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Die
Erfindung betrifft eine Panzerung der Oberflächen von Rollenpressen-Presswalzen
für die Druckbehandlung insbesondere Gutbettzerkleinerung
körnigen Gutmateriales.
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Bei
Walzenmühlen wird körniges sprödes Gutmaterial
in den Walzenspalt, durch den die beiden drehbar gelagerten gegenläufig
rotierbaren Walzen voneinander getrennt sind, eingezogen und dort einer
Druckzerkleinerung unterworfen. Bekannt ist auch die sogenannte
Gutbettzerkleinerung im Walzenspalt einer Hochdruck-Walzenmühle,
auch Rollenpresse genannt, bei der die einzelnen Partikel des durch
Reibung in den Walzenspalt eingezogenen Gutmateriales in einem Gutbett,
d. h. in einer zwischen den beiden Walzenoberflächen zusammengedrückten
Materialschüttung bei Anwendung eines hohen Druckes gegenseitig
zerquetscht werden. Dabei sind die Walzenoberflächen einer
hohen Druckbeanspruchung und Verschleißbeanspruchung ausgesetzt.
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In
der
DE 10 2004
043 562 A1 sind für die Presswalzen solcher Rollenpressen
als Walzenmantel dickwandige Ringbandagen vorgeschlagen worden,
deren Werkstoff aus einem wärmebehandelten Kugelgraphitguss
mit bainitischem Gefüge mit Restaustenit besteht, wobei
ein solcher Werkstoff oft mit ADI (Austempered Ductile Iron) bezeichnet
wird (
Gießerei-Praxis Nr. 7/8 – 1997,
Seite 152). Ein solcher Werkstoff zeichnet sich dadurch
aus, dass durch äußere Druckbelastung der Bandagenoberfläche
der Gusswerkstoff in den Randschich ten der Bandagen aufhärtet.
Bekannt ist auch, in die Außenoberfläche solcher
Ringbandagen voneinander beabstandete Vertiefungen einzuformen,
in die im Betrieb der Rollenpresse zu behandelndes Gutmaterial eingepresst wird,
welches dort während der Walzenumdrehungen verbleiben soll,
einen autogenen Verschleißschutz für die Bandagenoberflächen
bilden und aufgrund seiner Rauhigkeit auch ein gutes Einzugsverhalten aufweisen
soll. Allerdings ist die Gefahr nicht ausgeschlossen, dass im Rollenpressenbetrieb
im Walzenspalt gepresstes Gutmaterial in unerwünschter
Weise über die Walzenmantelstirnseiten hinaus herausgedrückt
wird.
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Weiterhin
ist es bekannt, die Walzenränder dadurch zu panzern, dass
im Bereich der umlaufenden Walzenrandkanten eine Umfangsnut angeordnet wird,
die mit Auftragsschweißmaterial ausgefüllt wird.
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Ferner
ist es aus der Broschüre 2-201d "Mahlanlagen von
KHD Humboldt Wedag", 7/2000, Seiten 18 und 19 bekannt,
den o. g. autogenen Verschleißschutz auf den Rollenoberflächen
von Rollenpressen dadurch zu realisieren, dass auf der Rollenoberfläche
eine Vielzahl von vorgefertigten Hartkörpern wie z. B.
