Mahlwalze und Verfahren zu ihrer Herstellung

Abstract

 Um insbesondere für die Mahlwalzen von Hochdruck-Walzenmühlen zur Druckzerkleinerung körnigen Gutes eine für den autogenen Verschleißschutz mit Anwendung der Rasterpanzerungstechnik geeignete Oberflächenpanzerung zu schaffen, die durch hohe Verschleiß- und Druckfestigkeit ein hohes Standzeitvermögen aufweist und die doch relativ einfach und insgesamt kostengünstig zu fertigen und zu reparieren ist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, in die Außenoberfläche des Walzenmantels (10) voneinander beabstandete Vertiefungen (11, 12) einzuformen und in die Vertiefungen vorgefertigte hochverschleißfeste Hartkörper (13, 14) einzupressen, und zwar auf eine Klebemasse (17), welche den mit Hohlräumen ausgestatteten Raum zwischen dem Grund (15) der Vertiefungen und der Unterseite (16) der eingepassten Hartkörper (13, 14) ausfüllt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Mahlwalze für die Druckzerkleinerung körnigen Gutes, insbesondere für Rollenpressen zur Gutbettzerkleinerung, mit einem Walzenmantel mit verschleißfester Oberflächenpanzerung, die abwechselnd Zonen hochverschleißfesten Werkstoffs und Zwischenraumzonen anderer Verschleißfestigkeit aufweist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der Mahlwalze.

[0002] Bei Walzenmühlen wird körniges sprödes Mahlgut 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 bzw. Walzenpresse, bei der die einzelnen Partikel des durch Reibung in den Walzenspalt eingezogenen Mahlgutes in einem Gutbett, d. h. in einer zwischen den beiden Walzenoberflächen zusammengedrückten Materialschüttung bei Anwendung eines hohen Druckes gegenseitig zerquetscht werden. Es versteht sich, dass dabei die Walzenoberflächen einer hohen Beanspruchung und einem hohen Verschleiß ausgesetzt sind.

[0003] An solche Walzenoberflächen werden wenigstens die folgenden Anforderungen gestellt: Sie sollen eine hohe Verschleißwiderstandsfähigkeit haben, kostengünstig hergestellt werden können, durch den Betreiber bzw. Kunden repariert werden können, und auch ein gutes Einzugsverhalten für das zu zerkleinernde Gut besitzen.

[0004] Es ist bekannt, die Walzenoberflächen von Gutbettzerkleinerungs-Walzenmühlen bzw. Rollenpressen dadurch verschleißfester zu machen, indem auf der Walzenoberfläche eine Vielzahl von vorgefertigten Hartmetallkörpern wie z. B. Noppenbolzen angeordnet wird, die in entsprechenden Nuten bzw. Sacklochbohrungen des Walzenmantels eingelagert sein können (EP-B-0516952 Figur 2). Bei dieser sogenannten Rasterpanzerung 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 Walzenmühle auf der Walzenoberfläche die Zwischenräume zwischen den Noppenbolzen mit dem zusammengepressten feinkörnigen Gutmaterial ausgefüllt bleiben, welches einen autogenen Verschleißschutz für die Walzenoberflächen bildet und aufgrund seiner Rauhigkeit ein gutes Einzugsverhalten aufweist.

[0005] Während zur Herstellung der Rasterpanzerung das Aufschweißen vorgefertigter Noppenbolzen nur bei einem aufschweißbaren Bolzenmaterial wie z. B. Baustahl oder dergleichen möglich wäre, ist andererseits die Befestigung vorgefertigter Noppenbolzen in entsprechenden Sackloch-Bohrungen des Walzenmantels infolge der spanenden Bearbeitung fertigungstechnisch verhältnismäßig aufwendig und in einem Schadensfall von einem Betreiber praktisch nicht zu reparieren.

[0006] Außerdem ist aus der EP-B-0659108 eine Oberflächenpanzerung von Pressenwalzen bekannt, mit Zonen hochverschleißfesten Werkstoffs und Zwischenraumzonen mit einem Werkstoff anderer, z. B. geringerer Verschleißfestigkeit, wobei die hochverschleißfesten Zonen aus durch heißisostatisches Pressen hergestellte plättchenförmige Hartkörper gebildet sind, die wie der aus sinterfähigem Verbundwerkstoff bestehende Zwischenraumwerkstoff durch einen heißisostatischen Pressvorgang am Walzenkörper befestigt sind. Durch schnelleren Verschleiß des weniger verschleißfesten Zwischenraumwerkstoffs soll sich im Walzenbetrieb eine Walzenoberflächenprofilierung einstellen mit zwischen den Hartkörpern angeordneten Mulden bzw. Zwischenräumen, die im Betrieb der Walzenpresse mit zusammengepresstem feinkörnigen Gut ausgefüllt sind, das als autogener Verschleißschutz während der Walzenumdrehungen in den Mulden bzw. Zwischenräumen zwischen den Hartkörpern verbleibt. Es versteht sich, dass diese Oberflächenpanzerung von Pressenwalzen von einem Betreiber überhaupt nicht zu reparieren ist.

