EP0425781B1

EP0425781B1 - Regeleinrichtung für Zerkleinerungsmaschinen

Info

Publication number: EP0425781B1
Application number: EP19900115983
Authority: EP
Inventors: Wilhelm Pallmann
Original assignee: Pallmann Maschinenfabrik GmbH and Co KG
Current assignee: Pallmann Maschinenfabrik GmbH and Co KG
Priority date: 1989-11-02
Filing date: 1990-08-21
Publication date: 1993-06-09
Anticipated expiration: 2010-08-21
Also published as: EP0425781A3; DE3936390C1; EP0425781A2

Description

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für Zerkleinerungsmaschinen zur Optimierung ihres Beladungszustandes in Abhängigkeit vom Zerkleinerungsfortschritt.
Die Wirtschaftlichkeit von Zerkleinerungsmaschinen erfordert die volle zerkleinerungstechnische Ausnutzung ihrer Antriebsleistung, ohne dabei jedoch ihren Antriebsmotor zu überlasten. Zu diesem Zweck sind bereits verschiedene Regeleinrichtungen bekannt, bei denen die Beschickung der Zerkleinerungsmaschine in Abhängigkeit von der Belastung des Antriebsmotors gesteuert wird. Die Leistungsaufnahme des Antriebsmotors ist indes lediglich ein Hilfssignal, das nur mittelbar und zudem mit Zeitverzögerung Auskunft über den jeweiligen Beladungszustand einer Zerkleinerungsmaschine gibt. Insbesondere bei Zerkleinerungsrotoren mit großem Massenträgheitsmoment (Schwungmoment) kommt vom Antriebsmotor häufig zu spät das Warnsignal, daß die Zerkleinerungs-maschine überladen ist, so daß die Zuführeinrichtung durch einen entsprechenden Regeleingriff nicht mehr rechtzeitig zurückgefahren bzw. abgestellt werden kann, was unliebsame Stillstandzeiten oder gar Maschinenschäden zur Folge haben kann.
Man hat daher bereits versucht, den Beladungszustand durch direkt darauf ansprechende Meßglieder zu erfassen. So ist in der DE-AS 1 272 691 bereits eine Regeleinrichtung zur gleichmäßigen, lastabhängigen Beschickung von Hammer- oder Schlägermühlen beschrieben, bei der als Regelgröße die Bewegungsenergie genutzt wird, die dem Mahlgut vom Zerkleinerungsrotor solange ständig mitgeteilt wird, bis es den vorgegebenen Zerkleinerungsgrad erreicht hat. Zu diesem Zweck ist der den Schlägerrotor umgebende und als Mahlbahn dienende Siebmantel mit Bremsleisten versehen, die auf den zwischen Siebmantel und Schlägerrotor umlaufenden Gutstrom bremsend einwirken und dadurch eine Umfangskraft auf den elastisch gelagerten Siebmantel übertragen. Die dadurch bewirkten Drehausschläge des Siebmantels sind somit ein direktes Maß für die jeweils im Mahlraum befindliche Menge des Mahlgutes sowie für seine Beschaffenheit. Demnach dient dort der elastisch gelagerte Siebmantel bereits als mechanisches Meßglied, das den Beladungszustand der Schlägermühle ohne Zeitverzögerung erfaßt, so daß auf diese Weise rechtzeitig auf die Zuführeinrichtung eingewirkt werden kann.
Da die vom Siebmantel auf das im Mahlraum umlaufende Mahlgut ständig ausgeübte Bremswirkung eine beträchtliche Guterwärmung zur Folge hat, ist diese bekannte Regeleinrichtung nicht für Stoffe geeignet, die sich durch Hitzeeinwirkungen strukturell verändern, wie das z.B. bei Kunststoffen oder kautschukartigen Stoffen der Fall ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung zu entwickeln, mit der die direkte Erfassung des jeweiligen Beladungszustandes der Zerkleinerungsmaschine ohne materialschädliche Überhitzung des Zerkleinerungsgutes möglich ist.
