Rotorbrecher (VSI)
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Schmandra, A.; Drechsel, C.: Rotorbrecher (VSI) WISSENSPORTAL baumaschine.de 3(2004) Rotorbrecher (VSI) Maschinen zur Erzeugung hochqualitativer Brechprodukte Dr.-Ing. A. Schmandra, Dipl.-Ing. C. Drechsel BHS-Sonthofen GmbH www.bhs-sonthofen.de In den vergangenen Jahrzehnten stiegen mit den qualitativen Anforderungen an die Baustoffe Beton und Asphalt auch die Anforderungen an deren Zuschlagstoffe Splitt und Sand. Die heutigen europäischen Richtlinien (z.B. EN 13043) fordern u. a. verstärkt Edelsplitte mit hohem Anteil an kubischem Korn. Ein geeignetes Zerkleinerungsprinzip hierfür ist die Prallzerkleinerung. Da mit konventionellen Prallbrechern mit horizontal gelagerter Welle die Anforderungen an die Kornform (Kubizität) nur bedingt und mit einem hohen Verschleiß erreicht werden können, begann vor ca. 30 Jahren die Markteinführung der so genannten Rotorbrecher (auch als Vertikalprallbrecher bzw. VSI bezeichnet). Entwicklungsziel war und ist es, die Kubizität zu erhöhen und gleichzeitig den Verschleiß zu minimieren. 1 Maschinenbauart der Rotorbrecher Alle Maschinenbauarten der Rotorbrecher ähneln sich grundsätzlich im Aufbau und im Materialfluss, wie in Bild 1 dargestellt. Umgeben von einem runden Gehäuse ist ein Rotor auf einer vertikal gelagerten Welle montiert. Das Material wird senkrecht von oben und zentral auf den schnelllaufenden Rotor aufgegeben (1). Es folgt die radiale Umlenkung des Gutes auf einem Rotorteller und die Beschleunigung nach außen (2). Zerkleinert wird das Material in erster Linie durch den Aufprall an einer feststehenden ringförmigen Wand, die aus einer Ringpanzerung oder aus einem autogenen Materialbett besteht (3). Der Austrag erfolgt durch Schwerkraft senkrecht nach unten (4). Bild 1: Materialfluss in Rotorbrechern 1 Schmandra, A.; Drechsel, C.: Rotorbrecher (VSI) WISSENSPORTAL baumaschine.de 3(2004) Im Markt existieren verschiedene Bauarten von Rotorbrechern. Das wichtigste Unterscheidungsmerkmal der verschiedenen Rotorbrecher ist die Rotorbauform und die daraus resultierenden unterschiedlichen Zerkleinerungsvorgänge in der Maschine. Für die Zerkleinerung von mittelharten bis harten Gesteinen haben sich zwei verschiedene Maschinentypen durchgesetzt, der Rotorprallbrecher und der Rotorschleuderbrecher. Rotorprallbrecher Der Rotorprallbrecher arbeitet mit einem offenen Tellerrotor (Bild 2), bei dem auf einem tellerförmigen Grundkörper drei bis fünf gerade Prallleisten angeordnet sind. Vorteilhaft beim Rotorprallbrecher ist die Möglichkeit zur Zerkleinerung von Aufgabekörnungen bis zu 300 mm Kantenlänge. Bei verschleißintensiveren Materialien werden aber schnell die Grenzen der Wirtschaftlichkeit erreicht. Die Qualität der Zerkleinerungsprodukte entspricht in der Regel der von konventionellen Prallbrechern mit horizontaler Welle. Bild 2: Tellerrotor eines Rotorprallbrechers Rotorschleuderbrecher Der Rotorschleuderbrecher ist die Bauart der VSI, die in den letzten Jahren die stärker zunehmende Marktverbreitung erreicht hat. Diese Maschinen besitzen einen geschlossenen scheibenartigen oder geschlossenen sternförmigen Schleuderrotor (Bilder 3a und 3b) mit meist 3 Kammern. Mit den Schleuderrotoren wird üblicherweise Material mit Aufgabekörnungen bis zu 50 mm zerkleinert. Gegenüber dem Tellerrotor besitzt der Schleuderrotor folgende Vorteile: Das Aufgabematerial wird Korn für Korn auf einer festgelegten Bahn beschleunigt und verlässt den Rotor mit definierten Geschwindigkeiten und Richtungen. Die Beschleunigungsbahn im Rotor wird durch eine autogene, sich selbst erneuernde Materialschicht