[0007] Ferner ist aus der EP-B-0563564 eine Mahlwalze für eine Gutbettwalzenmühle bekannt, bei welcher der Walzenmantel aus einem verschleißfesten Hartguss besteht. Dabei sind auf die Außenoberfläche des Hartguss-Walzenmantels Profilierungs-Schweißraupen aufgeschweißt, die sich kreuzen können, so dass dann ein rautenförmiges Schweißraupen-Gittermuster zwecks Erzielung eines autogenen Verschleißschutzes entsteht. Abgesehen davon, dass es problematisch ist, Hartguss einwandfrei zu schweißen, besonders wenn der Hartgusswerkstoff einen hohen Anteil an Kohlenstoff, Chrom etc enthält, ist die Fertigung dieses Hartguss-Walzenmantels mit anschließender spezieller Auftragsschweißung aufwendig. Die Standzeit der Auftragsschweißraupen ist begrenzt.

[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, insbesondere für die Mahlwalzen von Hochdruck-Walzenmühlen bzw. Walzenpressen zur Druckzerkleinerung körnigen Gutes eine für den autogenen Verschleißschutz mit Anwendung der Rasterpanzerungstechnik geeignete Oberflächenpanzerung zu schaffen, die durch hohe Verschleiß- und Druckfestigkeit ein hohes Standzeitvermögen aufweist und die doch relativ einfach und insgesamt kostengünstig zu fertigen und auch zu reparieren ist.

[0009] Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorrichtungsmäßig mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und herstellungsmäßig mit den Maßnahmen des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0010] Bei der erfindungsgemäßen Oberflächenpanzerung von Mahlwalzen bzw. Pressenwalzen sind in der Außenoberfläche des Walzenmantels voneinander beabstandete Vertiefungen eingeformt, was besonders dann einfach zu bewerkstelligen ist, wenn der Walzenmantel aus einem Metallgusskörper besteht, so dass jegliche spanende Bearbeitungsvorgänge wie das Anbringen von Nuten, Bohrungen etc. entfallen können. In Draufsicht betrachtet können die Vertiefungen des Walzenmantels kreisrund, länglich, vieleckig, rechteckig, quadratisch oder auch rombenförmig mit Spitzen in Walzenumfangsrichtung oder auch mit Spitzen in Axialrichtung sein. In diese Vertiefungen sind entsprechende vorgefertigte hochverschleißfeste Hartkörper insbesondere aus Sintermetall eingepasst. Der Grund der Vertiefungen und die Unterseite der Hartkörper sind z. B. durch Hämmern mit einer bestimmten Rauhtiefe hergestellt worden, so dass sich zwischen der Unterseite der einzupassenden Hartkörper und dem Grund der Vertiefungen Hohlräume bilden können. Vor dem Einpassen der Hartkörper in ihre jeweiligen Vertiefungen der Walzenoberfläche wird auf dem Grund der Vertiefungen und/oder auf die Unterseite der Hartkörper in einfacher Weise eine Klebemasse aufgetragen, die dann beim Einpassen der Hartkörper die durch die Rauhtiefen gebildeten Hohlräume ausfüllt. Dann werden die eingepassten Hartkörper mittels eines Werkzeuges in ihre Vertiefungen eingepresst und ein Klebedruckvorgang eingeleitet, der zu einer sehr festen Verbindung führt.

[0011] Das Werkzeug zur Durchführung des Klebedruckvorganges kann eine hydraulische oder auch mechanische Presse sein. Mit besonderem Vorteil ist das Werkzeug ein um die eingepassten Hartkörper aufgestülpter heißer Schrumpfring, der auf eine Temperatur von z. B. 200°C aufgeheizt worden ist und der nach seiner Abkühlung, d. h. nach seiner Schrumpfung von den eingepressten Hartkörpern wieder abgenommen wird, wozu der als Werkzeug dienende Schrumpfring aus wenigstens zwei Teilen z. B. zwei Ringhälften zusammengesetzt ist.

