Energieverbrauch zu minimieren.

Anstelle des Energieverbrauchs sind auch andere für den Betrieb der Mühle relevante Betriebsparameter denkbar, die im Rahmen des erfindungsgemäßen Regelungskonzeptes einen optimierten Wert annehmen sollen. So kann das Regelungskonzept z.B. auch darauf ausgerichtet sein, eine Minimierung der Prozesswassermenge (d.h. der Menge des auf das Mahlgut aufgespritzten Prozesswassers) oder eine Maximierung der Produktionsmenge der Mühle zu erreichen.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist der Einbau einen in Transportrichtung des Mahlbetts vor dem Mahlspalt angeordneten Tragarm auf, wobei der Tragarm das Verdichtungselement trägt. Es sind unterschiedliche Anordnungen des Verdichtungselements an dem Tragarm denkbar. So kann das Verdichtungselement relativ zu dem Tragarm bewegbar angeordnet sein, oder das Verdichtungselement kann starr mit dem Tragarm verbunden sein. Ist das Verdichtungselement relativ zu dem Tragarm bewegbar angeordnet, so kann die Verstelleinrichtung so ausgebildet sein, dass sie eine Verstellbewegung des Verdichtungselements relativ zu dem Tragarm bewirkt, d.h. der Tragarm kann ortsfest ausgebildet (z.B. fest mit dem Mühlengehäuse verbunden) sein, und lediglich das Verdichtungselement führt die Verstellbewegung aus, um dessen Abstand von der Mahlbahn zu verändern. Ist das Verdichtungselement starr mit dem Tragarm verbunden (beispielsweise mit dem Tragarm verschweißt, verschraubt oder vernietet), so kann die Stelleinrichtung so ausgebildet sein, dass der gesamte Tragarm mitsamt dem Verdichtungselement relativ zu der Mahlbahn verstellt wird, so dass sich dadurch der Abstand des Verdichtungselements von der Mahlbahn verändert. In beiden Fällen können die Stelleinrichtungen außerhalb des Mühlengehäuses angeordnet sein, so dass sie von den rauhen Betriebsbedingungen im Innenraum der Mühle nicht beeinträchtigt werden.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist der Tragarm einen hohlen Innenraum auf, wobei Sensoren der Messeinrichtung zur Messung von auf den Einbau einwirkenden Kräften in dem hohlen Innenraum angeordnet sind. Dadurch sind die Sensoren geschützt vor Einflüssen aus dem Innenraum der Mühle (z.B. durch Staub, mechanische Beanspruchung durch das Mahlgut, Prozesswasser, etc.) angeordnet, was die Gefahr von Funktionsausfällen oder Messungenauigkeiten der Sensoren erheblich reduziert. Die Sensoren für die Messeinrichtung können z.B. als Dehnungsmesstreifen, Kraftmessgeräte oder Piezokraftaufnehmer ausgestaltet sein. Durch den hohlen Innenraum des Tragarms können Anschluss- und Signalkabel von außerhalb des Mühlengehäuses an die Sensoren herangeführt werden. Ebenso können die erforderlichen Kabel zur Übermittelung der Messwerte einfach und verschleißsicher von den Sensoren nach außen zu einer außerhalb des Mühlengehäuses angeordneten Steuer- und Regeleinrichtung geführt werden.

Darüber hinaus können in dem Hohlraum des Tragarms weitere Sensoren installiert werden, die andere Aufgaben haben als die Messung der auf den Einbau einwirkenden Kräfte. So können in dem hohlen Innenraum des Tragarms etwa Sensoren zur Metalldetektion angeordnet werden, mit denen metallische Fremdkörper in dem Mahlgut wie z.B. Muttern, Schrauben, Baggerzähne detektiert werden können. Werden derartige Fremdkörper rechtzeitig detektiert, so kann die Mahlanlage gezielt heruntergefahren und somit vor Schäden bewahrt werden. Dies trägt zu einer Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit und zu einer Reduzierung von Ausfallzeiten der Mahlanlage bei. Außerdem können in dem hohlen Innenraum des Tragarms Sensoren angeordnet sein, mit denen der Verschleißzustand der Rolle oder Schäden an der Rollenoberfläche detektiert werden können. Solche Sensoren können z.B. als Ultraschallsensoren ausgebildet sein, mit denen die Oberfläche der Rolle abgetastet wird, welcher der Tragarm zugeordnet ist.