Diese Aufgabe wird im wesentlichen durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Die auf der dem Gutaustritt gegenüberliegende Seite des Zerkleinerungsrotors angeordnete Schleuderkammer gibt dem noch nicht hinreichend zerkleinerten Gut Gelegenheit, sich im freien Flug soweit abzukühlen, daß die in Wärme umgesetzte Zerkleinerungsarbeit sich nicht materialschädigend auswirken kann. Dabei treffen die vom Zerkleinerungsrotor tangential wegfliegenden Gutteile größtenteils auf die in Drehrichtung des Rotors gelegene Prallplatte und bewirken dort eine Druckkraft, die eine entsprechende Ausweichbewegung der Prallplatte zur Folge hat. Diese Ausweichbewegung der Prallplatte ist somit ein direktes Maß für den jeweiligen Beladungszustand der Zerkleinerungsmaschine und kann daher als Regelgröße zur Steuerung der Gutzufuhr benutzt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann gemäß Anspruch 2 die Prallplatte schwenkbar gelagert und mit einem verstellbaren Gegengewicht versehen sein. Die schwenkbare Lagerung der Prallplatte ist nicht nur konstruktiv einfach, sondern gibt dem Konstrukteur auch die Möglichkeit, durch entsprechende Wahl der Plattenlänge in Ausnutzung des Hebelgesetzes die Anzeigeempfindlichkeit zu erhöhen, die überdies durch das an der Prallplatte vorgesehene verstellbare Gegengewicht den jeweiligen Betriebsbedingungen angepaßt werden kann.
Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 3, bei der die Zuführeinrichtung aus einem im wesentlichen senkrechten Aufgabeschacht besteht, der von der Schleuderkammer durch die schwenkbare Prallplatte getrennt ist. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wirkt die Prallplatte unmittelbar auf die Zuführeinrichtung, wobei sie den Zuführschacht um so mehr verengt und dadurch die Gutzufuhr um so mehr drosselt, je größer die Wuchtsumme des auf sie auftreffenden Zerkleinerungsgutes ist. Dabei wirken auf die Prallplatte auf ihrer dem Zuführschacht zugekehrten Seite die Normalkraft des Gewichtes des unter Schwerkraftwirkung nach unten gleitenden Zerkleinerungsgutes, während auf ihrer der Schleuderkammer zugekehrten Seite die beim Aufprall in Druckkraft umgesetzten kinetische Energie des aufprallenden Zerkleinerungsgutes wirkt. Durch entsprechende Einstellung des an der Prallplatte vorgesehenen Gegengewichtes kann der optimale Schwenkwinkel α der Prallplatte eingestellt werden, bei dem sich im Normalbetrieb ein Gleichgewichtszustand zwischen diesen beiden an der Prallplatte angreifenden Kräften einstellt. Dieser Gleichgewichtszustand wird nur dann gestört, wenn die auf der Seite der Schleuderkammer wirkenden Kräfte die auf ihrer gegenüberliegenden Seite wirkenden Kräfte des Aufgabegutes so sehr überwiegen, daß die Prallplatte den Zuführschacht ganz abschließt und ihn erst wieder öffnet, nachdem infolge des Zerkleinerungsfortschrittes die auf der Schleuderkammerseite wirkenden Kräfte entsprechend abgenommen haben. Dabei strebt das Regelsystem von selbst wieder dem durch das verstellbare Gegengewicht beeinflußbaren Gleichgewichtszustand zu.
Gemäß der in der Regelungstechnik gebräuchlichen Nomenklatur stellt bei dieser Ausführungsform der Erfindung somit die Prallplatte sowohl das Meßglied zum Erfassen des Beladungszustandes als auch das Stellglied zur dementsprechenden Änderung der Gutzufuhr dar, wobei das an der Prallplatte angebrachte verstellbare Gegengewicht außerdem auch noch als Sollwertgeber fungiert. Somit sind bei dieser Ausführungsform der Erfindung Meßfühler, Regler und Stellglied in einem einzigen mechanischen Bauelement vereinigt, so daß die Regelstrecke dieses Regelkreises und somit auch die Zeitverzögerungen beim Regelungsablauf erfindungsgemäß gleich Null sind.
