Evolutionäre Algorithmen:
Chancen für die praxisorientierte Optimierung
Prof. Dr. J. Willms

Angewandte Informatik und Mathematik
Fachhochschule Südwestfalen
Meschede

Hammerbrecher

Hammerbrecher sind riesige Maschinen zur Zerkleinerung von grobstückigen, weichen bis mittelharten Rohmaterialien.

Hammerbrecher
Mit freundlicher Genehmigung der ThyssenKrupp Fördertechnik GmbH, Ennigerloh.

Eingesetzt werden sie zum Beispiel weltweit in der Zement-, Gips- und Kalksteinindustrie. Je nach Ausführung kann ein Hammerbrecher über 200 t wiegen und über 2000 t Gestein pro Stunde zerkleinern.

Hammerbrecher Skizze

Das zu zerkleinernde Gut fällt durch den Fallschacht auf den umlaufenden Rotor. Es wird von den am Rotor symmetrisch angeordneten Hämmern getroffen, durch Prall gebrochen und anschließend im Brecherarbeitsraum durch die Hämmer weiter zerkleinert. Ein Austragrost unterhalb des Rotors dient gewöhnlich zur Zerkleinerung auf die gewünschte Endkorngröße.

Im Betriebszustand drehen sich die Hämmer typischerweise zwischen 200 und 500 Umdrehungen pro Minute um die Rotorachse. Die Hammermassen variieren je nach Hammerbrechermodell in der Regel zwischen 20 bis 180 kg, in Einzelfällen können die Hämmer sogar eine Masse von bis 250 kg aufweisen. Eine Marktübersicht über Hammerbrecher findet sich in [1].

Das folgende Bild stellt die Anordnung der Hämmer für einen bestimmten Hammerbrechertyp modellhaft dar. Zu sehen sind in diesem Bespiel insgesamt 40 Hämmer, die in acht Fünfergruppen symmetrisch zur Rotorachse angeordnet sind. Eine andere Aufteilung wie zum Beispiel in Vierer- oder Sechsergruppen ist durchaus üblich.

Hammer-Anordnungen

Jeder der im Idealfall identischen Hämmer kann an jede beliebige Hammerposition montiert werden. Bei den Hämmern handelt es sich überwiegend um geschmiedete Bauteile. Seltener werden gegossene Hämmer eingesetzt. Abhängig vom gewählten Herstellungsverfahren kann sich eine Massentoleranz von etwa + 3 % bis + 5 % für jeden Hammer ergeben. Die geringfügig unterschiedlichen Massen der am Rotor angeordneten Hämmer bewirkt eine Unwucht: die zentrale Hauptträgheitsachse des als starr angenommenen Rotors deckt sich nicht mit seiner Schaftachse. Unwuchten des Rotors führen im Leerlauf wie auch im Betriebszustand zu unerwünschten, umlaufenden Unwuchtkräften in den Lagern und verursachen Schwingungen des gesamten Hammerbrechers. Ein Auswuchten des Rotors durch Abtragen oder Zusetzen von Material an den Rotorscheiben scheidet aus praktischen und fertigungstechnischen Gründen aus.

Ungelöst war, wie man die unterschiedlichen Hammermassen anordnen muss, um im Leerlauf eines Hammerbrechers möglichst geringe Unwuchtkräfte an den Rotorwellenlagern zu erhalten. Die Wahl dieser Hammerordnung wurde bisher immer auf einer rein empirischen Grundlage durchgeführt. Eine grobe, allein auf Erfahrung beruhende Optimierung der Hammeranordnung ist jedoch selbst bei einfachen Hammerbrecher-Geometrien aber nur dann machbar, wenn viele Hämmer die gleiche Masse haben und man eine für die Lagerkräfte günstige, möglichst einfache (z.B. symmetrische) Anordnung finden kann. Dies wird aber in den wenigsten Fällen möglich sein. Eine detailliertere Einführung in das hier beschriebene Hammerbrecherproblem findet sich in [2].


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29.7.2003