Neben Messsensoren können in dem hohlen Innenraum des Tragarms auch die Wassereinspritzdüsen angeordnet werden, mit denen das Prozesswasser auf das Mahlgut vor dem Mahlspalt aufgespritzt wird. Die Zuleitungen für das Prozesswasser zu den Düsen kann dann ebenfalls in dem hohlen Innenraum des Tragarms verlegt werden. Dann muss der Wasserstrahl durch die Wand des hohlen Tragarms hindurchgeführt werden, z.B. indem die Spritzdüsen in Durchbrüche oder Bohrungen der Tragarmwand eingesetzt (z.B. eingeschraubt) sind. Auf diese Weise sind die Wasserleitungen und die Düsen für das Prozesswasser geschützt vor Einflüssen aus dem Innenraum der Mühle angeordnet.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Verdichtungselement als Verdichtungsplatte ausgebildet, die relativ zu dem Tragarm bewegbar angeordnet ist, wobei die Stelleinrichtung als Antrieb ausgebildet ist, durch den die Position der Verdichtungsplatte relativ zu dem Tragarm verstellbar ist. Bei dieser Ausführungsform ist ein weiteres Element, das geschützt in dem hohlen Innenraum des Tragarms angeordnet werden kann, ein Verstellgetriebe, mit dem das Verdichtungselement relativ zu dem Tragarm bewegt werden kann zur Ausübung der erfindungsgemäßen aktiven Verstellbewegung. Hierzu kann sich durch den hohlen Innenraum des Tragarms z.B. eine Antriebswelle erstrecken, an der Ritzel angebracht sind, die mit Verzahnungen Zusammenwirken, die ihrerseits an dem Verdichtungselement angebracht sind. Aber auch andere Ausgestaltungen des Verstellgetriebes für die Verstellung des Verdichtungselements sind denkbar. Der Antriebsmotor zum Antreiben des Verstellgetriebes kann dabei außerhalb des Tragarms und auch außerhalb des Mühleninnenraums angeordnet sein. Beispielsweise kann der Antriebsmotor außen an der Gehäusewand der Mühle angeordnet sein.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist die Stelleinrichtung eine Antriebseinheit auf, mit der der Tragarm relativ zu dem Teller derart bewegbar ist, dass sich der Abstand einer Mittelachse des Tragarms zu der der Rolle zugewandten Oberfläche des Tellers (d.h. zu der Mahlbahn) verändert. Bei dieser Ausführungsform kann auf eine Bewegbarkeit des Verdichtungselements relativ zu dem Tragarm verzichtet werden. Beispielsweise kann das Verdichtungselement als Verdichtungsplatte ausgebildet sein, die starr mit dem Tragarm verbunden ist. Eine besonders robuste starre Verbindung zwischen Tragarm und Verdichtungsplatte erhält man, wenn die Verdichtungsplatte mit dem Tragarm verschweißt wird. Die Veränderung des Abstands des Verdichtungselements von der Mahlbahn erfolgt dann dadurch, dass der Abstand des Tragarms mitsamt dem Verdichtungselement verändert wird. Hierzu kann die Antriebseinheit außen an der Gehäusewand der Mühle angeordnet sein. Die Antriebseinheit kann z.B. einen mechanischen Spindelantrieb aufweisen, mit dem der Tragarm relativ zu der Gehäusewand und dem Teller der Mühle verstellt wird. Alternativ kann auch ein Hydrauliksystem zur Verstellung des Tragarms vorgesehen sein.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind der Tragarm als drehbar gelagerte Welle und das Verdichtungselement als Verdichtungsrohr ausgebildet, wobei die Welle exzentrisch in dem Verdichtungsrohr angeordnet und mit diesem drehfest verbunden ist, wobei durch eine Verdrehung der Welle mittels der Stelleinrichtung der Abstand einer äußeren Mantelfläche des Verdichtungsrohrs von der der Rolle zugewandten Oberfläche des Tellers (also der Mahlbahn) verstellbar ist. Durch die exzentrische Anordnung der Welle in dem Verdichtungsrohr, d.h. durch den Abstand zwischen der Mittelachse der Welle von der Mittelachse des Verdichtungsrohrs, führt eine Verdrehung der Welle zu einer Veränderung des Abstands zwischen der äußeren Mantelfläche des Verdichtungsrohrs und der auf der der Rolle zugewandten Oberfläche des Tellers angeordneten Mahlbahn. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist daher die die Verstellung bewirkende Bewegung des Verdichtungselements eine Drehbewegung, nämlich die Verdrehung der Welle, auf der das Verdichtungsrohr exzentrisch gelagert ist. Auch bei dieser Ausführungsform kann ein die Verdrehbewegung auf die Welle übertragende Drehantrieb außen an der Gehäusewand der Mühle angeordnet sein.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Verdichtungselement als einteilige Verdichtungsplatte ausgebildet. Die Verdichtungsplatte erstreckt sich in einer Ebene, wobei diese Ebene mit einer senkrecht auf der Oberfläche des Tellers stehenden Bezugsebene, in der sich eine Mittellängsachse des Tragarms erstreckt, einen Winkel kleiner 90° einschließt. Durch diesen Winkel kann beeinflusst werden, welcher Anteil an dem herantransportierten Mahlgut zur Seite wegtransportiert wird Die Verdichtungsplatte kann zusätzlich um einen weiteren Winkel zum Tragarm hin oder vom Tragarm weg verkippt angeordnet sein.