[0012] Damit der als Werkzeug dienende Schrumpfring seine Funktion des Einpressens der Hartkörper in die Vertiefungen des Walzmantels gut erfüllen kann und der Schrumpfring an den Oberseiten der einzupressenden Hartkörper satt anliegt, kann es vorteilhaft sein, dass der Schrumpfring an seiner Innenseite in den Zonen, die den einzupressenden Hartkörpern gegenüberliegen, entsprechende radial nach innen gerichtete Erhebungen aufweist, in der gleichen Form wie die einzupressenden Hartmetallkörper.

[0013] Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die Klebemasse zur Herstellung der Klebeverbindung zwischen den Hartkörpern und dem Grund der Vertiefungen noch mit Hartmetallsplittern wie z. B. Hartmetallkarbidsplittern versehen sein, wodurch die Festigkeit der Klebeverbindung noch erhöht wird.

[0014] Die erfindungsgemäße Oberflächenpanzerung ist hochverschleißfest und doch vergleichsweise einfach herzustellen. Sollte sich im Betrieb der Rollenpresse bzw. Gutbett-Walzenmühle eine Klebeverbindung eines Hartkörpers lösen, so kann in einem solchen Schadensfall die Walzenoberfläche vom Betreiber selbst repariert werden. Die Zwischenraumzonen des Walzenmantels zwischen den in die Walzenmantelvertiefungen eingepassten Hartkörpern können beim Betrieb der Walzenmaschine durch den eingangs beschriebenen autogerten Verschleißschutz gegen Verschleiß geschützt werden.

[0015] Die Erfindung und deren weitere Merkmale und Vorteile werden anhand der in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

[0016] Es zeigt:

Fig. 1:

im Vertikalschnitt quer zur Walzenachse die erfindungsgemäße Oberflächenpanzerung für die Walze einer Hochdruck-Walzenpresse ausschnittsweise,

Fig. 2:

in etwas verkleinertem Maßstab die Draufsicht auf die Oberflächenpanzerung der Figur 1 mit mehreren im Walzenmantel eingepassten benachbarten Hartkörpern,

Fig. 3-5:

in nochmals verkleinertem Maßstab die Draufsicht auf benachbart im Walzenmantel eingepasste Hartkörper mit einer jeweils wieder anderen Konfiguration, und

Fig. 6:

die Stirnansicht eines als Werkzeug dienenden Schrumpfringes.

[0017] Nach Figur 1 sind in die Außenoberfläche eines Walzenmantels 10 voneinander beabstandete Vertiefungen 11, 12 eingeformt. In diese Vertiefungen sind vorgefertigte hochverschleißfeste Hartkörper 13, 14 eingepasst, die auch erhaben über den Außendurchmesser des Grundkörpers hinausgehen können. Die Hartkörper können insbesondere aus Sintermetall bestehen und sie können gemäß Draufsicht der Figur 2 z. B. eine zylindrische Form haben. Der Durchmesser der Hartkörper 13, 14 kann z. B. 70 mm betragen, und der kleinste Abstand benachbarter Hartkörper voneinander kann an den Trennfugen 20 z. B. 20 mm betragen. Der Grund 15 der Vertiefungen 11, 12 sowie die Unterseite 16 der Hartkörper 13, 14 sind mit einer bestimmten Rauhtiefe hergestellt worden, so dass die beiden Flächen nicht satt aufeinander liegen, sondern zwischen beiden Flächen kleine Hohlräume gebildet worden sind. Vor dem Einpassen der Hartkörper 13, 14 in ihre jeweiligen Vertiefungen 11, 12 der Walzenoberfläche ist auf den Grund 15 der Vertiefungen und/oder auf die Unterseite 16 der Hartkörper eine Klebemasse 17 aufgetragen worden. Nachdem dann die Hartkörper 13, 14 in ihre Vertiefungen eingesetzt worden sind, wird um alle kalten Hartkörper herum ein z. B. auf etwa 200°C erhitzter, in Figur 1 ausschnittsweise und in Figur 6 in Stirnansicht dargestellter Schrumpfring 18 aufgestülpt, der bei seiner Abkühlung schrumpft und dabei die Hartkörper 13, 14 radial nach innen auf die Klebemasse 17 presst. Nach Abschluss des Klebedruckvorganges, d. h. nach Abkühlung des Schrumpfringes 18 wird dieser von den eingepressten Hartkörpern 13, 14 wieder abgenommen, wozu der Schrumpfring aus wenigstens zwei Teilen, nach Figur 6 aus den zwei Hälften 18a und 18b mit Spannverbindung 19 zusammengesetzt ist.

