Rollenmühle

Die Erfindung betrifft eine Rollenmühle mit einem um eine Drehachse rotierbaren Mahlteller, wenigstens einer Mahlrolle, die mit dem Mahlteller in Rolleingriff steht und einem Hauptantrieb zum Antreiben des Mahltellers.

Zur Zeit werden die Mahlteller von Vertikalrollenmühle mittels eines ungeregelten Asynchron- oder Synchronmotors und eines mehrstufigen Getriebes angetrieben. Dabei treten in der Praxis sehr große Drehmomentenschwankungen auf, die durch den Mahlprozess hervorgerufen werden. Durch den schwingungsfähigen

Antriebsstrang (Kupplung, Wellen, Zahnsteifigkeiten) kann es außerdem zu einer Verstärkung dieser Drehmomentenschwankungen kommen. Eine Rollenmühle ist beispielsweise aus der DE 36 33 747 Al bekannt.

Um diesen hohen Wechselbelastungen standhalten zu können, müssen alle Bauteile die direkt und/oder indirekt am Kraftfluss beteiligt sind, für diese ausgelegt werden. Besonders die Wechselbeanspruchungen durch Eigenschwingungen im Antriebsstrang führen zu aufwendigen und damit teuren Konstruktionen. Auch sind bei größeren Mühlen Getriebeschäden bekannt, die zu empfindlichen Betriebsausfällen beim Anlagenbetreiber führen und somit auch ein negatives Image für solche Mühlen erzeugen können.

Zusätzlich zu den Momentenschwankungen treten aufgrund des unregelmäßigen Antriebs und der vorhandenen Elastizitäten auch Drehzahlschwankungen des Mahltellers auf. Diese sind unerwünscht, da sie den Mahlprozess und insbesondere das Mahlbett stören können und so die Durchsatzleistung, wie auch den Energieverbrauch negativ beeinflussen.

In der DE 36 40 146 Al wird ein Planeten-Differentialgetriebe mit einer Haupt- und einer Hilfsantriebswelle zur Erzeugung einstellbarer Drehzahlen beschrieben. über zusätzliche Getriebeelemente kann eine ein- und auskuppelbare,

leistungsübertragende Verbindung zwischen den beiden Antriebswellen hergestellt werden. Die DE 35 45 314 C2 offenbart ein Getriebe für Förder-, Gewinnungs,- oder Brechanlagen mit wenigstens einer Umlaufstirnradstufe als Abtriebsstufe und eine mit der Antriebsmaschine verbundene Zahnradeingangsstufe. Eine Drehmomentenmeßeinrichtung überwacht das Drehmoment. Bei überschreiten eines einstellbaren maximalen Drehmoments wird die Antriebsmaschine abgeschaltet.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Rollenmühle sowie ein Verfahren zum Betreiben der Rollenmühle anzugeben, wobei Drehmomentenschwankungen des Antriebes bzw. Drehzahlschwankungen des

Mahltellers gedämpft werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Ansprüche 1 und 8 gelöst.

Die erfindungsgemäße Rollenmühle besteht im Wesentlichen aus einem um eine

Drehachse rotierbaren Mahlteller, wenigstens einer Mahlrolle, die mit dem Mahlteller in Rolleingriff steht und einem Hauptantrieb zum Antreiben des Mahltellers. Ferner ist ein Zusatzantrieb zum Antreiben des Mahltellers und eine Regeleinrichtung vorgesehen, wobei die Regeleinrichtung wenigstens einen Dämpfungsregler umfasst, der den Zusatzantrieb in Abhängigkeit von

Drehmomentenschwankungen des Hauptantriebes und/oder Drehzahlschwankungen des Mahltellers regelt.

Durch den Zusatzantrieb wird ein Teil der für den Antrieb des Mahltellers erforderlichen Antriebsleistung aufgebracht. Außerdem können durch den

Zusatzantrieb dynamische Spitzen bei den Drehmomentenschwankungen bzw. den Drehzahlschwankungen reduziert werden.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst der Hauptantrieb ein Planetengetriebe mit Sonnenrad, Planentenrädern und Hohlrad, wobei das Hohlrad drehbar angeordnet ist und der Zusatzantrieb zum Antrieb des Hohlrades vorgesehen ist. Bei einer solchen Ausgestaltungen des Hauptantriebes kann die Regeleinrichtung den Zusatzantrieb in Abhängigkeit der Drehmomentenschwankungen des

Sonnenrades regeln.

Durch geeignete Sensoren kann das Drehmoment des Hauptantriebes bzw. des Sonnenrades und/oder die Drehzahl des Mahltellers ermittelt werden und als Messgröße der Regeleinrichtung zugeführt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Regeleinrichtung einen Zustandsraumregler.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Beschreibung und der Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Rollenmühle,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Rollenmühle mit Regeleinrichtung.

Die in Fig. 1 dargestellte Rollenmühle besteht im Wesentlichen aus einem um eine Drehachse 1 rotierbaren Mahlteller 2, wenigstens einer Mahlrolle 3, 4, die mit dem

Mahlteller in Rolleingriff steht und einem Hauptantrieb 5 zum Antreiben des Mahltellers.

Der Hauptantrieb 5 umfasst ein Planetengetriebe mit einem Sonnenrad 6, mehrere Planetenrädern 7, 8 und ein Hohlrad 9. Der Hauptantrieb 5 treibt das Sonnenrad 6 über einen Hauptantriebsstrang 10 an.