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Verdichtungselement als Verdichtungsplatte ausgebildet, wobei die Verdichtungsplatte in ihrer Erstreckungsrichtung quer zum Mahlbett in mindestens zwei Teile unterteilt ist, wobei die zueinander benachbarten Teile der Verbindungsplatte sich in unterschiedlichen Ebenen erstrecken, wobei die Ebenen miteinander einen Winkel kleiner 180° einschließen. Die Spitze des Winkels weist dabei von der Rolle weg, d.h. gegen die Transportrichtung des Mahlguts.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung weisen die einzelnen Teile der Verdichtungsplatte in ihrer Erstreckungsrichtung quer zum Mahlbett unterschiedliche Längen auf. Durch die Wahl der Größe des Winkels, den zwei zueinander benachbarte Teile der Verdichtungsplatte miteinander einschließen und/oder durch die Wahl der Länge des jeweiligen Teils der Verdichtungsplatte wird der Materialfluss des Mahlguts in Richtung Mahlspalt beeinflusst. Das Mahlgut wird durch die Verdichtungsplatte vorverdichtet und entlüftet. Je nach Wahl des Winkels kann das Mahlgut z.B. einerseits gezielt zurückgehalten und stärker vorverdichtet werden, oder ein größerer Anteil des Mahlguts kann andererseits, insbesondere wenn große Materialströme zu verarbeiten sind, bevorzugt radial nach außen in Richtung Düsenring geleitet werden, so dass dieser Teilstrom dem sogenannten externen Mahlgut-Umlauf (kurz: externer Umlauf) zugeführt wird. Durch eine Kombination von verschiedenen Anstellwinkeln über die Länge der Verdichtungsplatte ist es möglich, z.B. in Stauringnähe das Mahlgut direkt in den Düsenring zu leiten, während im Bereich der Mahlbahn der Winkel so gewählt wird, dass eine ideale Vordichtung erzielt und große Partikeln in das Mahlbett eingearbeitet werden. Die Anstellwinkel der Verdichtungsplatte bzw. der Verdichtungsplattenteile können dabei in Abhängigkeit vom Mahlgut (z.B. Zement, Hüttensand, Rohmaterial, ... ) ausgeführt und optimiert werden. Die Form der Verdichtungsplatte kann dem Mahlspalt bzw. der Mahlbahnkontur angepasst werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung liegt der Winkel, welchen die Ebenen, in denen sich die Teile der Verdichtungsplatte erstrecken, miteinander einschließen, zwischen 90° und 180°, wobei die Ebenen zusätzlich um einen Winkel zum Tragarm hin oder vom Tragarm weg verkippt sind. Auch durch die Wahl dieses Kippwinkels kann der Mahlgutstrom respektive die Ausbildung des Mahlbetts gezielt beeinflusst werden, indem das Mahlgut weniger stark oder stärker durch die verkippte Verdichtungsplatte gestaut wird.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Einspritzvorrichtung vorgesehen, mit der eine Flüssigkeit wie z.B. Wasser (auch als„Prozesswasser“ bezeichnet) in einem Bereich zwischen dem Einbau und dem Mahlspalt auf das Mahlbett aufgespritzt oder in Transportrichtung des Mahlguts gesehen in einem Bereich vor dem Einbau auf das Mahlgut aufgespritzt werden kann. Im Bereich zwischen dem Einbau und der Mahlrolle ergeben sich durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Einbaus neue Möglichkeiten zur Anordnung der Wassereinspritzung beziehungsweise zur vollständigen Integration der Wassereinspritzung in den Einbau. Dadurch, dass das Mahlbett vorverdichtet und über die Mahlbahnbreite eine gleichmäßigere Flöhe aufweist, kann durch das gezieltere Einbringen von Wasser sowohl die Wassermenge als auch das Vibrationsniveau der Mahlanlage reduziert werden. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, in Mahlguttransportrichtung gesehen Wasser in den Bereich vor dem Einbau einzudüsen und durch die Pflugwirkung des Verdichtungselements in die tieferen Schichten des Mahlbetts einzuleiten, was eine weitere Stabilisierung des Mahlbetts zur Folge haben kann.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind Sensoren vorgesehen, mit denen die Rollen hinsichtlich Verschleißzustand und Schäden wie z.B. Materialausbrüchen überwacht werden oder mit denen unerwünschte Fremdobjekte im Mahlgut detektiert werden können, bevor sie in den Mahlspalt gelangen. Wird ein Femdkörper detektiert, so kann die Mahlanlage gezielt heruntergefahren und vor Schäden bewahrt werden. Auf diese Weise können Ausfallzeiten der Mühle verringert und die Standzeit der Mühle verlängert werden.