gebildet, so dass im Rotorinneren weniger Verschleiß auftritt. Der Rotor ist hier weniger ein Brechwerkzeug, sondern hauptsächlich ein Materialbeschleuniger. Die Zerkleinerung erfolgt am äußeren ringförmigen Prallraum, welcher entweder aus Hartgussteilen (Ringpanzerung) oder aus einem autogenen Materialbett besteht. Mit einer Ringpanzerung sind we2 Schmandra, A.; Drechsel, C.: Rotorbrecher (VSI) WISSENSPORTAL baumaschine.de 3(2004) sentlich bessere Zerkleinerungsergebnisse zu erreichen. Der Einsatz der Ringpanzerung ist allerdings abhängig von der Verschleißintensität des Aufgabematerials. Besteht das Verfahrensziel nur in der Erreichung verbesserter Gesteinskubizitäten, so ist der Einsatz eines Sandbettes im Brechergehäuse als Prallwand ausreichend. Vorteilhaft ist weiterhin, dass das Zerkleinerungsergebnis vom Abnutzungsgrad der eingesetzten Verschleißteile unabhängig ist. Aufgrund dieser Eigenschaften können in Rotorschleuderbrechern sowohl schwach als auch stark schleißende Materialien zerkleinert werden. Es werden qualitativ hochwertige Produkte mit Anteilen kubisch geformter Körnungen in der Regel > 80% erzeugt. Zugleich wird auch die Bruchflächigkeit des Endprodukts erhöht. Bild 3a: Scheibenrotor Bild 3b: Sternrotor 3 Schmandra, A.; Drechsel, C.: Rotorbrecher (VSI) 2 WISSENSPORTAL baumaschine.de 3(2004) Patentierter Rotorschleuderbrecher von BHS-Sonthofen mit Zweikammerrotor Der patentierte Rotorschleuderbrecher von BHS-Sonthofen mit Zweikammerrotor (Bild 4) ist in seiner technischen Entwicklung den konventionellen Rotorschleuderbrechern noch einen weiteren Schritt voraus. Diese Maschine wurde im Jahr 2001 mit dem BAUMA Innovationspreis ausgezeichnet. Wissenschaftliche Untersuchungen und vielfältige Praxiseinsätze haben ergeben, dass nicht der Dreikammerrotor, sondern ein Rotor mit nur zwei Schleuderkammern (Bild 5) das Optimum hinsichtlich des Materialflusses im Rotor darstellt. Eine Engstelle im Rotor stellt die Zone dar, in der das Material von der vertikalen Aufgabe hin zur horizontalen Beschleunigung umgelenkt wird. Die dritte Kammer ist daher nicht nur nutzlos, sondern behindert auch den Fluss des Brechgutes aus dem Rotor. Aufgrund des verbesserten Materialflusses in der Maschine werden im Vergleich zum Dreikammerrotor folgende Verbesserungen bei gleich bleibend hoher Produktqualität erreicht: Der erreichbare Durchsatz bei gleicher Motorleistung steigt um 15 bis 20% an. Die (staubhaltige) Abluftmenge wird um mehr als 10% gesenkt. Da der Rotor weniger Verschleißteile besitzt, gehen die Verschleißkosten im Rotor um bis zu 25% zurück. Größere maximale Aufgabekorngrößen können toleriert werden. Ein verstopfungsfreies Arbeiten wird selbst bei Überschüttung und hohen Anteilen an Größtkorn weitestgehend möglich. Bild 4: BHS Rotorschleuderbrecher 4 Schmandra, A.; Drechsel, C.: Rotorbrecher (VSI) Bild 5: WISSENSPORTAL baumaschine.de 3(2004) Optimaler BHS Zweikammerrotor Wird die Maschine mit Materialbett, auch Sandbett genannt, betrieben, steht die Kubizierung des Gutes im Vordergrund und es entsteht wenig Verschleiß. Bei zusammengesetztem Aufgabematerial oder Gemischen (z.B. Nagelfluh) erfolgt eine selektive Zerkleinerung der weicheren Komponente. Der Betrieb mit Sandbett ist besonders für zähharte und stark abrasive Materialien geeignet. Liegt das Aufbereitungsziel in der Erhöhung des Zerkleinerungsverhältnisses wie z.B. bei der Sandproduktion, sollte die Ringpanzerung eingesetzt werden. Schwach bis mäßig schleißende oder sprödharte Gesteine sind ideales Aufgabegut für die wirtschaftliche Herstellung von Sanden. 