DE202015101542U1

DE202015101542U1 - Zerkleinerer

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Publication number: DE202015101542U1
Application number: DE202015101542.9U
Authority: DE
Original assignee: ARADEX GmbH
Current assignee: Aradex AG
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2016-06-30
Anticipated expiration: 2025-03-27

Abstract

Zerkleinerer (1) mit wenigstens einer eine Anordnung von Zerkleinerungswerkzeugen (5) aufweisenden Zerkleinerungswalze (2), welche von wenigstens einem Elektromotor (3) angetrieben ist und mit dem Elektromotor (3) zugeordneten Erfassungs- und Steuerungsmitteln, wobei die Erfassungsmittel ausgebildet sind, fortlaufend Kenngrößen des Elektromotors (3) zu erfassen und wobei die Steuerungsmittel ausgebildet sind in Abhängigkeit der Kenngrößen prozesstechnische Informationen des Zerkleinerers (1) zu ermitteln und/oder Steuerbefehle zu generieren.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zerkleinerer.
Mit dem Begriff Zerkleinerer sind allgemein rotative Zerkleinerungsmaschinen umfasst. Ein derartiger Zerkleinerer umfasst als Zerkleinerungswalzen rotative Zylinder, die mit Zerkleinerungswerkzeugen wie insbesondere speziellen Messern bestückt sind und eine Zerkleinerung von größeren Materialstücken in kleinere Stücke bewirken. Mit derartigen Schreddern können verschiedenste Materialien wie Metalle, Holz, Kunststoffe, Textilien, Müll, Elektronikschrott, Papier, organische Substanzen und dergleichen zerkleinert werden.
Ein wichtiges Anwendungsbeispiel für Zerkleinerer ist die Aufbereitung von Ersatzbrennstoffen (EBS) durch Zerkleinerung von Müll für thermische Verwendung und/oder zur Energieerzeugung. Hierbei werden heizwertreiche Abfälle aus Haushalt, Industrie und Gewerbe mit Zerkleinerern zerkleinert, in verschiedene Materialien getrennt und die heizwertreichen Anteile dem Regelbrennstoff (zum Beispiel Holz) in Anlagen zur Zementherstellung, Kraftwerksanlagen oder sonstigen Mitverbrennungsanlagen entweder zugeführt oder als einziger Brennstoff verwendet.
Bei Zerkleinerern unterscheidet man allgemein zwischen stationären Anlagen, die viele Jahre am gleichen Ort arbeiten (zum Beispiel Müllzerkleinerung zur Gewinnung von Ersatzbrennstoffen in einem Zementwerk) und mobilen Zerkleinerern für Anwendungen im Bereich von ca. bis zu ein bis drei Jahren an einem Ort (zum Beispiel auf alten Mülldeponieen). Des Weiteren unterscheidet man Zerkleinerer nach der Anzahl der Zerkleinerungswalzen. Es gibt sogenannte Einwalzen-Zerkleinerer, bei denen das zu zerkleinernde Gut zwischen einer Zerkleinererwalze und einem feststehenden Anschlag zerkleinert wird. Bei Zweiwalzen Zerkleinerern wird das Gut zwischen zwei entgegengesetzt rotierenden Walzen zerkleinert. Die Zerkleinerungswerkzeuge der beiden Walzen sind dabei versetzt angeordnet, so dass die Werkzeugschneiden der beiden Walzen sich niemals berühren können. Die rotativen Zerkleinerungswerkzeuge werden dabei meist primär von Elektro- oder Dieselmotoren angetrieben. Die Drehzahl der Zerkleinerwalzen liegt üblicherweise zwischen 10 und 100 U/min, so dass eine mehrstufige mechanische Untersetzung (Getriebe, Riementriebe) eingesetzt wird. Teilweise werden zusätzliche hydraulische Kopplungen, wie Hydraulikpumpen oder Hydraulikmotoren, eingesetzt. Der Einsatz der Hydraulikpumpen und Hydraulikmotoren mit Flügelverstellung dient zum Beispiel dazu, den Arbeitsbereich in Drehzahl und Drehmoment bewusst zu spreizen. So steht bei geringen Drehzahlen ein höheres Drehmoment zur Verfügung. Und in einem anderen Betriebspunkt lassen sich bei geringeren Momenten höhere Drehzahlen erreichen.
Verklemmt sich ein Zerkleinerer durch zu große oder zu harte oder zu zähe Materialen, so bleibt der Antrieb stehen, entweder durch Öffnen einer definierten Lastkupplung oder durch Überlastung des Antriebs. Dann muss der Bediener versuchen, durch wiederholtes Vor- und Zurückfahren der Walzen die Werkzeuge wieder frei zu bekommen, was oftmals ein langwieriger Prozess ist. Die Werkzeuge sind außerdem einem starken Verschleiß unterworfen, was einen regelmäßigen Tausch der Werkzeuge erforderlich macht. Der Zeitpunkt für den Austausch kann meist nicht vorhergesehen werden und obliegt der Erfahrung des Maschinenbedieners, zum Beispiel wenn eine bestimmte Zerkleinerung nur noch schlecht möglich ist oder nur noch sehr langsam erfolgen kann. Die Justage einer neu eingesetzten Zerkleinererwalze erfolgt meist auch manuell und nach Erfahrung des Bedieners.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zerkleinerer der eingangs genannten Art bereitzustellen, welcher bei einfachem konstruktivem Aufbau eine hohe Funktionalität aufweist.