Eine lange Standzeit des Einbaus kann sowohl durch konstruktive Maßnahmen als auch durch eine geeignete Materialauswahl bzw. Panzerung des Verdichtungselements und ggf. auch des Tragarms erreicht werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch

Fig. 1 eine Ausführungsform der Erfindung in Seitenansicht von einem Betrachtungspunkt innerhalb des Mühlengehäuses aus gesehen, mit einem als Verdichtungsplatte ausgebildeten Verdichtungselement, wobei die Verdichtungsplatte relativ zu dem Tragarm bewegbar ist;

Fig. 2 eine Draufsicht einer gegenüber der Ausführungsform gemäß Fig. 1 leicht abgewandelten Ausführungsform, wobei die Draufsicht auch die außerhalb des Mühlengehäuses angeordneten Komponenten zeigt;

Fig. 3 eine gegenüber den Fig. 1 und 2 andere Ausführungsform der Erfindung; Fig. 4 eine sowohl gegenüber den Fig. 1 und 2 als auch gegenüber Fig. 3 andere Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5 eine erste Ausführungsform der Verdichtungsplatte;

Fig. 6 eine zweite Ausführungsform der Verdichtungsplatte;

Fig. 7 eine dritte Ausführungsform der Verdichtungsplatte;

Fig. 8 eine vierte Ausführungsform der Verdichtungsplatte.

Fig. 1 zeigt den erfindungsgemäßen Teil einer im Übrigen aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit nicht weiter dargestellten Vertikal-Rollenmühle. Dargestellt ist nur eine einzige Mahlrolle 3, die mit einer Oberfläche 8 des Tellers 1 einen Mahlspalt 4 ausbildet. Über dem Umfang des Mahltellers 1 verteilt können mehrere, beispielsweise drei oder vier Rollen 3 angeordnet sein. Auf den Teller 1 wird von außen über eine nicht näher dargestellte Aufgabeeinrichtung Mahlgut 2 aufgebracht. Der Teller transportiert durch seine Rotation das Mahlgut 2 in Richtung Mahlspalt 4.

In Transportrichtung des Mahlguts 2 gesehen vor dem Mahlspalt 4 ist ein Einbau 6 angeordnet. Der Einbau 6 weist einen Tragarm 12 auf, der im dargestellten Ausführungsbeispiel einen rechteckigen Querschnitt hat und einen hohlen Innenraum 13 aufweist. Der Tragarm 12 trägt ein Verdichtungselement 7, das als Verdichtungsplatte 7a ausgebildet ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Verdichtungsplatte 7a einteilig ausgebildet, d.h. sie besteht z.B. aus einem einteiligen Blechelement. Alternativ könnte die Verdichtungsplatte 7a in ihrer Erstreckungsrichtung quer zum Mahlspalt 4 auch aus mehreren Teilen (z.B. mehreren einzelnen Blechelementen) bestehen. Das Verdichtungselement 7 bzw. die Verdichtungsplatte 7a ist relativ zu dem Tragarm 12 bewegbar angeordnet. Dies ist durch den Doppelpfeil 30 angedeutet. Der Doppelpfeil 30 gibt an, dass die Verdichtungsplatte 7a in Richtung des Doppelpfeils auf dem Teller 1 zu oder von dem Teilerl weg bewegt werden kann. Dadurch wird der Abstand zwischen der Unterkante der Verdichtungsplatte 7a und der der Rolle 3 zugewandten Oberfläche 8 des Tellers 1 verändert. Um die Verdichtungsplatte 7a relativ zu dem Tragarm 12 in den Richtungen des Doppelpfeils 30 verschieben zu können ist in dem Innenraum 13 des hohlen Tragarms 12 ein Verstellgetriebe angeordnet, das ein angetriebenes Verstellelement wie z.B. eine Welle umfasst, auf der z.B. Antriebsritzel angeordnet sind, die z.B. mit einer Verzahnung der Verdichtungsplatte 7a Zusammenwirken und eine Verstellung der Verdichtungsplatte 7a bewirken.