[0018] Die Hartmetallplättchen 13, 14, die nach der Draufsicht der Figur 2 eine zylindrische Gestalt haben können, können nach Figur 3 aber auch rechteckig, vieleckig, quadratisch oder nach Figur 4 rombenförmig mit Spitzen in Umfangsrichtung sowie nach Figur 5 auch rombenförmig mit Spitzen in Axialrichtung usw. sein.

[0019] Wichtig ist, dass - wie aus Figur 2 hervorgeht - die Trennfugen 20 zwischen benachbarten Hartkörpern 13, 14 deutlich kleiner sind als die Hartkörper selbst und zueinander versetzt angeordnet sind, so dass auf der Walzenoberfläche keine umlaufenden Riefen entstehen, die dann zu einem entsprechenden Verschleiß der Walzenoberfläche führen würden.

[0020] In Figur 1 ist noch zu sehen, dass der als Werkzeug dienende Schrumpfring 18 an seiner Innenseite in den Zonen, die den einzupressenden Hartkörpern 13, 14 gegenüberliegen, entsprechende radial nach innen gerichtete Erhebungen 21 aufweisen kann, die satt an den Oberseiten der Hartkörper 13, 14 anliegen, wodurch eine sichere Übertragung der Kräfte während der Schrumpfung des aufgeschobenen Schrumpfrings 18 auf die eingepassten Hartkörper 13, 14 gewährleistet ist.

[0021] Wenn der Walzenmantel 10 der Mahlwalze ein Metallgusskörper ist, so kann er auch aus wenigstens zwei unterschiedlichen flüssigen Gießmassen in einem einzigen Gussverfahren hergestellt worden sein. Im Verbundguss werden die wenigstens zwei Gießmassen so verteilt, dass im Außenbereich des Walzenmantels eine härtere Metallgussmasse und im radialen Innenbereich des Walzenmantels eine weichere Metallgussmasse konzentriert werden. Die Metallgussmassen können so aufeinander abgestimmt sein, dass im Mischzonenbereich gute Materialverträglichkeit herrscht und keine Spannungen auftreten. Der gesamte Walzenmantel 10 kann im Schleudergussverfahren hergestellt sein, bei dem in eine entsprechende Form zunächst die härtere Metallgussmasse und danach die weichere sowie zähere Metallgussmasse eingeschleudert werden. Gleichzeitig werden bei diesem Verbundgießen in die Außenoberfläche des Walzenmantels 10 die Vertiefungen 11, 12 eingeformt, wodurch eine spanende Bearbeitung des Walzenmantels entfällt. Der im Außenbereich des Walzenmantels 10 befindliche Gusswerkstoff kann mit Vorteil eine Härte von mehr als 55 HRC (Härteprüfung nach Rockwell C) aufweisen. Der Gusswerkstoff kann chromlegiert sein und auch Sondercarbide sowie andere harte Legierungsbestandteile enthalten.

[0022] Wenn die hochverschleißfesten Hartkörper 13, 14 von der Walzenoberfläche vorspringend angeordnet sind, können nach einem weiteren Merkmal der Erfindung in den Zwischenräumen zwischen den benachbarten vorgefertigten Hartkörpern 13, 14 auf der Walzenmanteloberfläche vorgefertigte hochverschleißfeste insbesondere pulvermetallurgisch oder pulverkeramisch hergestellte Plättchen befestigt sein, die sich an den eingesetzten Hartkörpern 13, 14 gegen seitliche Verschiebung abstützen können. Diese hochverschleißfesten Plättchen, welche die Oberfläche des Walzenmantels 10 zwischen den Hartkörpern 13, 14 gegen vorzeitiges Auswaschen schützen sowie die Standzeit der Hartkörper 13, 14 verlängern können, können durch Klebverbindung, Lötverbindung, durch heißisostatisches Pressen oder auch durch eine Formschlussverbindung mit dem Walzenmantel 10 verbunden sein. Diese zusätzliche Verschleißschutzmaßnahme ist auch für solche Walzenmäntel anwendbar) die nicht aus Metallguss bestehen, sondern z. B. aus Walzmaterial.

