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21. Anordnung nach Patentanspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Geräteeinheit mit Multiplexbetrieb zur Steuerung und Regelung mehrerer Rührwerksmühlen eingesetzt ist.
22. Anordnung nach einem der Patentansprüche 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der erwähnten Funktionen von einem Rechner (100) gesteuert bzw. geregelt sind.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer ein rotierendes, motorgetriebenes Rührwerk in einem freibeweglichen Mahlkörper sowie das mittels einer Speisepumpe unter Druck zugeführte flüssige Produkt enthaltenden, kühlbaren Mahlbehälter aufweisenden, kontinuierlich arbeitenden Rührwerksmühle zum Feinmahlen, Dispergieren, Homogenisieren und/oder Emulgieren flüssiger Produkte.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Regelanordnung zur Durchführung des Verfahrens, durch die die Mahlbedingungen im Mahlbehälter mit Hilfe einer ein Regelsignal erzeugenden Regelanordnung bestimmbar sind.
Es ist bekannt, Produkte in solchen Rührwerksmühlen zum Feinmahlen, Dispergieren, Homogenisieren und Emulgieren einem kontinuierlichen Arbeitsprozess zu unterwerfen, insbesondere beispielsweise Dispersionen von Farbpigmenten in Lösungs- und Bindemitteln in der Farben- und Lackindustrie.
Ein Problem bei Rührwerksmühlen besteht darin, die verschiedenen Betriebsparameter, wie Temperatur, Förderdruck der Speisepumpe, Durchsatzmenge, Drehzahl von Pumpe und Rührwerk, Volumen des Mahlbehälters, sofern dieses veränderbar ist, für das zu verarbeitende Produkt optimal einzustellen. Bisher geschah diese Einstellung aufgrund von Erfahrungswerten manuell. Dies führt jedoch im praktischen Betrieb zu Unregelmässigkeiten, weil häufig eine einzige Bedienungsperson mehrere Mühlen überwachen muss und die verschiedenen einzustellenden Betriebsparameter voneinander abhängig sind. Beispielsweise ist die stündliche Durchsatzmenge von Drehzahl und Druck der Speisepumpe abhängig, aber ebenso der Produktviskosität und diese wiederum von der Produkttemperatur.
Die Produkttemperatur wird indessen aber wieder vom Betriebszustand innerhalb der Maschine, insbesondere vom Mahlwiderstand, vom Reibungsbeiwert und von der Intensität der Kühlung von Rührwerk und Mahlbehälter sowie von der Drehzahl der Maschine beeinflusst.
Es ist schon bekanntgeworden, den Betriebszustand der Mühle z. B. durch Konstanthalten der Viskosität des Produktes mittels Zugabe von Lösungs- bzw. Bindemitteln zu beeinflussen (DE-OS 2 546 146).
Ein weiteres Problem bei Rührwerkskugelmühlen besteht in der Gefahr der Überhitzung und damit Schädigung von temperaturempfindlichem Mahlgut. Eine bekannte Mühle (US-PS 3 984 055) wurde aus diesem Grund mit einem Uberwachungs- und Alarmsystem ausgerüstet, das bestimmte Betriebsparameter erfassen sowie deren Abweichung von einem bestimmten Wert feststellen und bei Überschreiten einer festgelegten Abweichungstoleranz z. B. die Speisepumpe stillsetzen und/oder einen Alarm auslösen kann, der das Bedienungspersonal auf eine Unregelmässigkeit im Funktionsablauf aufmerksam macht. Hierbei können Parameter wie beispielsweise der Druck im Mahlbehälter, der Druck des Kühlmediums, die Temperatur im Mahlbehälter od. dgl. erfasst werden.
Nachteilig an dieser bekannten Mühle ist jedoch, dass nach Auslösen eines Alarms oder Stillsetzung der Mühle der Normalzustand nur durch den Eingriff einer erfahrenen Bedienungsperson wieder hergestellt werden kann.
Weiter ist es bei anderen, im Vergleich zu einer Rührwerksmühle regeltechnisch einfachen Mühlen schon bekannt geworden, die Leistungsaufnahme des Mühlenmotors möglichst auf einem optimalen Wert zu halten, indem seine Stromaufnahme als Messgrösse zum Regeln der Mahlgutzufuhr herangezogen wird (DE-AS 1 077 950, DE-PS 1 216 079, BE-PS 554 440). Diese Massnahme ist einerseits nicht ohne weiteres auf Rührwerksmühlen übertragbar, weil dort eine Vielzahl von Betriebsparametern bei den verschiedenen Betriebsbedingungen zu überwachen sind, anderseits zur Opimierung eine Auswahl darunter zu treffen ist, um die Regelung nicht zu kompliziert, teuer und störungsanfällig zu gestalten, wobei in vielen Fällen jedoch eine Einzelmassnahme zur Optimierung des Mühlenbetriebes nicht ausreicht.