Die Erfindung betrifft einen Zerkleinerer mit wenigstens einer eine Anordnung von Zerkleinerungswerkzeugen aufweisenden Zerkleinerungswalze, welche von wenigstens einem Elektromotor angetrieben ist und mit dem Elektromotor zugeordneten Erfassungs- und Steuerungsmitteln. Die Erfassungsmittel sind ausgebildet, fortlaufend Kenngrößen des Elektromotors zu erfassen. Die Steuerungsmittel sind ausgebildet in Abhängigkeit der Kenngrößen prozesstechnische Informationen des Zerkleinerers zu ermitteln und/oder Steuerbefehle zu generieren.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht somit darin für Zerkleinerer Elektromotoren als Antriebe einzusetzen. Wesentlich hierbei ist, dass durch Erfassungsmittel kontinuierlich und fortlaufend Kenngrößen des oder der Elektromotoren gemessen und so erfasst werden, in Abhängigkeit derer in den Steuerungsmitteln prozesstechnische Informationen gewonnen werden beziehungsweise Steuerbefehle für den Betrieb des Zerkleinerers generiert werden können.
Damit werden die Effizienz und Verfügbarkeit des Zerkleinerers erheblich gesteigert, da einerseits der Betrieb des Zerkleinerers optimiert und auf sich ändernde Randbedingungen angepasst werden kann. Andererseits können Defekte oder ein Verschleiß von Komponenten des Zerkleinerers frühzeitig erkannt werden und entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden, wodurch Ausfallzeiten des Zerkleinerers verringert und die Lebensdauer des Zerkleinerers erhöht werden können.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Elektromotoren stellen ökonomische Antriebssysteme dar, mittels derer unterschiedliche Konfigurationen von Zerkleinerern realisiert werden können.
Vorteilhaft wird dabei der oder jeder Elektromotor von einem Umrichter angesteuert. Prinzipiell kann der Umrichter von einem Frequenzumrichter gebildet sein. Besonders vorteilhaft wird ein Servoumrichter eingesetzt, in welchem bereits die Sensorik zur Bestimmung der Messgrößen für Bestimmung der Kenngrößen des Elektromotors integriert ist, das heißt der Servoumrichter selbst bildet die Erfassungsmittel.
Vorteilhaft werden mit den Erfassungsmitteln Ströme und Winkelpositionen des oder jedes Elektromotors erfasst und daraus in den Steuerungsmitteln Drehmomente und Drehzahlen des oder jedes Elektromotors bestimmt.
Insbesondere in Abhängigkeit der mit den Erfassungsmitteln bestimmten Kenngrößen erfolgt mit den Steuerungsmitteln eine Regelung des oder jedes Elektromotors.
Die so durchgeführte hochpräzise Regelung ermöglicht einen definierten Prozessablauf des Zerkleinerers und eine systematische Prozessoptimierung.
Die Energieversorgung des elektrischen Antriebssystems kann direkt aus dem Netz erfolgen. Alternativ können Dieselmotoren mit Generatoren zur Energieversorgung eingesetzt werden.
Gemäß einer ersten Ausführungsform ist der Zerkleinerer als Einwalzen-Zerkleinerer ausgebildet, das heißt der Zerkleinerer weist nur eine Zerkleinerungswalze auf, die vorzugsweise gegen einen Anschlag arbeitet.
Im einfachsten Fall ist der Zerkleinerungswalze des Einwalzen-Zerkleinerers nur ein Elektromotor mit einem Umrichter zugeordnet.
Alternativ kann an beiden längsseitigen Enden der Zerkleinerungswalze jeweils ein Elektromotor mit einem Umrichter vorgesehen sein. Dadurch kann die Leistung der Zerkleinerungswalze erhöht werden. Zudem können durch geeignete Ansteuerungen der Elektromotoren auch unerwünschte Torsionen der Zerkleinerungswalze während der Zerkleinerung von Materialien vermieden werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Zerkleinerer als Zweiwalzen-Schredder ausgebildet sein. Der Zweiwalzen-Zerkleinerer weist dann zwei gegenläufig rotierende, sich nicht berührende Zerkleinerungswalzen auf, zwischen welchen Material zerkleinert wird.
Auch bei dieser Ausführungsform kann an jeder Zerkleinerungswalze nur an einem längsseitigen Ende ein Elektromotor mit Umrichter angeordnet sein. Alternativ können bei der Zerkleinerungswalze an beiden längsseitigen Enden ein Elektromotor und ein Umrichter vorgesehen sein.