pulvermetallurgisch hergestellten Noppenbolzen angeordnet wird,
die in entsprechende Lochbohrungen des Walzenmantels eingelagert
sind, wobei diese Verschleißschutztechnologie Rasterpanzerung
genannt wird. Dabei stehen die Noppenbolzen mit einer so großen
Höhe nach außen von der Walzenoberfläche
vor und sie sind mit einem solchen Abstand voneinander angeordnet,
dass im Betrieb der Rollenpresse die Zwischenräume zwischen
den Noppenbolzen mit dem zusammengepressten feinkörnigen
Gutmaterial zwecks Herbeiführung des autogenen Verschleißschutzes
ausgefüllt bleiben. Diese Art der Panzerung der Oberflächen
von Rollenpressen-Presswalzen hat sich bei der Gutbettzerkleinerung
insbesondere von Erzmaterial in der Praxis bewährt. Allerdings
ist Sorge dafür zu tragen, dass wegen der Belastung der
Noppenbolzen im Betrieb nicht Risse im Walzenmantel insbesondere
am Grund der Noppenbolzen-Bohrungen auftreten.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die Oberflächen
von Rollenpressen-Presswalzen für die Druckbehandlung insbesondere
Gutbettzerkleinerung körnigen Gutmateriales eine Panzerung
zu schaffen, die bezüglich Standzeitvermögen und Höhe
des einsetzbaren Walzenpressdruckes und Verschleißwiderstandsfähigkeit
bisherige Grenzen überwinden kann.
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Diese
Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit einer Panzerung
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Bei
der erfindungsgemäßen Presswalzenpanzerung besteht
der Werkstoff des Walzenmantels aus ADI (Austempered Ductile Iron).
Dieser Werkstoff weist eine hohe Bruchdehnung, Druckfestigkeit und
Zähigkeit auf. Überraschend hat sich gezeigt, dass
sich dieser hoch legierte Werkstoff mit Werkzeugen gut bearbeiten
lässt, dass also Ausnehmungen eingearbeitet wie z. B. Löcher
gebohrt werden können zum Einsatz von z. B. stiftförmigen
Hartkörpern zur Ermöglichung des oben beschriebenen
autogenen Verschleißschutzes. Darüber hinaus hat sich
gezeigt, dass dieser Werkstoff infolge seines Kugelgraphitgussgefüges
ggf. auftretende Mikrorisse zum Stoppen bringt und eine hohe Rissunempfindlichkeit
aufweist, so dass die Rissgefährdung des Walzenmantels
ausgehend besonders vom Bohrungsgrund oder Nutgrund minimiert ist.
Im Gegenteil: Der Grundwerkstoff ADI bildet im Betrieb der Rollenpresse
bei Belastung durch Druckverfestigung harte Oberflächenschichten,
welche in der Lage sind, die in Ausnehmungen wie Bohrungen eingesetzten Hartkörper
wie Noppenbolzen spielfrei festzuhalten und einen Walzenmantelverschleiß durch
sonst auftretende Mikrobewegungen der Hartkörper erst gar nicht
auftreten zu lassen.
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Weil
bei der erfindungsgemäßen Oberflächenpanzerung
selbst bei Anwendung von Hartkörpern die Gefahr der Rissbildung
im Walzenmantel minimiert ist, können deutlich höhere
Pressdrücke im Walzenspalt der Rollenpresse zur Durchführung
der energiesparenden Gutbettzerkleinerung angewandt werden, wobei
dann allerdings die Neigung steigt, dass ein Teil des autogenen
Verschleißschutzmaterials sowie des zwischen den Presswalzen
gepressten Gutmaterials in unerwünschter Weise über
die Walzenmantelstirnseiten hinaus gedrückt werden kann. Um
dies zu verhindern, sind wenigstens an den Walzenmantelstirnseiten
an deren Rändern Hartkörper fixiert, die radial
und axial vom Walzenmantel vorstehen und die einerseits einen Damm
für das gepresste Gutmaterial und andererseits einen Verschleißschutz für
die Walzenmantelstirnseiten bilden.
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Würde
man dagegen bei einem Walzenmantel aus dem Werkstoff ADI auf die
ringförmigen Walzenränder umlaufende Umfangsschweißraupen
als Schweißlagen-Randwulstringe aufschweißen,
würden Spannungsrisse erzeugt werden, die entstehen, wenn
auf einer unprofilierten ADI-Werkstoffoberfläche geschweißt
wird.