Ansprüche

1. Mahlwalze für die Druckzerkleinerung körnigen Gutes, insbesondere für Rollenpressen zur Gutbetizerkleinerung, mit einem Walzenmantel (10) mit verschleißfester Oberflächenpanzerung, die abwechselnd Zonen hochverschleißfesten Werkstoffes und Zwischenraumzonen anderer Verschleißfestigkeit aufweist,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) in der Außenoberfläche des Walzenmantels (10) sind voneinander beabstandete Vertiefungen (11, 12) eingeformt,

b) in die Vertiefungen sind vorgefertigte hochverschleißfeste Hartkörper (13, 14) eingesetzt,

c) zwischen dem Grund der Vertiefungen (11, 12) und der Unterseite der Hartkörper (13, 14) sind durch entsprechende Rauhtiefen dargestellte Hohlräume gebildet, die durch eine Klebemasse (17) ausgefüllt sind.

2. Mahlwalze nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Klebemasse (17) zur Herstellung der Klebeverbindung mit Hartmetallsplittern wie z. B. Hartmetallcarbidsplittern versehen ist.

3. Mahlwalze nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (11, 12) des Walzenmantels (10) sowie die eingesetzten Hartkörper (13, 14) kreisrund, vieleckig, rechteckig, quadratisch oder rombenförmig mit Spitzen in Walzenumfangsrichtung oder mit Spitzen in Axialrichtung sind.

4. Mahlwalze nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Walzenmantel (10) aus einem Metallgusskörper besteht.

5. Mahlwalze nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass der Metallgusskörper-Walzenmantel aus wenigstens zwei unterschiedlichen Gussmassen besteht derart, dass im Außenbereich des Walzenmantels eine härtere Gussmasse und im radialen Innenbereich des Walzenmantels eine weichere Gussmasse konzentriert ist.

6. Mahlwalze nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der im Außenbereich des Walzenmantels (10) befindliche Gusswerkstoff aus einem chromlegierten Hartguss besteht.

7. Mahlwalze nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass in den Zwischenräumen zwischen den eingesetzten benachbarten vorgefertigten hochverschleißfesten Hartkörpern (13, 14) auf der Walzenmanteloberfläche vorgefertigte, verschleißfeste insbesondere pulvermetallurgisch oder pulverkeramisch hergestellte Plättchen befestigt sind, die sich an den eingesetzten Hartkörpern gegen seitliche Verschiebung abstützen können.

8. Mahlwalze nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die verschleißfesten Plättchen durch Klebverbindung, Lötverbindung, durch heißisostatisches Pressen oder auch durch Formschlussverbindung mit dem Walzenmantel verbunden sind.

9. Verfahren zur Herstellung einer Mahlwalze für die Druckzerkleinerung körnigen Gutes, insbesondere für Rollenpressen zur Gutbettzerkleinerung, mit in der Walzenoberfläche angeordneten Vertiefungen (11, 12), in die vorgefertigte hochverschleißfeste Hartkörper (13, 14) eingesetzt werden,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) der Grund (15) der Vertiefungen (11, 12) und die Unterseite (16) der Hartkörper (13, 14) werden mit einer bestimmten Rauhtiefe gefertigt,

b) vor Einpassen der Hartkörper (13, 14) in die Vertiefungen (12, 13) der Walzenoberfläche wird auf den Grund (15) der Vertiefungen und/oder auf die Unterseite (16) der Hartköper eine Klebemasse (17) aufgetragen,

c) nachdem die Hartkörper (13, 14) in ihre Vertiefungen (11, 12) eingesetzt sind, werden die Hartkörper durch einen Klebedruckvorgang eingepresst, insbesondere durch Aufstülpen eines wenigstens zweiteiligen erhitzten Schrumpfringes (18) als Werkzeug,

d) nach Abkühlung des Schrumpfringes (18), d. h. nach dessen Schrumpfung wird der Schrumpfring von den eingepressten Hartkörpern (13, 14) abgenommen.

10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass der Schrumpfring (18) an seiner Innenseite in den Zonen, die den einzupressenden Hartkörpern (13, 14) gegenüberliegen, entsprechende radial nach innen gerichtete Erhebungen (21) aufweist.

11. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Oberflächenpanzerung auf einer am Walzengrundkörper befestigten Ringbandage angebracht ist, zunächst die Bandage ohne eingesetzte Hartkörper auf dem Walzengrundkörper befestigt wird, insbesondere durch Aufschrumpfen und/oder Kleben, wonach die Hartkörper (13, 14) in die Vertiefungen (11, 12) der Bandage eingesetzt werden und der erhitzte Schrumpfring (18) als Werkzeug zur Durchführung des Klebedruckvorganges um die eingepassten Hartkörper (13, 14) aufgestülpt wird.

Zeichnung