DE10014836A1 - Mahlwalze und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

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.

Description

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

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 Walzen­ oberflächen zusammengedrückten Materialschüttung bei Anwendung eines hohen Druckes gegenseitig zerquetscht werden. Es versteht sich, dass da­ bei die Walzenoberflächen einer hohen Beanspruchung und einem hohen Verschleiß ausgesetzt sind.

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

Es ist bekannt, die Walzenoberflächen von Gutbettzerkleinerungs-Walzen­ mühlen bzw. Rollenpressen dadurch verschleißfester zu machen, indem auf der Walzenoberfläche eine Vielzahl von vorgefertigten Hartmetallkör­ pern wie z. B. Noppenbolzen angeordnet wird, die in entsprechenden Nu­ ten bzw. Sacklochbohrungen des Walzenmantels eingelagert sein können (EP-B-0516952 Fig. 2). Bei dieser sogenannten Rasterpanzerung stehen die Noppenbolzen mit einer so großen Höhe nach außen von der Walzen­ oberfläche vor und sie sind mit einem solchen Abstand voneinander ange­ ordnet, dass im Betrieb der Walzenmühle auf der Walzenoberfläche die Zwischenräume zwischen den Noppenbolzen mit dem zusammenge­ pressten feinkörnigen Gutmaterial ausgefüllt bleiben, welches einen auto­ genen Verschleißschutz für die Walzenoberflächen bildet und aufgrund seiner Rauhigkeit ein gutes Einzugsverhalten aufweist.

Während zur Herstellung der Rasterpanzerung das Aufschweißen vorge­ fertigter Noppenbolzen nur bei einem aufschweißbaren Bolzenmaterial wie z. B. Baustahl oder dergleichen möglich wäre, ist andererseits die Befesti­ gung 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.

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 Ver­ schleißfestigkeit, wobei die hochverschleißfesten Zonen aus durch heißi­ sostatisches Pressen hergestellte plättchenförmige Hartkörper gebildet sind, die wie der aus sinterfähigem Verbundwerkstoff bestehende Zwi­ schenraumwerkstoff durch einen heißisostatischen Pressvorgang am Wal­ zenkörper befestigt sind. Durch schnelleren Verschleiß des weniger ver­ schleißfesten Zwischenraumwerkstoffs soll sich im Walzenbetrieb eine Walzenoberflächenprofilierung einstellen mit zwischen den Hartkörpern an­ geordneten Mulden bzw. Zwischenräumen, die im Betrieb der Walzen­ presse mit zusammengepresstem feinkörnigen Gut ausgefüllt sind, das als autogener Verschleißschutz während der Walzenumdrehungen in den Mul­ den bzw. Zwischenräumen zwischen den Hartkörpern verbleibt. Es versteht sich, dass diese Oberflächenpanzerung von Pressenwalzen von einem Betreiber überhaupt nicht zu reparieren ist.

Ferner ist aus der EP-B-0563564 eine Mahlwalze für eine Gutbettwalzen­ mühle bekannt, bei welcher der Walzenmantel aus einem verschleißfesten Hartguss besteht. Dabei sind auf die Außenoberfläche des Hartguss-Wal­ zenmantels Profilierungs-Schweißraupen aufgeschweißt, die sich kreuzen können, so dass dann ein rautenförmiges Schweißraupen-Gittermuster zwecks Erzielung eines autogenen Verschleißschutzes entsteht. Abgese­ hen 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.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, insbesondere für die Mahlwal­ zen von Hochdruck-Walzenmühlen bzw. Walzenpressen zur Druckzerklei­ nerung körnigen Gutes eine für den autogenen Verschleißschutz mit An­ wendung 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.

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.