Bei allen Ausführungsbeispielen kann ein Umrichter die Funktion der Steuerungsmittel übernehmen. Alternativ können die Steuerungsmittel von einem separaten Steuerungsmitteln gebildet sein, die beispielsweise von einem Mikroprozessorsystem oder einer PC-basierten Steuerung gebildet sein können. Diese Variante ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn hohe Rechenleistungen von den Steuerungsmitteln gefordert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können in den Steuerungsmitteln aus den ermittelten Kenngrößen als prozesstechnische Informationen Verschleißkennwerte berechnet und als Ausgabegrößen ausgegeben werden. Diese Verschleißkennwerte liefern allgemein ein Maß für den Verschleiß der Zerkleinerungswalze des Zerkleinerers.
Die für die Verschleißkontrolle relevanten Messgrößen können von der Sensorik des oder der Umrichter oder von zusätzlichen Sensoren wie Winkelpositionssensoren auf den Zerkleinerungswalzen geliefert werden.
Damit können Verschleißerscheinungen des Zerkleinerers frühzeitig und zuverlässig erfasst werden.
Gemäß einer ersten Variante stellt der Verschleißkenntwert ein Maß für den gleichmäßigen Verschleiß der Zerkleinerungswalze dar, welcher durch eine winkelabhängige Mitteilung über eine Anzahl von Umdrehungen einer Zerkleinerungswalze gegeben ist.
Hierbei wird vorteilhaft die Periodizität von Sensorsignalen bei der Relation der Zerkleinerungswalze im ungestörten und verschleißfreien Zustand ausgenutzt. Bei Zerkleinerungsprozessen, die mit den Zerkleinerungswalzen durchgeführt werden, ist die die Schnitt-beziehungsweise Scherkraft von Zerkleinerungswerkzeugen der Zerkleinerungswalze in Abhängigkeit des Rotationswinkels nicht konstant, sondern ändert sich zyklisch. Jedes Mal, wenn ein Zerkleinerungswerkzeug wie eine Schneide oder ein Scherbolzen in Verbindung mit Material im Eingriff ist, erhöht sich das erforderliche Drehmoment des Elektromotors, was bei konstanter Drehzahl zu einem erhöhten drehmomentbildenden Strom führt. Bei einer Regelung auf konstantes Drehmoment verringert sich beim Werkzeugeingriff entsprechend die Drehzahl. Bei einem theoretisch völlig homogenen Zerkleinerungsgut wiederholen sich die Drehmomentschwankungen beziehungsweise die Drehzahleinbrüche bei jedem Werkzeugeingriff periodisch genau einmal pro Umdrehung einer Zerkleinerungswalze. In der Praxis ist das Zerkleinerungsgut inhomogen, so dass aufgrund eines veränderten Drehmoments nicht sofort auf einen Verschleiß oder einen Bruch eines Zerkleinerungswerkzeugs geschlossen werden kann. Durch winkelabhängige Mittelung über sehr viele Umdrehungen können jedoch die stochastischen Einflüsse des zu zerkleinernden Materials rechnerisch herausgemittelt werden. Damit wird ein gleichmäßiger Verschleiß einer Zerkleinerungswalze an einer im Mittel höheren Drehmomentaufnahme erkannt.
Gemäß einer zweiten Variante ist der Verschleißkennwert durch eine gemittelte winkelabhängige Drehmoment- oder Drehzahlfunktion definiert, welche ein Maß für den Defekt eines einzelnen Zerkleinerungswerkzeugs einer Zerkleinerungswalze ist.
In diesem Fall wird die Zerstörung eines einzelnen Zerkleinerungswerkzeugs einer Zerkleinerungswalze an einer Unregelmäßigkeit der gemittelten winkelabhängigen Drehmoment- oder Drehzahlfunktion erkannt. Wenn zum Beispiel als Zerkleinerungswerkzeuge drei gleichartige Messer am Umfang der Zerkleinerungswalze angeordnet sind, dann wird dreimal je Umdrehung die oben beschriebene Momentenerhöhung auftreten. Wenn nun eine der Momentenerhöhungen signifikant von den beiden anderen abweicht lässt dies einen Rückschluss auf das eine betroffene Werkzeug zu. Je nach Inhomogenität des Zerkleinererguts ist für die Erkennung eines solchen Fehlers eine Mittelung von Messwerten über mehrere Umdrehungen der Zerkleinerungswalze nötig.
Bei beiden Varianten wird anhand des von den Steuerungsmitteln ausgegebenen Verschleißkennwerts dann eine Bedienperson ein Verschleiß der Zerkleinerungswalze rechtzeitig erkennen. Als zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen kann dann, wenn der Verschleißkennwert einen bestimmten Schwellwert überschreitet, über die Steuerungsmittel eine Warnmeldung generiert werden oder ein Bearbeitungsstopp, das heißt ein Nothalt ausgelöst werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist als Steuerbefehl ein bei Verklemmen einer oder jeder Zerkleinerungswalze generierter Stoppbefehl vorgesehen.