In den nachstehend erläuterten Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1: die erfindungsgemäße Regeleinrichtung in Anwendung bei einer Schneidmühle in Schnittdarstellung;
Fig. 2: die schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Wirkungsprinzips auf die Zufuhr von gleichmäßigem, ballenförmigem Zerkleinerungsgut bei einer Schneidmühle;
Fig. 3: eine andere Ausführungsform der Erfindung in Anwendung bei einer Schlägermühle, ebenfalls in Schnittdarstellung.

Die in Fig. 1 dargestellte Schneidmühle 1 weist einen Schneidrotor 2 auf, der mit Rotormessern 3 bestückt ist. Diese wirken mit im Mühlengehäuse 4 eingebauten Statormessern 5 zusammen. Der Schneidenflugkreis der Rotormesser 3 ist mit 6 bezeichnet, und die Drehrichtung des Schneidrotors 2 gibt der Pfeil 7 an. Auf seiner Unterseite ist der Schneidrotor 2 mit einem halbkreisförmigen Siebmantel 8 umgeben, der für den angestrebten Zerkleinerungsgrad maßgebend ist. Der Austritt des zerkleinerten Gutes aus der Schneidmühle 1 ist durch den Pfeil 9 angedeutet.
Das zu zerkleinernde Gut wird dem Schneidrotor 2 von oben durch einen Aufgabeschacht 10 zugeführt, der in seinem oberen Bereich eine Zuführschurre 11 sowie eine schwenkbare Einlaßklappe 12 mit Gegengewicht 13 aufweist. Oberhalb der Zuführschurre 11 mündet ein Förderband 14 aus. Mit der Einlaßklappe 12 wirkt, wie strichpunktiert angedeutet, ein Signalgeber 15 zusammen, der bei Überladung der Schurre 11 über eine Leitung 16 den Motor des Förderbandes 14 ausschaltet.
Oberhalb des Schneidrotors 2 ist eine Schleuderkammer 17 angeordnet, innerhalb der eine Prallplatte 18 schwenkbar gelagert und mit einem Gegengewicht 19 versehen ist. Hierbei bildet die Prallplatte 18 zugleich die Trennwand zwischen dem Aufgabeschacht 10 und der Schleuderkammer 17.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung arbeitet wie folgt: Zunächst befinden sich sowohl die Einlaßklappe 12 als auch die Prallplatte 18 infolge Wirkung ihrer Gegengewichte 13 und 19 in ihren durch Strichlinien angedeuteten Schließstellungen. Nach Anlauf des Schneidrotors 2 beschickt das Förderband 14 die Zuführschurre 11 mit dem Zerkleinerungsgut, das beim Entlanggleiten auf der Schurre 11 die Einlaßklappe 12 öffnet und darauf in den Aufgabeschacht 10 fällt. Von dort gelangt es unter Abbremsung durch die unter Wirkung ihres Gegengewichtes 19 stehende Prallplatte 18 zum Schneidrotor 2. Da die Rotormesser 3 vom Zerkleinerungsgut wesentlich größere Stücke abtrennen, als sie der Siebmantel 8 passieren läßt, bedarf es bis zum Erreichen der passierbaren Gutgrößen einer längeren Verweilzeit in der Mühle, während der diese noch nicht hinreichend zerkleinerten Gutteile des öfteren vom Schneidrotor 2 tangential vom Schneidenflugkreis 6 aus in die Schleuderkammer 17 geschleudert werden. Dabei kühlen sich die Gutteile ab und treffen schließlich auf die Prallplatte 18, auf der sie eine Druckkraft hervorrufen, die bestrebt ist, den Aufgabeschacht 10 zu verengen und dadurch die Gutzufuhr zum Schneidrotor 2 zu drosseln. Mit zunehmender Drosselung der Gutzufuhr verringert sich auch wieder das auf die Prallplatte 18 auftreffende Mahlgut, so daß die Drosselwirkung der Prallplatte 18 im Aufgabeschacht 10 wieder nachläßt. Auf diese Weise stellt sich bei einem gewissen Schwenkwinkel α der Prallplatte 18 ein Gleichgewichtszustand ein, der durch Einstellen des Gegengewichtes 19 den jeweiligen Betriebsbedingungen angepaßt werden kann.