Das Mahlgut 2 wird durch die Rotation des Tellers 1 gegen die Verdichtungsplatte 7a transportiert. Die Verdichtungsplatte 7a übt eine Verdichtungskraft auf das Mahlgut 2 aus, wodurch das Mahlgut verdichtet und entlüftet wird. Gleichzeitig wird dadurch ein Mahlbett 5 mit einer nahezu gleichmäßigen Mahlbetthöhe erzeugt. Das Mahlbett 5 wird durch die Rotation des Tellers 1 weiter in Richtung Mahlspalt 4 transportiert. Im Mahlspalt 4 wird das Mahlgut 2 zerkleinert und gemahlen. Der Grad der Verdichtung des Mahlbetts 4 vor dessen Einzug in den Mahlspalt 4 und die Höhe des Mahlbetts 4 vor dem Mahlspalt 4 haben einen unmittelbaren Einfluss auf den Energieverbrauch der Mühle. Im Rahmen der Erfindung wurden gegenläufige Effekte festgestellt. Einerseits wurde festgestellt, dass eine Vorverdichtung und Entlüftung des Mahlguts 2 sowie eine Reduzierung der Höhe des Mahlbetts 5 zu einer Reduzierung der Leistungsaufnahme am Mühlenantrieb führt (positiver Effekt). Andererseits wurde festgestellt, dass gleichzeitig mit zunehmender Vorverdichtung und Entlüftung des Mahlbetts 4 die auf den Einbau respektive die Verdichtungsplatte und den Tragarm einwirkenden Kräfte ansteigen und die Maschinenbelastungen in der Mühle (z.B. die Vibrationen) zunehmen (negative Effekte).

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass durch eine aktive Steuerung bzw. Regelung des Abstands des Verdichtungselements 7 / der Verdichtungsplatte 7a eine optimierte Steuerung bzw. Regelung der gesamten Vertikal-Rollenmühle möglich wird, wenn die auf den Einbau 6, d.h. in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 auf die Verdichtungsplatte 7a und den Tragarm 12 einwirkenden Kräfte gemessen werden und die Position des Verdichtungselements 7 relativ zu dem Teller 1 so gesteuert bzw. geregelt wird, dass die auf den Einbau 6 einwirkenden Kräfte und die Maschinenbelastungen (z.B. Vibrationen), die durch andere Sensoren in der Mühle gemessen werden, unterhalb vorgebbarer Grenzwerte bleiben und gleichzeitig ein minimierter Energieverbrauch der Mühle erreicht wird. Um die auf den Einbau 6 einwirkenden Kräfte messen zu können ist erfindungsgemäß eine Messeinrichtung 9 vorgesehen, die Sensoren 14 zur Messung der Kräfte umfasst. In Fig. 1 sind die z.B. als Dehnungsmessstreifen, Kraftmessgeräte oder Piezokraftaufnehmer ausgebildeten Sensoren 14 in dem Innenraum 13 des hohlen Tragarms 14 angeordnet und somit vor den rauhen Einflüssen aus dem Mühleninnenraum während des Betriebs (z.B. durch Staub, Spritzwasser, Steinschlag etc.) geschützt. Die erforderlichen Kabel und Leitungen für die Stromversorgung und die Signalübermittlung können ebenfalls geschützt durch den Innenraum 13 verlegt werden.