Dabei kann ein Verklemmen einer Zerkleinerungswalze einerseits dadurch festgestellt werden, dass das Drehmoment, das heißt Antriebsmoment des Elektromotors der Zerkleinerungswalze über dessen drehmomentbildenden Strom erfasst wird.
Alternativ kann das Verklemmen einer Zerkleinerungswalze dadurch erkannt werden, dass die Messwerte eines Winkelpositionssensors des Umrichters des zugeordneten Elektromotors ausgewertet werden um so den sogenannten Schleppfehler, das heißt die Differenz der Soll- und Istwerte der aktuellen Winkelpositionen des Antriebs, zu erfassen.
Schließlich kann auch eine Auswertung der Differenz der Messwerte eines Motor-Winkelpositionssensors des Elektromotors und den Messwerten eines Winkelpositionssensors auf der Zerkleinerungswalze erfolgen. Da zwischen Elektromotor und Zerkleinerungswalze fast immer ein hoch untersetztes Getriebe vorhanden ist, führt dies im Falle einer Verklemmung zu einer elastischen Verformung der Übertragungsstrecke zwischen Elektromotor und Zerkleinerungswalze, welche durch Auswertung der Differenz der beiden Winkelpositionssensoren erkannt werden und daraus ein Lastdrehmoment berechnet werden kann. Überschreitet dieses Lastmoment einen bestimmten Grenzwert, führt dies dann zum automatischen Schnellstopp des Zerkleinerers.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind als Steuerbefehle Wiederanlaufbefehle nach Verklemmen einer oder jeder Zerkleinerungswalze vorgesehen.
Damit wird ein automatisierter Wiederanlauf des Zerkleinerers ermöglicht, der gegenüber bisher bekannten manuellen Maßnahmen für einen Wiederanlauf erheblich zuverlässiger ist.
Für den Wiederanlauf des Zerkleinerers können in den Steuerungsmitteln unterschiedliche Wiederanlaufbefehle generiert werden.
Gemäß einer ersten Variante sind die Wiederanlaufbefehle von einer alternierenden Folge von Rückwärts- und Vorwärtsbefehlen für die oder jede Zerkleinerungswalze gebildet.
Das dadurch bewirkte automatische Rückwärts- und Vorwärtsfahren einer Zerkleinerungswalze wird vorteilhaft bis zu einem Abschaltdrehmoment oder zu einem einstellbaren maximalen Drehmoment durchgeführt. Der Verfahrweg der Zerkleinerungswalze kann dann sukzessive gesteigert oder allgemein nach bestimmten einstellbaren Vorgaben variiert werden.
Weiterhin kann in den Steuerungsmitteln kontrolliert werden, ob dieses Verfahren erfolgreich ist und der Wiederanlaufprozess hiervon abhängig gemacht wird.
Gemäß einer zweiten Variante werden mit den Wiederanlaufbefehlen Vibrationen der oder jeder Zerkleinerungswalze generiert.
Durch die Vibrationen wird ein Rütteln der jeweiligen Zerkleinerungswalze bewirkt wodurch ein effizientes Lösen einer Verklemmung ermöglicht wird.
Gemäß einer dritten Variante wird mit den Wiederanlaufbefehlen die relative Drehrichtung zweier Zerkleinerungswalzen geändert.
Auch damit lässt sich ein effizientes Lösen eines Verklemmens einer Zerkleinerungswalze erzielen.
Bei allen vorgenannten Varianten wird in den Steuerungsmitteln nach einem oder den Wiederanlaufbefehlen ein Stoppbefehl für die oder jede Zerkleinerungswalze generiert, falls nach einer vorgegebenen Zeitdauer nach dem oder den Wiederanlaufbefehlen das Verklemmen der oder jeder Zerkleinerungswalze nicht gelöst ist.
Damit erfolgt ein kontrollierter Abbruch des Wiederanlaufs, wodurch Beschädigungen des Zerkleinerers vermieden werden können. Nach einem derartigen Abbruch des automatisierten Wiederanlaufs kann eine Bedienperson noch manuell versuchen, die Verklemmung zu beseitigen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind Steuerbefehle für eine Justage von Zerkleinerungswalzen vorgesehen.
Insbesondere werden die Steuerbefehle für eine Justage von Zerkleinerungswalzen in Abhängigkeit von Reibungskennwerten generiert, welche ein Maß für die Reibung zwischen der jeweiligen Zerkleinerungswalze und einem Anschlag sind.
Dies führt gegenüber bisher üblichen Justagevorgängen, die von einer Bedienperson manuell aufgrund optischer und akustischer Wahrnehmungen durchgeführt wurden zu einer erheblich genaueren und reproduzierbaren Justage.
Die vorgenannte Justage wird vorteilhaft bei Einwalzen-Zerkleinerer vorgenommen, bei welchen der Zerkleinerungswalze ein Anschlag zugeordnet ist. In abgewandelter Form kann die Justage auch für Mehrwalzen-Zerkleinerer durchgeführt werden.