In Fig. 2 sind die Kraftverhältnisse im Aufgabeschacht 10 für einen Sonderfall dargestellt, bei dem das Zerkleinerungsgut aus gleichmäßigen, quaderförmigen Kautschukballen 20 besteht, deren einheitliche Dicke d den Schwenkwinkel α der Prallplatte 18 auf einen bestimmten Betrag festlegt. Auf einen solchen, an der unter dem Winkel β zur Senkrechten geneigten Schachtwand 10' nach unten zum Schneidrotor 2 gleitenden Ballen 20 mit dem Eigengewicht G wirken zunächst die parallel zur Schachtwand 10' gerichtete Abtriebskraft A = G x cos β und senkrecht dazu die Normalkraft N = G x sin β . Die Abtriebskraft A bewirkt die Gleitbewegung des Ballens 20 zum Schneidrotor 2 hin, der die von der Normalkraft N auf der Schachtwand 10' erzeugte Reibungskraft R_N = µ x N entgegenwirkt.
Im Wirkbereich der Prallplatte 18 greifen dann an dem Ballen 20 zusätzlich noch die vom Gegengewicht 19 der Prallplatte 18 verursachte Vorspannkraft F₁ sowie die von den aufprallenden Gutteilen bewirkte Prallkraft F₂ an. Die Wirkrichtung beider Kräfte ist zur Normalen der Schachtwand 10' unter dem Winkel (α + β) geneigt. Sie lassen sich demgemäß in Normalkomponenten F_1n = F₁ x cos (α + β) und F_2n = F₂ × cos (α + β) sowie in Parallel-Komponenten F_1p = F₁ x sin (α + β) und F_2p = F₂ x sin α + β zerlegen. Die Parallelkomponenten F_1p und F_2p sind der Abtriebskraft A direkt entgegen gerichtet. Die Normalkomponenten F_1n und F_2n erzeugen hingegen aufgrund des Reibungskoeffizienten µ auf der Schachtwand 10' entsprechende Reibungskräfte R₁ = µ x F_1n und R₂ = µ x F_2n, die der von der Abtriebskraft A erzeugten Gleitbewegung des Ballens 20 ebenfalls entgegenwirken. Gegenüber diesen Reibungskräften R₁ und R₂ ist die von der Gewichtsnormalen N verursachte Reibungskraft R_N wegen des kleinen Neigungswinkels β der Schachtwand 10' vernachlässigbar gering.
Wie aus dem eingezeichneten Kräftediagramm ersichtlich, kommt die Gleitbewegung des Ballens 20 dann zum Stillstand, wenn die Summe der von der Prallplatte 18 auf ihn ausgeübten Kräfte (F_1p + F_2p + R₁ + R₂) größer als die Antriebskraft A ist. Da die vom Gegengewicht 19 verursachte Vorspannkraft F₁ zwar einstellbar, im eingestellten Zustand aber konstant ist, können Bewegungsänderungen des Ballens 20 nur durch die variablen Prallkräfte F₂ bewirkt werden, die je nach Gutdichte in der Schleuderkammer 17 in beträchtlichen Grenzen schwanken. Demnach wird bei starker Beladung der Schleuderkammer 17 der Vorschub des Ballens 20 und somit auch seine weitere Zerkleinerung so lange unterbrochen, bis die bereits abgetrennten Gutteile hinreichend zerkleinert sind, um den Mahlraum durch den Siebmantel 8 verlassen zu können. Erst dann sind die von der Prallkraft F₂ herrührenden Gegenkräfte F_2p und R₂ soweit reduziert, daß die Abtriebskraft A wieder einen Ballenvorschub zum Schneidrotor 2 hin bewirken kann, der aber infolge der dadurch erneut wieder einsetzenden Zunahme der Beladungsdichte in der Schleuderkammer 17 gleich wieder unterbrochen wird. Auf diese Weise wechseln sich Vorschub und Stillstand des Ballens 20 in sich selbsttätig regelnder Weise ab, so daß erfindungsgemäß sowohl eine weitgehend gleichmäßige Beladung der Schneidmühle als auch eine schonende Belastung ihres Antriebsmotors gewährleistet sind.