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Der
Walzenpressdruck kann erfindungsgemäß deutlich
erhöht werden, ohne Gefahr zu laufen, dass im Walzenmantel
Risse entstehen. Durch den möglichen erhöhten
Pressdruck mit Einsatz von Hartkörpern wird das in die
Zwischenräume gepresste Gut noch sicherer festgehalten
für den autogenen Verschleißschutz selbst bei
relativ spröden der Gutbettzerkleinerung zu unterziehenden
Gutmaterialien wie z. B. Schlacke.
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Bei
der erfindungsgemäßen Presswalzenpanzerung können
die in den Walzenmantel eingeformten voneinander beabstandeten Ausnehmungen längs
Walzenmantellinien verlaufende Durchgangsnuten sein, die an ihren
beiden an den Walzenmantelstirnseiten gelegenen Enden durch je einen
fixierten Hartkörper abgeschlossen sind. Zu diesem Zweck
können aber auch an den Walzenrändern Ringsegmente
angeordnet sein, die an der Walzenstirnseite lösbar befestigt
sind, wobei dann mehrere solcher Ringsegmente jeweils zu einem Kreisring
zusammengesetzt sind, z. B. 8 Stück 45°-Ringsegmente
oder z. B. 12 Stück 30°-Ringsegmente.
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Um
die Rissbildungsgefahr bei der erfindungsgemäßen
Presswalzenpanzerung noch weiter zu minimieren, können
die radial inneren Enden der zylindrischen oder mehreckigen pulvermetallurgisch hergestellten
Hartkörper sowie die entsprechenden Walzenmantel-Ausnehmungen
bzw. Bohrungen in ihrem tiefsten Bereich nach außen gekrümmte
Flächen, annähernd die gewölbte Form
einer Halbkugelkalotte aufweisen, um Kerbspannungen im Walzenmantel
gar nicht entstehen zu lassen.
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Die
Erfindung und deren weitere Merkmale und Vorteile werden anhand
der in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
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Es
zeigt:
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1:
in perspektivischer Ansicht einen Ausschnitt aus einem an der rechten
Stirnseite gelegenen Bereich einer dickwandigen Ringbandage als Walzenmantel
einer Rollenpressen-Presswalze zur Gutbettzerkleinerung körnigen
Gutmaterials mit einer ersten Ausführungsform einer Oberflächenpanzerung,
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2:
die Panzerung der 1, bevor die an den Walzenmantelstirnseiten
fixierbaren Hartkörper eingesetzt worden sind,
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3:
die Panzerung der 1 und 2 mit Anwendung
von zusätzlichen Schweißpanzerungen,
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4:
die Walzenpanzerung der 3 mit Rand-Hartkörpern
einer etwas anderen Konfiguration,
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5:
ausschnittsweise die Stirnansicht eines gepanzerten Walzenmantels
mit Rand-Hartkörpern wie bei 1 und mit über
die gesamte Walzenoberfläche verteilten in Bohrungen angeordneten Noppenbolzen
als Rasterpanzerung,
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6–8:
wiederum perspektivisch als weitere Ausführungsformen Presswalzenpanzerungen,
deren Panzerung an den Walzenrändern durch profilierte
und hartaufgeschweißte Ringsegmente zusammengesetzt sind.
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Bei
der Walzenpanzerung der 1 sowie auch der übrigen
Figuren besteht der Werkstoff des als dickwandige Ringbandage gegossenen
Walzenmantels 10 aus ADI, einem Werkstoff, der gut spanend
zu bearbeiten ist und sich durch hohe Rissunempfindlichkeit auszeichnet.
Wie auch in 2 deutlich zu erkennen, sind
in den Walzenmantel 10 voneinander beabstandete längs
Walzenmantellinien, also achsial verlaufende durchgehende Durchgangsnuten 11 eingeformt
bzw. eingearbeitet, die an ihren beiden an den Walzenmantelstirnseiten
gelegenen Enden durch je einen fixierbaren pulvermetallurgisch hergestellten
Hartkörper 12 abgeschlossen sind, wobei die Hartkörper
bei 2 noch weggelassen aber bei den 1 und 3 bereits
eingesetzt sind. Diese Hartkörper 12 sind in radiale
Ausnehmungen 13 des Walzenmantels 10 eingesetzt
derart, dass sie wenigstens radial von der Walzenoberfläche
und ggf. auch axial von der Walzenmantelstirnfläche vorstehen.