Die Ermittlung eines Reibungskennwerts kann sich integral auf die gesamte Zerkleinerungswalze beziehen. Alternativ können auch separate Reibungskennwerte für die einzelnen Zerkleinerungswerkzeugen der Zerkleinerungswalze erfasst werden, wodurch zusätzlich ein Maß für die Güte beziehungsweise Asymmetrie der Zerkleinerungswalze erhalten wird. Die Bestimmung der Reibungskennwerte kann durch die erwähnten Antriebskenngrößen wie Motormoment, Motordrehzahl, Motorwinkel, Winkel der Zerkleinerungswalze und dergleichen erfolgen. Eine hohe Auflösung erreicht man durch Mittelwertbildung über mehrere Walzenumdrehungen. Die Zustellung oder Einstellung von Zerkleinerungswalzen kann manuell erfolgen, unter Berücksichtigung des Reibungskennwerts oder aber auch automatisch durch eine automatische Zustellvorrichtung, welche in Abhängigkeit des Reibungskennwerts angesteuert wird und beendet wird, wenn die optimale Zustellung erreicht ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind Steuerbefehle vorgesehen, mittels derer die Antriebsleistung von Elektromotoren oder die Zerkleinerungsleistung von Zerkleinerungswalzen maximiert ist.
Hierzu kann insbesondere die Drehzahl eines Elektromotors automatisch so nachgeführt werden, dass die Zerkleinerungsleistung, bzw. die Antriebsleistung maximal ist. Hier bieten besonders Servoantriebe mit hohem Feldschwächbereich einen Zusatznutzen. Erhöht sich das erforderliche Drehmoment durch Zuführen eines anderen Materials, so kann automatisch die Drehzahl entsprechend abgesenkt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind Steuerbefehle zur Gewährleitung eines außerhalb von Resonanzen liegenden Arbeitsbetriebs von Elektromotoren und/oder Zerkleinerungswalzen vorgesehen.
In einer mechanischen Zerkleinerungsanlage gibt es zahlreiche mechanische Resonanzen (mechanische Schwingungsformen), die durch ungünstige Drehzahlen angeregt werden können und dann zu erhöhten Vibrationen, Lärm und Verschleiß führen. Solche Vibrationen können durch die Steuerungsmittel automatisch erkannt werden, zum Beispiel durch schmalbandige Bandpassfilter oder andere mathematische Verfahren. In diesem Fall kann die Drehzahl von Elektromotoren automatisch leicht variiert werden, solange, bis die Resonanz nicht mehr bedeutend angeregt wird. Dies führt zu besserer Laufruhe und geringerem Verschleiß.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist diese eine Zerkleinerungswalze auf, dessen Elektromotor oder Elektromotoren mittels Steuerbefehlen mit einer modulierten Drehzahl betrieben sind.
Mit der durch die Modulation erzielten zeitlichen Variation der Drehzahl einer Zerkleinerungswalze können die Zerkleinerungseigenschaften dieser Zerkleinerungswalze noch weiter verbessert werden.
Dabei kann die Zerkleinerungswalze bei einer mittleren Drehzahl laufen, die mit einer zusätzlichen schwankenden Drehzahl überlagert wird. Amplitude und Frequenz dieser Modulationsdrehzahl sind vorteilhaft über Parameter einstellbar. Anstelle einer Frequenz kann für die Modulationsdrehzahl auch eine Modulationslänge verwendet werden, das heißt eine winkelabhängige Modulation, zum Beispiel in Form einer Drehzahlschwankung von 10% alle 10 Umdrehungen der Zerkleinerungswalze.
Bei einem Mehrwalzen-Zerkleinerer, das heißt einem Zerkleinerer, der mehrere Zerkleinerungswalzen aufweist, sind vorteilhaft die Elektromotoren mittels Steuerbefehlen mit unterschiedlichen Drehzahlen oder Drehzahlmodulationen betrieben.
Dreht sich beispielsweise eine Zerkleinerungswalze konstant schneller als die dieser zugeordneten Zerkleinerungswalze kann die Scherwirkung zwischen den Zerkleinerungswalzen und dem zu zerkleinernden Material verbessert werden, wodurch eine effektive Zerkleinerung erreicht wird.
Generell können zwei Zerkleinerungswalzen mit unterschiedlichen Modulationen der Drehzahlen betrieben werden, so dass sich die Differenz der Drehzahlen zeitabhängig ändert.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist dieser mehrere Zerkleinerungswalzen auf, welche mittels Steuerbefehlen bei gleichen Drehzahlen dieser Antriebe mit einem Winkelversatz betrieben sind.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1: Schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Zerkleinerers.
1a: Einzeldarstellung eines Zerkleinerungswerkzeugs für den Zerkleinerers gemäß 1.
2: Schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Zerkleinerers.
3: Schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Zerkleinerers.
4: Schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Zerkleinerers.
5: Schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Zerkleinerers.
6: Drehzahldiagramm für einen Zweiwalzen-Zerkleinerer.