Ferner ist es schon bekanntgeworden (DE-AS 1 248 440, DE-PS 2 051 003), durch Verschieben eines den Mahlbehälter oder eine Nebenkammer oben oder unten begrenzenden vollfächigen oder siebartigen perforierten Kolbens oder Verdrängungskörpers mit Hilfe mechanischer, hydraulischer oder pneumatischer Einrichtungen das Volumen im mit Mahlkörpern angefüllten Hohlraum zu verändern und der momentanen Motorleistung anzupassen. Diese Anordnung ist nach Aufgabenstellung und Lösung ausschliesslich für den Anlauf gedacht und zur Erleichterung des Anlaufs einer Vollmühle im entlasteten Zustand zwar vorteilhaft, trägt aber zur notwendigen Regelung während des Betriebes nichts bei.
Alle bekannten Rührwerksmühlen haben jedoch überdies den Nachteil, dass die kritischen Parameter wie Temperatur, Belastbarkeit der Motoren, Drehzahl usw. deutlich unterhalb eines gerade noch zulässigen Maximalwertes gehalten werden müssen, damit die bei den möglichen Schwankungen erforderlichen erheblichen Sicherheiten zur Verfügung stehen.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Rührwerksmühle der eingangs genannten Gattung zu schaffen, mit der eine konstante, reproduzierbare Qualität des Mahlgutes erzielt wird und die stets an der oberen Grenze der Belastbarkeit des Rührwerkmotors, des Kühlers sowie der Temperatur des Mahlgutes betrieben werden kann, ohne dass eine Überbelastungs- bzw. Überbeanspruchungsgefahr besteht. Auch sollen die Bedienungspersonen der Rührwerksmühle nicht durch zu hohe Anforderungen überbeansprucht werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass durch mindestens einen Regelkreis mit jeweils wenigstens einer Ist-, Soll- und Stellgrösse zumindest ein Betriebsparameter automatisch geregelt wird.
Dieses Verfahren kann nun dadurch automatisiert werden, dass die Regelanordnung mindestens zwei Bauglieder enthält, von denen das eine als Fühler zur Ermittlung wenigstens eines Ist-Wertes vorgesehen ist und ein anderes als Regeleinrichtung wenigstens ein Ausgangssignal dieser Regelanordnung erhält.
Durch die erfindungsgemässe Ausbildung kann allen Betriebsbedingungen entsprochen werden, und zwar nicht nur (und vor allem) dem normalen Betrieb, sondern auch jenen
besonderen Bedingungen, die ausschliesslich bei Rührwerksmühlen, etwa beim Anfahren oder bei Bruch bzw. bei Verklemmung von Mahlwerkskörpern, auftreten.
Für einige Produkte wird die Erfindung am besten in der Weise realisiert, dass der Temperaturmesser zur Messung der Produkttemperatur im Bereiche des Ausganges des Mahlbehälters angeordnet ist, und dass ein Ausgangssignal einem Regler für ein den Mahlbehälter durchströmendes Fluid zuführbar ist.
Für andere Anwendungen mag es dagegen günstiger sein, wenn die Regelanordnung einen Regelkreis aufweist, in dem das Ausgangssignal der Messanordnung für wenigstens einen die Leistung des Rührwerksmotors bestimmenden Parameter, vorzugsweise für den Rührwerksmotorstrom, dem Fluidmengenregler zuführbar ist.
Anhand nachfolgender Zeichnungen wird die Erfindung in ihren beispielsweisen Ausführungsvarianten der verschiedenen Regelsysteme näher erläutert und begründet:
Fig. 1 zeigt schematisch eine Rührwerkskugelmühle mit einer Förderpumpe für das Mahlprodukt, sowie den Regelkreis für die Regelung des Pumpenmotors.
Fig. 2 zeigt schematisch eine gleiche Rührwerkskugelmühle mit Antriebsmotor sowie die Steuerung zu dessen stufenloser Drehzahlveränderung, dem eine Regelung auf optimale Antriebsleistung überlagert sein kann.