Bei der erfindungsgemäßen Oberflächenpanzerung von Mahlwalzen bzw. Pressenwalzen sind in der Außenoberfläche des Walzenmantels voneinan­ der beabstandete Vertiefungen eingeformt, was besonders dann einfach zu bewerkstelligen ist, wenn der Walzenmantel aus einem Metallgusskörper besteht, so dass jegliche spanende Bearbeitungsvorgänge wie das Anbrin­ gen 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 Walzen­ umfangsrichtung oder auch mit Spitzen in Axialrichtung sein. In diese Ver­ tiefungen 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 be­ stimmten Rauhtiefe hergestellt worden, so dass sich zwischen der Unter­ seite der einzupassenden Hartkörper und dem Grund der Vertiefungen Hohlräume bilden können. Vor dem Einpassen der Hartkörper in ihre jewei­ ligen Vertiefungen der Walzenoberfläche wird auf dem Grund der Vertie­ fungen 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 ein­ gepassten Hartkörper mittels eines Werkzeuges in ihre Vertiefungen ein­ gepresst und ein Klebedruckvorgang eingeleitet, der zu einer sehr festen Verbindung führt.

Das Werkzeug zur Durchführung des Klebedruckvorganges kann eine hyd­ raulische 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 Werk­ zeug dienende Schrumpfring aus wenigstens zwei Teilen z. B. zwei Ring­ hälften zusammengesetzt ist.

Damit der als Werkzeug dienende Schrumpfring seine Funktion des Ein­ pressens der Hartkörper in die Vertiefungen des Walzmantels gut erfüllen kann und der Schrumpfring an den Oberseiten der einzupressenden Hart­ körper satt anliegt, kann es vorteilhaft sein, dass der Schrumpfring an sei­ ner Innenseite in den Zonen, die den einzupressenden Hartkörpern ge­ genüberliegen, entsprechende radial nach innen gerichtete Erhebungen aufweist, in der gleichen Form wie die einzupressenden Hartmetallkörper.

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. Hartmetall­ karbidsplittern versehen sein, wodurch die Festigkeit der Klebeverbindung noch erhöht wird.

Die erfindungsgemäße Oberflächenpanzerung ist hochverschleißfest und doch vergleichsweise einfach herzustellen. Sollte sich im Betrieb der Rol­ lenpresse bzw. Gutbett-Walzenmühle eine Klebeverbindung eines Hartkör­ pers lösen, so kann in einem solchen Schadensfall die Walzenoberfläche vom Betreiber selbst repariert werden. Die Zwischenraumzonen des Wal­ zenmantels zwischen den in die Walzenmantelvertiefungen eingepassten Hartkörpern können beim Betrieb der Walzenmaschine durch den eingangs beschriebenen autogenen Verschleißschutz gegen Verschleiß geschützt werden.

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

Es zeigt:

Fig. 1 im Vertikalschnitt quer zur Walzenachse die erfindungsgemäße Oberflächenpanzerung für die Walze einer Hochdruck-Walzen­ presse ausschnittsweise,

Fig. 2 in etwas verkleinertem Maßstab die Draufsicht auf die Oberflä­ chenpanzerung der Fig. 1 mit mehreren im Walzenmantel einge­ passten 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.

Nach Fig. 1 sind in die Außenoberfläche eines Walzenmantels 10 von­ einander beabstandete Vertiefungen 11, 12 eingeformt. In diese Vertiefun­ gen sind vorgefertigte hochverschleißfeste Hartkörper 13, 14 eingepasst, die auch erhaben über den Außendurchmesser des Grundkörpers hinaus­ gehen können. Die Hartkörper können insbesondere aus Sintermetall be­ stehen und sie können gemäß Draufsicht der Fig. 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 Ver­ tiefungen 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 Fig. 1 ausschnitts­ weise und in Fig. 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 abge­ nommen, wozu der Schrumpfring aus wenigstens zwei Teilen, nach Fig. 6 aus den zwei Hälften 18a und 18b mit Spannverbindung 19 zusammen­ gesetzt ist.

Die Hartmetallplättchen 13, 14, die nach der Draufsicht der Fig. 2 eine zy­ lindrische Gestalt haben können, können nach Fig. 3 aber auch recht­ eckig, vieleckig, quadratisch oder nach Fig. 4 rombenförmig mit Spitzen in Umfangsrichtung sowie nach Fig. 5 auch rombenförmig mit Spitzen in Axialrichtung usw. sein.