1 zeigt schematisch die wesentlichen Komponenten eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Zerkleinerers 1. Im vorliegenden Fall bildet der Zerkleiner 1 einen Schredder. Der Zerkleinerer 1 ist im vorliegenden Fall als Einwalzen-Zerkleinerer ausgebildet und weist nur eine Zerkleinerungswalze 2 auf. Die Zerkleinerungswalze 2 wird über ein elektrisches Antriebssystem bestehend aus einem Elektormotor 3 und einem Umrichter 4 angetrieben. Der Elektromotor 3 ist an längsseitigen Ende der Zerkleinerungswalze 2 angekoppelt. Im vorliegenden Fall wie auch in allen weiteren Ausführungsbeispielen ist als Elektromotor ein Servoantrieb vorgesehen und als Umrichter 4 ein Servoumrichter. Der Umrichter 4 dient zur Ansteuerung des Elektromotors 3 mit dem die Zerkleinerungswalze 2 um ihre Längsachse gedreht werden kann. Auf der Zerkleinerungswalze 2 befindet sich eine Anordnung von Zerkleinerungswerkzeugen 5. Ein Beispiel eines solchen Zerkleinerungswerkzeugs 5 ist in 1a dargestellt. Das Zerkleinerungswerkzeug 5 besteht aus einer kreisscheibenförmigen Messerscheibe mit einer zentralen Bohrung 5a zum Aufstecken auf die Zerkleinerungswalze 2 und mehreren in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilten Messern 5b. Die einzelnen Messerscheiben sind in Längsrichtung der Zerkleinerungswalze 2 auf dieser angeordnet und durch Abstandshalter getrennt.
Die vom elektrischen Antriebssystem angetriebene Zerkleinerungswalze 2 arbeitet gegen einen nicht dargestellten Anschlag, so dass Materialien zwischen der Zerkleinerungswalze 2 und dem Anschlag zerkleinert werden.
Die Energieversorgung des Zerkleinerers 1 erfolgt, wie auch bei allen folgenden Ausführungsbeispielen, über das Netz oder alternativ über Dieselmotoren mit Generatoren.
Da der Umrichter 4 als Servoumrichter ausgebildet ist, ist in diesem eine Sensorik integriert, mittels derer als Erfassungsmittel Kenngrößen wie Ströme oder Winkelpositionen des Elektromotors 3 fortlaufend bestimmt werde. Weiterhin können auch separate Sensoren, wie zum Beispiel ein der Zerkleinerungswalze 2 zugeordneter Winkelpositionssensor, vorgesehen sein.
Im vorliegenden Fall dient der Umrichter 4 nicht allein zur Ansteuerung des Elektromotors 3. Vielmehr bildet der Umrichter 4 im vorliegenden Fall ein Steuerungsmittel, mit dem in Abhängigkeit von den mit der Sensorik erfassten Kenngrößen prozesstechnische Informationen des Zerkleinerers 1 ermittelt werden und auch Steuerbefehle generiert werden, die zur Prozessoptimierung des Zerkleinerers 1 dienen. Weiterhin erfolgt mit dem Umrichter 4 eine Regelung des Elektromotors 3.
2 zeigt eine Variante der Ausführungsform gemäß 1. Die Ausführungsform gemäß 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform der 1 nur dadurch, dass in diesem Fall nicht der Umrichter 4 das Steuerungsmittel bildet, sondern eine separate, an den Umrichter 4 angeschlossene Steuereinheit 6, die von einem Mikroprozessorsystem oder dergleichen gebildet sein kann.
3 zeigt eine Erweiterung der Ausführungsform gemäß 1 dahingehend, dass nun an beiden längsseitigen Enden der Zerkleinerungswalze 2 ein Elektromotor 3 mit einem zugeordneten Umrichter 4 vorgesehen ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel übernimmt einer der Umrichter 4 die Funktion des Steuerungsmittels. Alternativ kann an einem der Umrichter 4 eine separate Steuereinheit 6 angeschlossen sein, welche die Funktion des Steuerungsmittels übernimmt. In beiden Fällen wurden mit allen Umrichtern 4 Kenngrößen der zugeordneten Elektromotoren 3 erfasst, die dann im Steuerungsmittel ausgewertet werden.
4 zeigt eine Ausführungsform eines als Zweiwalzen-Zerkleinerers ausgebildeten Zerkleinerers 1. In diesem Fall weist der Zerkleinerer 1 zwei Zerkleinerungswalzen 2 auf, wobei bei jeder Zerkleinerungswalze 2 an einem längsseitigen Ende ein Elektromotor 3 mit Umrichter 4 angeordnet ist. Der Aufbau der Einzelkomponenten dieses Zerkleinerers 1 entspricht der Ausführungsform gemäß 1.
Die Zerkleinerung von Material erfolgt in diesem Fall im Zwischenraum der gegenläufig rotierenden Zerkleinerungswalzen 2. Die Zerkleinerungswalzen 2 sind so angeordnet, dass sich deren Zerkleinerungswerkzeuge 5 nicht berühren.