Fig. 3 zeigt schematisch eine gekühlte Rührwerkskugelmühle mit Antriebsmotor und Förderpumpe, Kühlmittelkreislauf für Stator- und Rotorkühlung sowie den Regelkreis zur Regelung der Produkttemperatur.
Fig. 4 zeigt schematisch eine Sonderbauart einer Rührwerkskugelmühle mit veränderbarer Mahlkörperfüllung, dem zugehörigen Regelkreis für die Volumenregelung und die Wegmessung des Verdrängerkolbens.
Fig. 4a, 4b zeigen andere Varianten der Wegmessung des Verdrängerkolbens aus Fig. 4.
Fig. 5 zeigt die Kombination einer drehzahlgeregelten Förderpumpe aus Fig. 1, der eine Regelung auf einen bestimmten Produktdruck am Mühleneintritt überlagert ist.
Fig. 6 zeigt die Kombination einer volumengeregelten Rührwerkskugelmühle entsprechend Fig. 4, der eine Regelung auf optimale Antriebsleistung durch den Mühlenmotor überlagert ist.
Fig. 7 zeigt eine Rührwerkskugelmühle mit drehzahlgeregelter Förderpumpe aus Fig. 1, deren Regelung der Durchsatzmenge von einer Regelung auf optimale Antriebsleistung durch den Mühlenmotor überlagert ist.
Fig. 8 zeigt eine Rührwerkskugelmühle mit Leistungsregelung über die Drehzahlregelung des Hauptantriebsmotors.
Fig. 9 zeigt eine Anzahl von zahlreichen möglichen Kombinationen der vorgenannten Regelungen als Adaptivregelung, gesteuert von einem Computer.
In den Figuren werden folgende Bezugszeichen durchgehend verwendet: G Sollwert-Potentiometer (13, 16,28,31,54,72,78) WN/XN Leistungs-Sollwert/Istwert Antriebsmotor WD/XD Drehzahl-Sollwert/Istwert Antriebsmotor Wn/Xn Drehzahl-Sollwert/Istwert Förderpumpe Wp/Xp Druck-Sollwert/Istwert am Produkteintritt Wv/Xv Volumen-Sollwert/Istwert Kolbenlage WTI/XTI Temperatur-Sollwert/Istwert Endprodukt WT2/XT2.3 Temperatur-Sollwert/Istwert Kühlwasseraustritt Leistungs-Stellgrösse Drehzahl-Stellgrösse für Antriebsmotor Drehzahl-Stellgrösse für Förderpumpe Yv Stellgrössen für Lageregelventil (51) YTI Stellgrösse für Kühlwassermenge YT2 Stellgrösse für Kühlwasserverhältnis Innen/
Aussen YN/n kleinere Stellgrösse aus Vergleich YN und <RTI
ID=3.8> Yn kleinere Stellgrösse aus Vergleich YD und YN YN/V kleinere Stellgrösse aus Vergleich YN und Yv Yp/n kleinere Stellgrösse aus Vergleich Y, und Yn R
EMI3.1
Leistungsregler (77) Drehzahlregler (55) Kolbenlageregler (55) Temperaturregler (29, 30) Druckregler (71) V Vergleicher (73, 79, 80, 81) Mv
EMI3.2
Pumpenmotor (10) Rührwerksmotor (5) Magnetventil-Druckkolben (51) Magnetventil-Kühlwasser (22) Magnetventil-Kühlerverhältnis innen/aussen (27) T Tachometer Pumpenmotor (12) Ex Externe Signalquelle als Sollwert
Pumpen-Drehzahlregelung nach Fig. 1
Die Anforderungen an den Pumpenantrieb sind ausserordentlich heikel.
Da der Pumpenantrieb vorzugsweise in übergeordnete Regelkreise eingefügt wird, muss die Pumpendrehzahl möglichst genau fernsteuerbar sein. Es wird aber auch ein grosser Drehzahlverstellbereich verlangt, und um die überlagerten Regelkreise nicht zu verzögern, ist eine bestimmte Ansprechgeschwindigkeit erforderlich. Überdies wird von einem Pumpenantrieb erwartet, dass er weitgehend wartungsfrei arbeitet und gegen Überlastungen unempfindlich ist.
Für all diese Anforderungen hat sich ein drehzahlgeregelter Pumpenantrieb gemäss Fig. 1 am besten geeignet.