3 Vergleich zwischen Zwei- und Dreikammerrotor Bild 6 zeigt einen Vergleich zwischen Zwei- und Dreikammerrotor. Die zumindest gleich bleibende Zerkleinerungswirkung bei gleicher Umfangsgeschwindigkeit aber geringerer Anzahl von Rotorkammern ist erkennbar. Weiterhin wird die höhere Zerkleinerungswirkung beim Einsatz einer Ringpanzerung deutlich. In der Legende ist auch erkennbar, dass mit dem BHS-Zweikammerrotor eine höhere Durchsatzleistung als mit dem alten BHS-Dreikammerrotor erreicht wird. Bild 6: Vergleich des Zerkleinerungsergebnisses und der Durchsatzleistung zwischen altem BHS Zwei- und neuem BHS Drei-Kammerrotor 5 Schmandra, A.; Drechsel, C.: Rotorbrecher (VSI) WISSENSPORTAL baumaschine.de 3(2004) Eine grundsätzliche und für den Betreiber von Rotorschleuderbrechern nicht Außeracht zu lassende Eigenschaft ist die gleich bleibende Produktqualität auch bei fortschreitendem Verschleiß. Dies umfasst sowohl die Schleuderprofile an den Rotorkammerauslässen als auch die Ringpanzerung (Bild 7). Bild 7: 4 Vergleich des Zerkleinerungsergebnisses bei unterschiedlichen Verschleißzuständen Maschinengrößen BHS bietet fünf verschiedene Maschinengrößen, die Durchsatzleistungen von 50 bis 400 t/h abdecken. Die Produktqualität ist im wesentlichen abhängig von der Umfangsgeschwindigkeit (40 bis 70 m/s) am Rotor und von der Art und der Körnung des Aufgabematerials. Die BHSRotorschleuderbrecher sind für Aufgabekörnungen bei sprödhartem Gestein bis 150 mm und bei zähhartem Material bis 80 mm geeignet. Sie liegen damit deutlich höher als bei konventionellen Rotorschleuderbrechern mit geschlossenem Dreikammerrotor. Neben den zerkleinerungstechnischen Eigenschaften sind aufgrund der Beanspruchung der Maschinen die technischen Merkmale für Wartung, Verfügbarkeit und Steuerung für einen wirtschaftlichen Betrieb nicht unbedeutend. Hier findet man neben den herausragenden Zerkleinerungseigenschaften weitere Vorteile bei den BHS-Rotorschleuderbrechern: Es wird kein zweiter Rotor benötigt, der mittels Auftragsschweißung aufwändig aufgepanzert werden muss. Alle Verschleißteile sind von Hand leicht wechselbar und aufgrund der über einen großen schwenkbaren Deckel zu öffnenden Maschine gut zugänglich angeordnet. So ist z.B. der Einoder Ausbau der Ringpanzerung innerhalb weniger Minuten ohne technische Hilfsmittel wie Hebezeuge durchführbar. 6 Schmandra, A.; Drechsel, C.: Rotorbrecher (VSI) WISSENSPORTAL baumaschine.de 3(2004) Die Maschine ist vom Stahlbau durch gummielastische Dämpfungselemente isoliert. Eventuelle Betriebsstörungen durch zu große Schwingungen können außerdem durch einen Vibrationswächter erkannt und als Signal steuerungstechnisch weiterverarbeitet werden. Eine Ölumlaufschmierung trägt zur Minimierung des Wartungsaufwandes bei und ermöglicht ebenso eine Kontrolle bestimmter Maschinenzustände über eine zentrale Steuerung. Zusammenfassend kann man feststellen, dass mit der Entwicklung des BHS-Rotorschleuderbrechers mit Zweikammerrotor ein weiterer wichtiger Entwicklungsschritt vollzogen worden ist, der den Anwendern eine Maschine mit herausragenden Zerkleinerungseigenschaften und hoher Wirtschaftlichkeit bietet. Quellen Fotos: BHS-Sonthofen GmbH Die Erstveröffentlichung des Beitrags erfolgte in der Zeitschrift „Die Naturstein-Industrie“ 7/2004, dem Organ des Bundesverbandes Naturstein - Industrie e.V. Sehen Sie dazu auch im Internet beim Giesel Verlag und dem Bundesverband Naturstein – Industrie: www.giesel.de/Bau/Bau.htm www.bv-naturstein.org Autor Dr.-Ing. A. Schmandra, Dipl.-Ing. C. Drechsel BHS-Sonthofen GmbH Hans-Böckler-Str. 7 D-87527 Sonthofen Tel.: Fax: +49 (0)8321 / 802 - 200 +49 (0)8321 / 802 – 220 e-mail: Internet: www.bhs-sonthofen.de 7