Zusätzlich zu den Sensoren für die Messung der auf den Einbau 6 einwirkenden Kräfte sind in dem Innenraum 13 des Tragarms 12 auch Einspritzdüsen 31 angeordnet, über die Prozesswasser auf das Mahlgut 2 aufgespritzt werden kann. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Düsen 31 auf den Bereich zwischen dem Einbau 6 und dem Mahlspalt 4 ausgerichtet. Die Einspritzdüsen 31 können alternativ jedoch auch an anderen Stellen positioniert werden, z.B. an der dem Mahlgut 2 zugewandten Unterseite des Tragarms 12 oder auch an der Verdichtungsplatte 7a. Um eine bessere Übersicht zu erhalten sind die alternativen Positionen für die Einspritzdüsen in Fig. 1

In dem Innenraum 13 des Tragarms 12 ist auch ein Sensor 32 zur Metalldetektion angeordnet, mit dem metallische Fremdkörper in dem Mahlgut 2 detektiert werden können. Mit diesem Sensor 32 können z.B. Schrauben, Muttern, abgebrochene Baggerzähne oder andere metallische Fremdkörper im Mahlgut 2 entdeckt werden, bevor sie in den Mahlspalt 4 gelangen und dort zu Schäden an der Mahlrolle 3 führen können.

Ein weiterer Sensor 26, der geschützt in dem Innenraum 13 des Tragarms 12 angeordnet ist, ist als Ultraschallsensor zur Abtastung der Oberfläche der Rolle 3 ausgebildet. Mit diesem Sensor 26 kann somit der Verschleißzustand der Rolle 3 ermittelt und Schäden wie z.B. Ausbrüche aus der Rollenoberfläche festgestellt werden.

In Fig. 2 ist eine Draufsicht auf eine gegenüber der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform leicht abgewandelten Ausführungsform. Ein Sensor 14 zur Messung der auf den Einbau 6 einwirkenden Kräfte ist im dem Innenraum 13 des Tragarms 12 angeordnet. In Fig. 2 sind außerdem weitere, alternative Positionen für die Anordnung der Kraftsensoren dargestellt. So sind mit den Bezugszeichen 14' und 14“ zwei alternative Positionen gekennzeichnet, in denen die Kraftmesssensoren der Messeinrichtung 9 angeordnet sein können. Die in Fig. 2 dargestellten Positionen 14' und 14“ liegen außerhalb des Mühlengehäuses 21 und sind dadurch den rauhen Einflüssen des Mahlprozesses im Inneren des Mühlengehäuses 21 entzogen.

Ferner ist der Motor 33 zur Verstellung der Verdichtungsplatte 7a relativ zu dem Tragarm 12 außen an dem Gehäuse 21 der Mühle angeordnet. Der Motor 33 treibt ein nicht im Einzelnen dargestelltes Getriebe an, das eine Verstellbewegung auf die Verdichtungsplatte 7a überträgt. Der Motor 33 wird durch ein Stellsignal gesteuert bzw. geregelt, das er von einer Steuer- und Regeleinrichtung 10 erhält, die ebenfalls außerhalb des Gehäuses 21 der Mühle angeordnet ist. Die Sensoren 14 (bzw. 14‘, 14“) sind über Leitungen mit der Steuer- und Regeleinrichtung 10 verbunden. Über die Leitungen werden die Messwerte für die auf den Einbau 6 einwirkenden Kräfte von den Sensoren 14 (bzw. 14‘, 14“) an die Steuer-und Regeleinrichtung 10 übergeben.

Darüber hinaus kann die Steuer- und Regeleinrichtung 10 auch noch Messsignale von anderen innerhalb oder außerhalb des Gehäuses 21 vorgesehenen Sensoren erhalten, beispielsweise von Sensoren, die die Maschinenbelastung (z.B. die Vibrationen) in der Mahlanlage messen (nicht dargestellt). Gleichzeitig kann der Steuer- und Regeleinrichtung 10 auch die Leistungsaufnahme des Mühlenantriebs übermittelt werden. Mit diesen Informationen ist die vorstehend bereits beschriebene Regelung der Vertikal-Rollenmühle mit dem Ziel eines minimierten Energieverbrauches bei unter einem vorgegebenen Grenzwert bleibenden Maschinenbelastungen realisierbar.

In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind innerhalb des Innenraums 13 des Tragarms 12 drei voneinander in Tragarm längsrichtung beabstandete Sensoren 26 angeordnet, die als Ultraschallsensoren ausgebildet sind und die dazu dienen, den Verschleißzustand der Rolle 3 zu bestimmen und Beschädigungen der Rolle wie z.B. Ausbrüche im Bereich der Mahlfläche der Rolle 3 zu detektieren.