Mit 1 ist eine Rührwerkskugelmühle bezeichnet, bestehend aus einem rotierenden Rotor 2, der sich in einem Stator 3 dreht und die darin enthaltenen, frei beweglichen Mahlkörper 4 in Umlauf versetzt. Der Rotor 2 wird von einem Motor 5 angetrieben. Das Mahlprodukt wird der Mühle durch die Förderpumpe 6 unter Druck bei 7 zugeführt und verlässt sie, nach Passieren einer Trennvorrichtung 8 zum Zurückhalten der Mahlkörper, durch den Auslauf 9.
Ein bekannter, speziell ausgelegter Drehstrommotor 10 treibt die volumetrisch arbeitende Förderpumpe 6. Die Regelung des Drehstrommotors 10 geschieht durch Veränderung seiner Statorspannung derart, dass seine Drehzahl auch bei zeitlich schwankender Belastung weitgehend konstant bleibt. Die erforderliche Statorspannung als Drehzahlstellgrösse Yn steuert ein bekannter Regler 11 mittels Halbleiter. Den Drehzahl-Istwert xn erzeugt eine bekannte Drehstrom-Tachomaschine 12. Der Sollwert wo wird als Festwert im Sollwertgeber 13 erzeugt oder als externes variables Signal dem Regler 11 zugeführt. Durch eine bekannte, im Regler 11 eingebaute Strombegrenzung kann das Pumpenantriebs-Drehmoment und damit der Pumpendruck begrenzt werden. Es erübrigt sich dadurch, ein Druckbegrenzungsventil in die Produkt-Förderleitung einzubauen.
Durch ein Umkehrschütz 14 kann auf externen Befehl die Drehrichtung der Produktpumpe und damit die Förderrichtung umgekehrt werden. Dadurch ist auch ein Entleeren der Rührwerkskugelmühle möglich.
Rührwerk-Drehzahlregelung nach Fig. 2
Hauptsächlich aus Kostengründen werden Rührwerkskugelmühlen üblicherweise mit Drehstrom-Asynchronmotoren angetrieben. Turbokupplung und Riementrieb bilden in den meisten Fällen den Übertrieb zur Maschine. Solche Antriebe erfordern zur Drehzahlveränderung ein Auswechseln der Riemenscheiben oder ein variables Getriebe.
Da einerseits die Rührwerksdrehzahl für den Mahlwirkungsgrad und auch für den Mahlkörper- und Mühlenverschleiss von grosser Bedeutung ist, anderseits die konventionellen Antriebe für Drehzahlanpassungen ungeeignet erscheinen, drängt sich ein drehzahlvariabler Antrieb auf. Die Wirtschaftlichkeit eines mit Halbleitern gesteuerten Asynchronmotors zum Antrieb von Rührwerkskugelmühlen rückt einerseits wegen der sinkenden Halbleiterpreise, aber auch wegen des Wegfallens der Schlumpfkupplung zunehmend in den Vordergrund. Das stufenlose Anfahren der Mühle kann nach Belieben den Tücken der Produkte angepasst werden.
Fig. 2 zeigt die in Fig. 1 näher erläuterte Rührwerkskugelmühle 1, welche in einer bevorzugten Ausführung durch einen Drehstrom-Asynchronmotor 5 angetrieben wird.
Als Drehzahlsteller 15 wurde ein bekannter, mit Halbleitern bestückter Frequenzumformer gewählt. Er erhält die Steuersignale als fest einstellbare Drehzahl-Sollwerte WD von einem Sollwertgeber 16, oder durch externe variable Sollwertsignale. Aus dem Sollwert wird eine bestimmte Ausgangsfrequenz f2 erzeugt.
Temperaturregelung nach Fig. 3
Fig. 3 zeigt wiederum eine Rührwerkskugelmühle 1, bestehend aus einem innen gekühlten Rotor 2, einem aussen gekühlten Stator 3 und einem Antriebsmotor 5.
Eine Produktförderpumpe 6 speist das Mahlgut beim Eintritt 7 in die Mühle und das Endprodukt verlässt den Mahlbehälter am Auslauf 9. Aus dem Wasserleitungsnetz oder aus einer anderen Kühlmittelquelle 20 gelangt das Kühlmedium über ein Druckminderventil 21 zum stetig arbeitenden Regelventil 22. Mit den beiden Drosselventilen 23 und 24 wird der Kühlmittelstrom in geeignetem Verhältnis auf Rotor 2 und Stator 3 aufgeteilt.
Das Kühlmittel wird durch einen Einführungskopf 25 dem Rotor und durch einen Anschlussstutzen 26 dem Stator zugeführt. Bei einer verbesserten Lösung ist anstelle der Drossel 24 ein gestrichelt gezeichnetes Regelventil 27 eingesetzt.