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Die
um den Umfang der Walzenmantelstirnseiten verteilten Hartkörper 12 weisen
jeweils einen zylindrischen Teil 14 auf, der in die radialen
Ausnehmungen 13 des Walzenmantels 10 eingepasst
ist, wodurch die Hartkörper 12 im Walzenmantel 10 axial gesichert
sind, während sie insbesondere durch Einklebung radial
gesichert sind. Der sich an den zylindrischen Teil 14 der
Rand-Hartkörper 12 nach außen anschließende
Teil hat im Querschnitt ein Rechteckformat.
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Im
Betrieb der Rollenpresse sind die nutförmigen Ausnehmungen 11 mit
zusammengepresstem feinkörnigen Gutmaterial ausgefüllt,
das einen autogenen Verschleißschutz bildet. Die an den
Walzenmantelstirnseiten in die radialen Ausnehmungen 13 eingesetzten
vorstehenden Rand-Hartkörper 12 verhindern ein
Herausdrücken des autogenen Verschleißschutzmateriales
sowie des im Walzenspalt bei der Gutbettzerkleinerung gepressten
Gutmaterials über die Walzenmantelstirnseiten hinaus, und
außerdem dienen diese Rand-Hartkörper 12 zum
Verschleißschutz der beiden Walzenmantelstirnseiten.
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Aus 3 geht
hervor, dass die zwischen den beabstandeten Nuten 11 liegenden
Profilierungsvorsprünge der Walzenmanteloberfläche
noch durch aus Hartstoffen bestehende Auftragsschweißraupen 15 gepanzert
sein können. Diese zusätzliche Schweißpanzerung
schafft keine Probleme, da die beim Auftragsschweißen entstehenden
Schweißspannungen von den stegförmigen Profilierungsvorsprüngen
praktisch völlig abgebaut werden und die Gefahr der Rissbildung
durch Unternahtrisse im Walzenmantel vermieden ist.
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Die
Rand-Hartkörper 12a der 4 unterscheiden
sich von denjenigen der 1 bis 3 dadurch,
dass am zylindrischen Teil 14 des Rand-Hartkörpers 12a nach
innen gerichtet noch ein Steg 16 angeformt ist, wobei sich
diese Stege 16 von den Nutenden her in die Durchgangsnuten 11 erstrecken
und ein walzenstirnseitiges Herauspressen von Gutmaterial erschweren.
Bei dieser Ausführungsform ist die Gefahr des Anschweißens
der Rand-Hartkörper 12a durch die Auftragsschweißraupen 15 minimiert.
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Die
Stirnansicht der 5 lässt die über
den Umfang des Walzenmantels 10 an der Walzenmantelstirnseite
verteilten Rand-Hartkörper 12 bzw. 12a erkennen
sowie eine Vielzahl von über die gesamte Walzenoberfläche
verteilten in Bohrungen angeordneten Noppenbolzen 17 als
Rasterpanzerung für den autogenen Verschleißschutz,
wobei diese Rasterpanzerung sowohl an einem unprofilierten Walzenmantel
ohne Anwendung der achsialen Durchgangsnuten als auch an einem profilierten
Walzenmantel angeordnet werden kann. Um die Rissbildungsgefahr im
Walzenmantel 10 noch weiter zu reduzieren, haben die radial
inneren Enden 18 der zylindrischen Noppenbolzen 17 sowie
die entsprechenden Bohrungen in ihrem tiefsten Bereich annähernd
etwa die gewölbte Form einer Halbkugelkalotte. Im Betrieb
der Rollenpresse sind die Zwischenräume zwischen allen
vorstehenden Hartkörpern 17 und 12 mit
zusammengepresstem feinkörnigen Gutmaterial für
den autogenen Verschleißschutz ausgefüllt.