Da mit fortschreitender Zerkleinerung des Ballens 20 sein Gewicht G und somit auch seine Abtriebskraft A ständig abnehmen, kommt der Moment, wo bereits die von der Vorspannkraft F₁ verursachten Gegenkräfte F_1p und R₁ die Abtriebskraft A überwiegen, so daß der Zerkleinerungsprozeß, befände sich nur ein Ballen im Aufgabeschacht 10, ganz zum Erliegen käme. Das wird jedoch durch die nachrückenden Ballen 20' verhindert, die durch ihr Gewicht die Abtriebskraft A wieder erhöhen, so daß sich der Zerkleinerungsprozeß in der beschriebenen Weise kontinuierlich fortsetzt.
Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform der Erfindung besteht aus einer Schlägermühle 21, deren Schlägerrotor 22 mit Rotorwerkzeugen 23 bestückt ist, die mit im Mühlengehäuse 24 angebrachten Statorwerkzeugen 25 zerkleinernd zu sammenarbeiten. Der äußere Flugkreis der Rotorwerkzeuge 23 ist mit 26 bezeichnet, und die Drehrichtung des Rotors 22 gibt der Pfeil 27 an. In seinem unteren Bereich ist der Schlägerrotor 22 von einem Siebmantel 28 umgeben, der den vorgegebenen Zerkleinerungsgrad festlegt. Der Austritt des zerkleinerten Gutes ist durch den Pfeil 29 angedeutet. Als Gutaufgabe dient eine Schurre 30, die von einem Bandförderer 31 beschickt wird.
Oberhalb des Schlägerrotors 22 ist eine Schleuderkammer 32 angeordnet, innerhalb der eine Prallplatte 33 schwenkbar gelagert und mit einem einstellbaren Gegengewicht 34 versehen ist. Die vom Schlägerrotor 22 in die Schleuderkammer 32 geschleuderten Gutteile treffen größtenteils auf die Prallplatte 33, an der sie entsprechende Schwenkausschläge bewirken. Der sich hierbei ergebende Schwenkwinkel α läßt sich an der Schwenkachse 35 als elektrisches Signal 36 abbilden, das als Istwert in einem Regler 37 mit einem einstellbaren Sollwert 38 verglichen wird. Daraus ergibt sich ein Stellsignal 39, das steuernd auf den Motor des Bandförderers 31 einwirkt, und zwar in der Weise, daß bei großem Schwenkwinkel α die Bandgeschwindigkeit reduziert und bei kleinem Schwenkwinkel α entsprechend erhöht wird.

Claims

Regeleinrichtung für Zerkleinerungsmaschinen zur Optimierung ihres Beladungszustandes in Abhängigkeit vom Zerkleinerungsfortschritt, bestehend aus einem mechanischen Meßglied (18,33) zur Erfassung der dem Zerkleinerungsgut vom Zerkleinerungsrotor (2,22) mitgeteilten Bewegungsenergie als auf die Gutzuführeinrichtung (10,31) steuernd einwirkende Regelgröße, wobei der Zerkleinerungsrotor (2,22) auf seiner Gutaustrittseite (9,29) von einem den Zerkleinerungsgrad bestimmenden Sieb (8,28), Rost oder dgl. umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Meßglied aus einer in Drehrichtung (7, 27) des Zerkleinerungsrotors (2, 22) gelegenen Prallplatte (18, 33) besteht, die in einer der Gutaustrittsseite (9, 29) gegenüberliegenden Seite des Zerkleinerungsrotors (2,22) angeordneten Schleuderkammer (17, 32) beweglich gelagert ist und die mit ihren durch den Aufprall des vom Zerkleinerungsrotor abgeschleuderten Gutes bewirkten Ausweichbewegungen steuernd auf die Gutzuführeinrichtung (10, 31) einwirkt.
Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallplatte (18, 33) schwenkbar gelagert und mit einem verstellbaren Gegengewicht (19, 34) versehen ist.
Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung aus einem im wesentlichen senkrechten, oberhalb des Zerkleinerungsrotors (2) ausmündenden Aufgabeschacht (10) besteht, der von der Schleuderkammer (17) durch die schwenkbare Prallplatte (18) getrennt ist.