Der Temperatursollwert WTI wird als Erfahrungswert entweder durch einen Sollwertgeber 28 als Festwert vorgewählt oder aber als externes variables Eingangssignal dem Temperaturregler 29 zugeführt.
Der Temperaturistwert XTI wird am Produktaustritt 9 gemessen. Die Stellgrösse YTI steuert das Regelventil 22 stetig.
Bei vielen Mahlprodukten, insbesondere bei Druckfarben, ist eine exakte Temperaturführung des Produktes von grosser Bedeutung für Qualität und Leistung der Produktion mit Rührwerkskugelmühlen. Es hat sich gezeigt, dass nicht nur das Temperatur-Längsprofil, sondern auch das Querprofil eine wesentliche Rolle spielt. Durch Regelung der Wasseraustritts-Temperaturdifferenz können unerwünschte Unsymmetrien im Mahlraum auch über längere Zeit vermieden werden.
In einer verbesserten Ausführungsvariante (gestrichelte Linien) wird, um auch das Verhältnis von Innen- zu Aussenkühlung besser zu beherrschen, durch einen zweiten Regler 30 die Kühlmittelaustritts-Temperaturdifferenz (XT2-XT3) geregelt. Der Sollwert WT2 wird als Erfahrungswert auch hier durch einen Sollwertgeber 31 fest vorgewählt oder als variables Signal extern erzeugt.
Die sich ergebende Stellgrösse YT2 steuert das Regelventil 27 stetig und beeinflusst das Verhältnis der Kühlwassermengen für Innen- und Aussenkühlung.
Volumenregelung nach Fig. 4
Bekannte Vorrichtungen zur Veränderung des Mahlraumvolumens oder der Mahlkörperfüllung haben den schwerwiegenden Nachteil, dass die bewegliche Wand oder das bewegliche Sieb in seiner Lage nicht bestimmt ist, oder wohl bestimmt ist, aber nur durch Handbetätigung verstellt werden kann.
Beim Fahren mit Rührwerskugelmühlen zeigt sich, dass das Verfahren bei Füllgraden von 80% und mehr äusserst empfindlich auf Veränderungen des Volumens reagiert.
Die im folgenden gezeigte Volumenregelung erlaubt ein sehr genaues Einstellen des Verdrängerkolbens in seiner Position und damit eine exakte Optimierung des Mahlvolumens.
In Fig. 4 wird mit den Ziffern 1 bis 10 wiederum wie in Fig. 1 und 3 die Gesamtheit der Rührwerkskugelmühle mit Antrieb bezeichnet. Mahlprodukt gelangt beim Eintritt 7 in die Mühle und verlässt sie beim Überlauf 9. Das Volumen der Mahlkörperfüllung im Inneren des Stators 3 lässt sich mit dem unter dem Mahlraum angeordneten Verdrängerkolben 40 verändern. Die Lage des Verdrängerkolbens 40 ist massgebend für den auf den Mahlbehälterinhalt ausgeübten Innendruck und ist damit auch ein Mass für den Mahlwiderstand bzw. die Leistungsaufnahme des Antriebsmotors 5.
Der Verdrängerkolben 40 ist über eine Kolbenstange 41 fest verbunden mit einem Antriebskolben 42, der seinerseits in einem mit dem Mahlbehälter 3 fest verbundenen Antriebszylinder 43 gleitet. Die Bewegung des Antriebskolbens 42 wird über einen Seilzug mit Gegengewicht oder Spiralfeder 44 auf ein handelsübliches Drehpotentiometer 45 übertragen, dessen Schleiferje nach Lage des Verdrängerkolbens 40 am feststehenden Potentiometerteil eine veränderliche elektrische Spannung abgreift und als Lagesignal Xv dem Regelkreis zuleitet. Die Unterseite des Verdrängerkolbens 40 begrenzt eine flüssigkeitsgefüllte Zylinderkammer 46, während die Oberseite des Antriebskolbens 42 eine gasgefüllte Zylinderkammer 47 abschliesst. Eine von der Kolbenstange 41 durchbrochene Wand 48 trennt die beiden Zylinderkammern 46 und 47. Die Kammer 47 wird mit Gasdruck Pa z. B.
aus einem Druckluftnetz 49 über ein Steuerventil 50 versorgt. Der Gasdruck bewirkt, dass der Antriebskolben 42 und damit auch der Verdrängerkolben 40 in Richtung seiner untersten Stellung gedrückt wird. Dieser Bewegungstendenz steht aber vorerst das hydraulische Medium, z. B. Drucköl in der Kammer 46, entgegen, das unter Aufbau eines Gegendruckes Pg nur langsam über ein einstellbares Regelventil 51 in einen Ausgleichsdruckbehälter 52 abzuströmen vermag.