Die Planetenräder 7, 8 sind über Planetenträger 11, 12 mit dem Mahlteller 2 derart verbunden, dass der Mahlteller um die Drehachse 1 rotieren kann. Die Drehachse 1 ist dabei vertikal ausgerichtet.

Weiterhin ist ein Zusatzantrieb 13 zum Antreiben des Mahltellers 2 vorgesehen. Zu diesem Zweck ist das Hohlrad 9 des Planetengetriebes drehbar angeordnet und über einen Zusatzantriebsstrang 14 mit dem Zusatzantrieb 13 gekoppelt.

Der Zusatzantrieb 13 steht mit einer Regeleinrichtung 15 in Verbindung, wobei die

Regeleinrichtung den Zusatzantrieb in Abhängigkeit von

Drehmomentenschwankungen des Hauptantriebes 5 und/oder

Drehzahlschwankungen des Mahltellers 2 regelt.

Die in Fig. 2 beispielhaft dargestellte Regeleinrichtung 15 umfasst wenigstens einen

Dämpfungsregler, nämlich den Hauptdämpfungsregler 16, dem das aktuelle Drehmoment und ein zeitlich gemitteltes Drehmoment des Sonnenrades zugeführt wird. Das Drehmoment des Sonnenrades wird beispielsweise über einen geeigneten Sensoren 17 oder über ein Zustandsmodell zur Verfügung gestellt.

Der Hauptdämpfungsregler 16 berechnet nun die Solldrehzahl des Zusatzantriebes, welcher durch seine variable Drehzahl das übersetzungsverhältnis des Getriebes ändert und somit Drehmomentenschwankungen entgegen wirken kann. Die Veränderung der Drehzahl des Zusatzantriebes 13 wird insbesondere über einen Frequenzumrichter 18 bewirkt.

Um Drehzahländerungen des Mahltellers 2 zu vermeiden, ist ein Tellerdrehzahlregler 19 vorgesehen, der als Sollwert die gewünschte Tellerdrehzahl und als Istwert die aktuelle Tellerdrehzahl erhält. Die Istdrehzahl des Mahltellers 2 wird entweder über einen Sensor 20 oder ein Zustandsmodell zur Verfügung gestellt. Weiterhin kann ein

Dämpfungsregler 21 für den Zusatzantrieb vorgesehen werden, um

Momentenschwankungen durch Anregung des Eigenverhaltens des Zusatzantriebes auszugleichen.

Je nach Anforderung kann eine unterschiedliche Gewichtung der einzelnen Regelkreise erfolgen, womit entweder die Tellerdrehzahl oder das Antriebsmoment des Hauptantriebes 5 stärker stabilisiert werden kann. Weiterhin ist es denkbar, dass der Hauptdämpfungsregler 16 und/oder der Tellerdrehzahlregler 19, statt in klassischer Weise als PID-Regler, als Zustandsraumreglung ausgeführt ist. Dabei erfolgt die Parametrierung durch Polvorgabe in der Bildebene.

Der Zusatzantrieb 13, welcher das Hohlrad 9 des Planetengetriebes antreibt, wird über den Frequenzumrichter 18 mit internem Motor- und Mechanikmodell 22 und einem aktiven Motorregler 23 betrieben. Er sollte zweckmäßigerweise so ausgestattet sein, dass die zeitweise notwendige Bremsenergie in das Netz 24 zurückgespeist werden kann, wodurch sich der Wirkungsgrad des Gesamtsystems gegenüber den bisher bekannten Systemen noch weiter verbessern kann.

Um auf teure Direktantriebe verzichten zu können, wird der Zusatzantrieb klassisch als Motor-Getriebekombination ausgeführt. Durch die vom Hauptdämpfungsregler 16 und dem Tellerdrehzahlregler 19 vorgegebenen Größen und den sich daraus ergebenden Korrekturmomenten können auch im Zusatzantriebsstrang Momentenschwingungen auftreten. Diese werden durch eine sensorlose Zustandsraumregelung gedämpft.

Somit steht ein System zur Verfügung, bei welchem eine aktive Dämpfung von

Drehmomenten und/oder Drehzahlschwankungen des Mahltellers mit großen Antriebsleistungen realisiert werden kann, ohne dass der Hauptantrieb mittels Frequenzumrichter betrieben werden muss. Auch auf der Seite des Zusatzantriebs kann durch den Einsatz einer aktiven sensorlosen Zustandsregelung auf Sonderantriebe verzichtet werden.

Dadurch sind die Kosten eines solchen Systems bei großen Antriebsleistungen (> 2 MW) deutlich niedriger, als wenn der Hauptantrieb aktiv beeinflusst werden müsste.

Die für die Ansteuerung des Zusatzantriebes 13 erforderliche Drehmomentenmessung könnte erfindungsgemäß auch über eine hochdynamische

Drehwinkelmessung erfolgen, da die Verdrillung bei vernachlässigbarer Dämpfung proportional zum Drehmoment ist.

Die für den Antrieb des Mahltellers erforderliche Antriebsleistung wird zweckmäßigerweise zu einen Anteil von 5 bis 30%, vorzugsweise 10 bis 20% durch den Zusatzantrieb aufgebracht. Zusätzlich muss aufgrund der hohen Dynamik eine deutliche Leistungsreserve beim Frequenzumrichter 18 eingeplant werden (2 bis 2,5 fache der Nennleistung des Regelantriebs).