Fig. 3 zeigt eine gegenüber den Fig. 1 und 2 andere Ausführungsform der Erfindung in einer Frontalansicht, die sowohl innerhalb als auch außerhalb des Gehäuses 21 der Mühle angeordnete Anlagenkomponenten zeigt. Das Verdichtungselement 7 ist als Verdichtungsplatte 7a ausgebildet. Die Verdichtungsplatte 7a ist starr mit dem Tragarm 12 verbunden, z.B. an den Tragarm 12 angeschweißt, an diesen angeschraubt oder mit diesem vernietet. In dem Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß Fig. 3 wird der gesamte Tragarm 12 mitsamt der starr daran befestigten Verdichtungsplatte 7a verstellt, um den Abstand zwischen der Verdichtungsplatte 7a und der der Rolle 3 zugewandten Oberfläche 8 des Tellers 1 zu verändern. Um die Verstellbewegung des Tragarms 12 entlang des Doppelpfeils 39 zu bewirken ist außen an dem Gehäuse 21 der Mühle eine Stelleinrichtung 11 angeordnet. Diese Stelleinrichtung 11 kann z.B. als Spindeltrieb oder als Hydrauliksystem z.B. mit einem verstellbaren Hydraulikstempel ausgebildet sein. In der Stelleinrichtung 11 ist außen an dem Gehäuse 21 der Mühle ein Sensor 14 zur Messung der auf den Einbau 6 einwirkenden Kräfte angeordnet. Der Sensor 14 ist über nicht dargestellte Leitungen mit einer ebenfalls nicht dargestellten Steuer- und Regeleinrichtung verbunden, analog zu der Beschreibung zu Fig. 2.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist die Verdichtungsplatte 7a in zwei Teile 34, 35 aufgeteilt. Die beiden Teile 34, 35 weisen in ihrer Erstreckungsrichtung quer zu der Rolle 3 jeweils eine unterschiedliche Länge auf. Die beiden Teile 34, 35 sind zueinander so abgewinkelt, wie dies in Fig. 5 näher dargestellt ist. Aufgrund der für Fig. 3 gewählten Perspektive ist der Winkel zwischen den Teilen 34, 35 in Fig. 3 nicht zu erkennen. Der längere Teil 35 der Verdichtungsplatte 7a ist so angestellt, dass er das Mahlgut 2 radial nach innen in Richtung Mitte des Tellers 1 ableitet (angedeutet durch den nach rechts weisenden Pfeil 37. Der kürzere Teil 34 ist dagegen so abgestellt, dass er das Mahlgut 2 radial nach außen über den Rand 36 des Tellers 1 ableitet (angedeutet durch den nach links weisenden Pfeil 38), so dass das auf diese Weise abgeleitete Mahlgut in den Mahlgutumlauf gelangt.

In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann die Verdichtungsplatte 7a auch einteilig ausgebildet sein. Dann kann durch den Anstellwinkel die Ableitung des Mahlguts nur in eine Richtung (entweder in Richtung Mitte des Tellers oder radial nach außen über den Rand 36 des Tellers 1 ) beeinflusst werden. Fig. 4 zeigt eine gegenüber den Fig. 1 bis 3 wiederum andere Ausführungsform der Erfindung. Das Verdichtungselement 7 ist hier als Verdichtungsrohr 19 ausgebildet. Das Verdichtungsrohr 19 ist über eine Welle 18 verdrehbar gelagert. Die Welle 18 ist mit dem Verdichtungsrohr 19 drehfest verbunden. Die Welle 18 ist exzentrisch zu der Mittelachse 41 des Verdichtungsrohrs 19 angeordnet. Durch eine Verdrehung der Welle 18 mittels einer in Fig. 4 nicht dargestellten Verstelleinrichtung 11 wird der Abstand der äußeren Mantelfläche des Verdichtungsrohres 19 zu der der Rolle 3 zugewandten Oberfläche 8 des Tellers 1 verändert. Die in Fig. 4 nicht dargestellte Messeinrichtung 9 und die ebenfalls nicht dargestellte Steuer- und Regeleinrichtung 10 können analog zu den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 1 bis 3 angeordnet und ausgebildet sein. Anstelle einer Anordnung in dem Innenraum eines hohlen Tragarms können die Sensoren und/oder die Komponenten der Verstelleinrichtung in dem Innenraum des Verdichtungsrohrs 19 angeordnet sein.