Wichtig ist, dass - wie aus Fig. 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 Walzen­ oberfläche keine umlaufenden Riefen entstehen, die dann zu einem ent­ sprechenden Verschleiß der Walzenoberfläche führen würden.

In Fig. 1 ist noch zu sehen, dass der als Werkzeug dienende Schrumpf­ ring 18 an seiner Innenseite in den Zonen, die den einzupressenden Hart­ körpern 13, 14 gegenüberliegen, entsprechende radial nach innen gerich­ tete Erhebungen 21 aufweisen kann, die satt an den Oberseiten der Hart­ körper 13, 14 anliegen, wodurch eine sichere Übertragung der Kräfte wäh­ rend der Schrumpfung des aufgeschobenen Schrumpfrings 18 auf die ein­ gepassten Hartkörper 13, 14 gewährleistet ist.

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 Innen­ bereich des Walzenmantels eine weichere Metallgussmasse konzentriert werden. Die Metallgussmassen können so aufeinander abgestimm# sein, dass im Mischzonenbereich gute Materialverträglichkeit herrscht und keine Spannungen auftreten. Der gesamte Walzenmantel 10 kann im Schleuder­ gussverfahren hergestellt sein, bei dem in eine entsprechende Form zu­ nächst die härtere Metallgussmasse und danach die weichere sowie zä­ here 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 be­ findliche 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 Legierungs­ bestandteile enthalten.

Wenn die hochverschleißfesten Hartkörper 13, 14 von der Walzenoberflä­ che vorspringend angeordnet sind, können nach einem weiteren Merkmal der Erfindung in den Zwischenräumen zwischen den benachbarten vorge­ fertigten Hartkörpern 13, 14 auf der Walzenmanteloberfläche vorgefertigte hochverschleißfeste insbesondere pulvermetallurgisch oder pulverkera­ misch 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 schüt­ zen 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, son­ dern z. B. aus Walzmaterial.

Claims (11)

1. Mahlwalze für die Druckzerkleinerung körnigen Gutes, insbesondere für Rollenpressen zur Gutbettzerkleinerung, mit einem Walzenmantel (10) mit verschleißfester Oberflächenpanzerung, die abwechselnd Zonen hoch­ verschleißfesten Werkstoffes und Zwischenraumzonen anderer Verschleiß­ festigkeit 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 Hartkör­ per (13, 14) eingesetzt,
• c) zwischen dem Grund der Vertiefungen (11, 12) und der Unterseite der Hartkörper (13, 14) sind durch entsprechende Rauhtiefen dar­ gestellte Hohlräume gebildet, die durch eine Klebemasse (17) aus­ gefüllt 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 Walzenman­ tels (10) sowie die eingesetzten Hartkörper (13, 14) kreisrund, vieleckig, rechteckig, quadratisch oder rombenförmig mit Spitzen in Walzenumfangs­ richtung oder mit Spitzen in Axialrichtung sind.

4. Mahlwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzenmantel (10) aus einem Metall­ gusskörper 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 radia­ len Innenbereich des Walzenmantels eine weichere Gussmasse konzen­ triert 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 ein­ gesetzten benachbarten vorgefertigten hochverschleißfesten Hartkörpern (13, 14) auf der Walzenmanteloberfläche vorgefertigte, verschleißfeste insbesondere pulvermetallurgisch oder pulverkeramisch hergestellte Plätt­ chen befestigt sind, die sich an den eingesetzten Hartkörpern gegen seitli­ che Verschiebung abstützen können.

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

9. Verfahren zur Herstellung einer Mahlwalze für die Druckzerkleine­ rung körnigen Gutes, insbesondere für Rollenpressen zur Gutbettzerklei­ nerung, mit in der Walzenoberfläche angeordneten Vertiefungen (11, 12), in die vorgefertigte hochverschleißfeste Hartkörper (13, 14) eingesetzt wer­ den, 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 gefer­ tigt,
• 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 Hartkörper eine Klebemasse (17) aufgetragen,
• c) nachdem die Hartkörper (13, 14) in ihre Vertiefungen (11, 12) ein­ gesetzt 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 Hart­ körpern (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) gegenüberlie­ gen, 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 Walzengrund­ körper 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.