Wie in den vorigen Ausführungsbeispielen werden in den einzelnen Umrichtern 4 die Kenngrößen der einzelnen Elektromotoren 3 erfasst. Einer der Umrichter 4 bildet dabei das Steuerungsmittel, indem die Kenngrößen zur Bildung der prozesstechnischen Informationen und Steuerbefehle ausgewertet werden. Alternativ kann eine separate Steuereinheit 6 an einen der Umrichter 4 angeschlossen sein und das Steuerungsmittel bilden.
5 stellt eine Erweiterung der Ausführungsform gemäß 4 dahingehend dar, dass an beiden längsseitigen Enden jeder Zerkleinerungswalze 2 jeweils ein Elektromotor 3 mit einem zugeordneten Umrichter 4 angeordnet ist. Auch in diesem Fall kann entweder einer der Umrichter 4 oder eine separate Steuereinheit 6 das Steuerungsmittel bilden.
Zur Erhöhung der Prozesssicherheit der Zerkleinerers 1 der 1 bis 5 werden in dem Steuerungsmittel prozesstechnische Informationen ermittelt und ausgegeben. Derartige prozesstechnische Informationen können von Verschleißkennwerten gebildet sein, die ein Maß für den Verschleiß von Zerkleinerungswalzen 2 liefern.
Weiterhin können mit dem Steuerungsmittel Steuerbefehle für die Elektromotoren 3 generiert werden, um die Prozesssicherheit, Leistung oder Verfügbarkeit des Zerkleinerers 1 zu steigern. So kann beispielsweise bei Verklemmen von Zerkleinerungswalzen 2 ein Schnellstoppbefehl von dem Steuerungsmittel generiert werden, um so einen Schutz des Zerkleinerers 1 gegen Beschädigungen zu erzielen. Weiterhin kann das Steuerungsmittel als Steuerbefehle Wiederanlaufbefehle generieren, um nach einem Verklemmen von Zerkleinerungswalzen 2 einen automatisierten kontrollierten Wiederanlauf des Zerkleinerers 1 zu gewährleisten. Weiterhin kann das Steuerungsmittel Steuerbefehle zur Justage von Zerkleinerungswalzen 2 generieren.
Desweiteren kann der Betrieb des Zerkleinerers 1 dadurch optimiert werden, dass durch Steuerbefehle die Leistung der Elektromotoren 3 oder Zerkleinerungswalze 2 maximiert wird oder auch Resonanzen im Gesamtsystem vermieden werden.
Schließlich können der oder die Elektromotoren 3 mit modulierten Drehzahlen betrieben werden, um so die Zerkleinerungsleistung des Zerkleinerers 1 zu steigern.
Ein Beispiel hierfür zeigt 6. Dort werden die zeitabhängigen Drehzahlverläufe für die Elektromotoren 3 eines Zweiwalzen-Schreders dargestellt.
Der zeitabhängige Drehzahlverlauf des ersten Elektromotors 3, der die erste Zerkleinerungswalze 2 antreibt, ist in 6 mit I bezeichnet. Der zeitabhängige Drehzahlverlauf des zweiten Elektromotors 3, der die zweite Zerkleinerungswalze 2 anreibt, ist in 6 mit II bezeichnet. Wie aus 6 ersichtlich variiert die Drehzahl des ersten Elektromotors 3, um den Drehzahlwert n₁, der höher liegt als der mittlere Drehzahlwert n₂ des zweiten Elektromotors 3.
Dabei sind auch die Modulationsfrequenzen der beiden Drehzahlmodulationen unterschiedlich.
Bezugszeichenliste

1: Zerkleinerer
2: Zerkleinerungswalze
3: Elektromotor
4: Umrichter
5: Zerkleinerungswerkzeug
5a: Bohrung
5b: Messer
6: Steuereinheit

Claims

Zerkleinerer (1) mit wenigstens einer eine Anordnung von Zerkleinerungswerkzeugen (5) aufweisenden Zerkleinerungswalze (2), welche von wenigstens einem Elektromotor (3) angetrieben ist und mit dem Elektromotor (3) zugeordneten Erfassungs- und Steuerungsmitteln, wobei die Erfassungsmittel ausgebildet sind, fortlaufend Kenngrößen des Elektromotors (3) zu erfassen und wobei die Steuerungsmittel ausgebildet sind in Abhängigkeit der Kenngrößen prozesstechnische Informationen des Zerkleinerers (1) zu ermitteln und/oder Steuerbefehle zu generieren.
Zerkleinerer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem oder jedem Elektromotor (3) ein Umrichter (4) zugeordnet ist.
Zerkleinerer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter (4) ein Servoumrichter ist.
Zerkleinerer nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter (4) das Steuerungsmittel bildet.
Zerkleinerer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an bei den längsseitigen Enden der oder jeder Zerkleinerungswalze (2) jeweils ein Elektromotor (3) mit einem zugeordnetem Umrichter (4) angeordnet ist.
Zerkleinerer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Umrichter (4) das Steuerungsmittel bildet.