Fig. 5 zeigt eine Verdichtungsplatte 7a, die in zwei Teile 22, 23 aufgeteilt ist. Die beiden Teile 22, 23 sind in Ebenen E-i und E ₂ angeordnet und schließen einen Winkel a zwischen sich ein. Die Spitze des Winkels zeigt im eingebauten Zustand der Verdichtungsplatte 7a gegen die Transportrichtung des Mahlguts 2, d.h. die Spitze des Winkels zeigt von dem Tragarm 12 weg. Die zweigeteilte Verdichtungsplatte 7a wirkt somit im eingebauten Zustand wie ein Pflug auf das Mahlgut 2 ein. Die zueinander benachbarten Teile 22, 23 der Verbindungsplatte 7a erstrecken sich in unterschiedlichen Ebenen E-i, E ₂ , wobei die Ebenen E-i, E ₂ miteinander einen Winkel a kleiner 180° einschließen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel liegt der Winkel a etwa im Bereich von 130°bis 160°. Durch die Wahl der Größe des Winkels a kann die Stauwirkung der Verdichtungsplatte 7a auf das Mahlgut beeinflusst werden. Auch kann damit beeinflusst werden, wieviel Mahlgut 2 pro Zeiteinheit radial nach innen bzw. radial nach außen abgeleitet wird.

Fig. 6 zeigt dieselbe Aufteilung der Verdichtungsplatte 7a in zwei Teile 22, 23 wie Fig. 5, wobei jedoch die Teile 22, 23 um einen Winkel ß in Richtung Tragarm 12 verkippt sind. Durch diese Verkippung der Verdichtungsplatte 7a entsteht ein keilförmiger Materialeinzug. Durch die Drehbewegung der Mahlbahn wird das Mahlgut 2, im Vergleich zu der zuvor vertikal angeordneten Verdichtungsplatte 7a, in dieser gekippten Variante stärker entlüftet und verdichtet.

Fig. 7 zeigt eine dreigeteilte Verdichtungsplatte 7a. Die Teile 22 und 23 sind vergleichbar ausgebildet wie in Fig. 5, wobei zusätzlich ein drittes Teil 40 vorgesehen ist, welches in einer Ebene E ₃ liegt, die parallel zu einer Bezugsebene B ausgerichtet ist, die senkrecht auf der Oberfläche 8 des Tellers 1 steht und in der sich eine Mittellängsachse des Tragarms 12 erstreckt. Durch eine solche Ausbildung der Verdichtungsplatte 7a wird erreicht, dass das Mahlgut an einer Position der Mahlbahn angereichert und stärker verdichtet wird. Dadurch kann in Abhängigkeit von der Form der Mahlbahn und / oder der Rollengeometrie gezielt das Mahlbett 5 präpariert werden.

Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Teile 22, 23 der Verdichtungsplatte 7a um einen Winkel ß von der Bezugsebene B bzw. von dem Tragarm 12 weg verkippt sind. Dadurch wird erreicht, dass das Mahlgut 2 über der Mahlbahnbreite vergleichmäßigt wird und gleichzeitig die auf die Verdichtungsplatte 7a wirkenden Kräfte reduziert werden. Dies kann bei sehr hoch belasteten Verdichtungsplatten 7a, z. B. bei sehr hohen Materialumläufen, notwendig sein, auch wenn die Verdichtung und Entlüftung des Mahlgutes 2 dadurch gegenüber den anderen Varianten etwas niedriger ausfällt.

Die voranstehend zu den Fig. 5 bis 8 beschriebenen Wirkungen des Anstellwinkels a und des Verkippungswinkels ß gelten analog in gleicher Weise auch für die Ausführungsformen der Erfindung, bei denen die Verdichtungsplatte 7a einteilig ausgebildet ist.

In allen Ausführungsformen der Erfindung kann der Verkippungswinkel ß im Bereich zwischen 0°und 40, bevorzugt zwischen 5° und 30°, liegen. Bezugszeichenliste

1 Teller

2 Mahlgut

3 Rolle

4 Mahlspalt

5 Mahlbett

6 Einbau

7 Verdichtungselement

7a Verdichtungsplatte

8 Oberfläche

9 Messeinrichtung

10 Steuer-und Regeleinrichtung

1 1 Stelleinrichtung

12 Tragarm

13 Innenraum

14 Sensoren

15 Anrieb

16 Antriebseinheit

17 Mittelachse

18 Welle

19 Verdichtungsrohr

20 Mantelfläche

21 Gehäuse

22 Teil der Verdichtungsplatte

23 Teil der Verdichtungsplatte

25 Einspritzvorrichtung

26 Sensoren

30 Doppelpfeil

31 Einspritzdüsen

33 Motor

34 Teil

35 Teil 36 Rand

37 Pfeil

38 Pfeil

39 Doppelpfeil

40 Teil

41 Mittelachse E1 Ebene

E2 Ebene a, ß, Winkel