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Gemäß Ausführungsbeispiele
der 6 bis 8 ist die Presswalzen-Panzerung
an den Walzenrändern nicht durch um den Umfang verteilte
einzelne Rand-Hartkörper gebildet, sondern durch spezielle
Ringsegmente, die an der Walzenstirnseite lösbar befestigt
sind, wobei mehrere solcher Ringsegmente jeweils zu einem Kreisring
zusammensetzbar sind. In 7 ist ein einzelnes Walzenrand-Ringsegment 19 herausgezeichnet,
das sich über einen Kreisbogen von 45° erstreckt.
8 Stück solcher Ringsegmente 19 lassen sich zu
einem Kreisring zusammensetzen. Es können aber auch z.
B. 12 Stück solcher Ringsegmente mit einem Kreisbogen von
30° zu einem geschlossenen Kreisring zusammengesetzt sein.
Jedenfalls ist deutlich zu erkennen, dass die Ringsegmente 19 im
Querschnitt eine etwa U-förmig nach innen abgewinkelte
Nase 20 haben, mit der sie, wie aus 6 ersichtlich,
in eine in Nähe der Walzenmantelstirnseite liegende umlaufende
Umfangsnut 21 des Walzenmantels 10 eingehängt
sind. Durch die Nase 20 mit ihrer Steckverbindung sind
die Ringsegmente 19 axial gesichert, während die
radiale Sicherung durch Schraubenbolzen vorgenommen wird, die durch
entsprechende Löcher 22, 23 etc. der
Ringsegmente 19 hindurch in den Walzenmantel 10 eingeführt
werden.
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Der
Werkstoff der Rand-Ringsegmente 19 kann aus Stahl oder
Stahlguss bestehen, der an seiner Außenoberfläche
noch eine Verschleißschutzschicht aufweisen kann. Die Montage/Demontage der
auf diese Weise hergestellten Presswalzen-Randpanzerung ist erfindungsgemäß sehr
vereinfacht.
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Jedenfalls
dienen die Ringsegmente dazu, das beim Betrieb der Rollenpresse
in die Nuten 11 eingepresste Gutmaterial stirnseitig einzuhausen und
ein Herausdrücken des gepressten Gutmaterials axial über
die Seitenränder der Presswalzen hinaus zu verhindern.
Die an die Ringsegmente 19 angeformten axial verlaufenden
kurzen Stege 24, 25 etc. schließen die
Durchgangsnuten 11 der 6 an ihren
beiden Enden sicher ab.
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Auch
beim Ausführungsbeispiel der 6 können
wie bei 3 demonstriert die zwischen
den beabstandeten Nuten 11 liegenden Profilierungsvorsprünge
der Walzenmanteloberfläche noch durch aus Hartstoffen bestehende
Auftragsschweißraupen 15 gepanzert sein, die dann
bezüglich ihres Außenumfangs in einer Höhe
mit dem Außenumfang der Rand-Ringsegmente 19 liegen.
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Ein
zum Rand-Ringsegment 19 der 7 ähnliches
Rand-Ringsegment zeigt 8, deren etwa U-förmig
nach innen abgewinkelte Nase 20a eine etwas andere Konfiguration
aufweist. Jedenfalls ist sowohl an 7 als auch
an 8 zu erkennen, dass die Außenseiten der
abgewinkelten Nasen 20, 20a der Ringsegmente voneinander
beabstandete Nuteinbuchtungen 26, 27 aufweisen,
welche die längs Mantellinien in der Walzenmanteloberfläche verlaufenden
Nuten 11 an beiden Längsenden begrenzen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004043562
A1 [0003]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Gießerei-Praxis
Nr. 7/8 – 1997, Seite 152 [0003]
- - "Mahlanlagen von KHD Humboldt Wedag", 7/2000, Seiten 18 und
19 [0005]