Zerkleinerer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieser wenigstens zwei Zerkleinerungswalzen (2) aufweist, wobei jeder Zerkleinerungswalze (2) wenigstens ein Elektromotor (3) mit einem Umrichter (4) zugeordnet ist.
Zerkleinerer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Umrichter (4) das Steuerungsmittel bildet.
Zerkleinerer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Steuerungsmittel eine Steuereinheit (6) vorgesehen ist.
Zerkleinerer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Erfassungsmitteln Ströme und Winkelpositionen des oder jedes Elektromotors (3) erfasst werden und daraus in den Steuerungsmitteln Drehmomente und Drehzahlen des oder jedes Elektromotors (3) bestimmt werden.
Zerkleinerer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Steuerungsmitteln eine Regelung des oder jedes Elektromotors (3) erfolgt.
Zerkleinerer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass als prozesstechnische Informationen Verschleißkennwerte als Maß für den Verschleiß der oder jeder Zerkleinerungswalze (2) vorgesehen sind.
Zerkleinerer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschleißkennwert ein Maß für den gleichmäßigen Verschleiß der Zerkleinerungswalze (2) darstellt, welcher durch eine winkelabhängige Mitteilung über eine Anzahl von Umdrehungen einer Zerkleinerungswalze (2) gegeben ist.
Zerkleinerer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschleißkennwert durch eine gemittelte winkelabhängige Drehmomentoder Drehzahlfunktion definiert ist, welche ein Maß für den Defekt eines einzelnen Zerkleinerungswerkzeugs (5) einer Zerkleinerungswalze (2) ist.
Zerkleinerer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die winkelabhängige Drehmoment- oder Drehzahlfunktion auf eine Referenzfunktion bezogen ist.
Zerkleinerer nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Steuerbefehl ein bei Verklemmen einer oder jeder Zerkleinerungswalze (2) generierter Stoppbefehl vorgesehen ist.
Zerkleinerer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoppbefehl im Steuerungsmittel in Abhängigkeit des Drehmoments des jeweiligen Elektromotors (3) oder in Abhängigkeit der Signale eines Winkelpositionssensors des jeweiligen Elektromotors (3) oder in Abhängigkeit der Differenz der Signale des Winkelpositionssensors des Elektromotors (3) und der Signale eines Winkelpositionssensors der zugeordneten Zerkleinerungswalze (2) gebildet ist.
Zerkleinerer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Steuerbefehle Wiederanlaufbefehle nach Verklemmen einer oder jeder Zerkleinerungswalze (2) vorgesehen sind.
Zerkleinerer nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Wiederanlaufbefehle von einer alternierenden Folge von Rückwärts- und Vorwärtsbefehlen für die oder jede Zerkleinerungswalze (2) gebildet sind.
Zerkleinerer nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Wiederanlaufbefehlen Vibrationen der oder jeder Zerkleinerungswalze (2) generiert werden.
Zerkleinerer nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Wiederanlaufbefehlen die relative Drehrichtung zweier Zerkleinerungswalzen (2) geändert wird.
Zerkleinerer nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass in den Steuerungsmitteln nach einem oder den Wiederanlaufbefehlen ein Stoppbefehl für die oder jede Zerkleinerungswalze (2) generiert wird, falls nach einer vorgegebenen Zeitdauer nach dem oder den Wiederanlaufbefehlen das Verklemmen der oder jeder Zerkleinerungswalze (2) nicht gelöst ist.
Zerkleinerer nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass Steuerbefehle für eine Justage von Zerkleinerungswalzen (2) vorgesehen sind.
Zerkleinerer nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerbefehle für eine Justage von Zerkleinerungswalzen (2) in Abhängigkeit von Reibungskennwerten generiert sind, welche ein Maß für die Reibung zwischen der jeweiligen Zerkleinerungswalze (2) und einem Anschlag sind.
Zerkleinerer nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass Steuerbefehle vorgesehen sind, mittels derer die Antriebsleistung von Elektromotoren (3) oder die Zerkleinerungsleistung von Zerkleinerungswalzen (2) maximiert ist.
Zerkleinerer nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass Steuerbefehle zur Gewährleitung eines außerhalb von Resonanzen liegenden Arbeitsbetriebs von Elektromotoren (3) und/oder Zerkleinerungswalzen (2) vorgesehen sind.
Zerkleinerer nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass dieser eine Zerkleinerungswalze (2) aufweist, dessen Elektromotor (3) oder Elektromotoren (3) mittels Steuerbefehlen mit einer modulierten Drehzahl betrieben sind.
Zerkleinerer nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass dieser mehrere Zerkleinerungswalzen (2) aufweist, deren Elektromotoren (3) mittels Steuerbefehlen mit unterschiedlichen Drehzahlen oder Drehzahlmodulationen betrieben sind.
Zerkleinerer nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass dieser mehrere Zerkleinerungswalzen (2) aufweist, welche mittels Steuerbefehlen bei gleichen Drehzahlen dieser Antriebe mit einem Winkelversatz betrieben sind.