Nach Schliessen des Ventils 51 kann die Kolbenkombination 40, 41, 42 in jeder beliebigen Stellung zwischen beiden Endlagen als Gleichgewichtszustand zwischen beiden Druckmedien fixiert werden. Der Gasgegendruck im Ausgleichsdruckbehälter 52 wird ebenfalls aus dem Druckluftnetz 49 über das Steuerventil 53 versorgt. Zur Umkehr der Bewegungsrichtung des Verdrängerkolbens 40 werden die beiden Ventile 50 und 53 umgesteuert. Die Regelung des Ventils 51 geschieht auf elektrischem Wege, indem ein Kolbenstellungssollwert Wv am Sollwertgeber 54 vorgewählt, oder als externes Signal dem Volumenregler 55 gleichzeitig mit dem Kolbenstellungs-Istwertsignal Xv zugeführt wird. Ausgang des Reglers 55 bildet die Kolbenstellungs-Stellgrösse Yv die bei Übereinstimmung von Wv und Xv zu Null wird und das Regelventil 51 schliesst.
Fig. 4a und 4b zeigen andere Lösungsmöglichkeiten für die Lagemessung des Verdrängerkolbens 40 und der Er zeugung des Kolbenstellungs-Istwertsignals Xv, anstelle der bereits erläuterten Lösung des über eine Seilrolle angetriebenen Drehpotentiometers 45.
In Fig. 4a ist mit 40, 41, 42 wiederum die Verdrängerund Antriebskolbenkombination bezeichnet. Innerhalb der in diesem Falle hohl ausgebohrten Kolbenstange 41 ist ein handelsübliches Schiebepotentiometer 60 angeordnet, dessen längsbeweglicher Schleifer 61 mit dem Verdrängerkolben verbunden ist und je nach dessen Lage am feststehenden Potentiometerteil ein veränderliches elektrisches Spannungssignal Xv abgreift.
In Fig. 4b ist eine weitere Lösung der Messung der Kolbenlage dargestellt, die hiezu die Lage der Trennfläche 62 zwischen Flüssigkeit und Gaspolster im Ausgleichsdruckbehälter 52 benutzt. Das Niveau 62 bewegt sich durch das Zubzw. Abströmen des hydraulischen Mediums über das Drosselventil 51 in entgegengesetztem Sinne proportional zum Verdrängerkolben 40 der Fig. 4. In den Ausgleichsdruckbehälter 52 taucht eine handelsübliche, gasdicht eingebaute, kapazitive Niveaumesssonde 63, die am Messkopf ein der Lage des Ölniveaus 62 entsprechendes elektrisches Signal Xv liefert, das, wie in der Fig. 4 gezeigt, als Lageistwert dem Volumenregler 55 zugeführt wird.
Produkt-Druckregelung über Pumpendrehzahl nach Fig. 5
Bei verschiedenen Produkten kann trotz volumetrisch arbeitender Förderpumpe keine volumetrische Förderung erzielt werden. Ursache ist häufig die Luft im angesaugten Produkt. Im praktischen Betrieb fällt oft der Durchsatz bei abnehmender Füllhöhe des Behälters mit ungemahlenem Produkt beträchtlich zusammen.
Es hat sich gezeigt, dass bei Regelung der Pumpendrehzahl auf einen bestimmten Produktdruck am Mühleneintritt eine bessere Förderkonstanz erreicht wird als bei einer bestimmten Pumpendrehzahl der volumetrisch arbeitenden Pumpe.
Fig. 5 zeigt einen der Fig. 1 entsprechenden Förderpumpenantrieb für eine Rührwerkskugelmühle 1, 5, bestehend aus Förderpumpe 6, Antriebsmotor 10, Drehzahlregler 11 und Tachogenerator 12. Dieser vorher beschriebenen Drehzahlregelung ist eine Druckregelung übergeordnet, indem ein bekannter Druckgeber 70 den Istwert X, des Produktdrukkes vor dem Eintrittsstutzen 7 der Rührwerkskugelmühle 1 misst und als geeignetes elektrisches Signal dem Druckregler 71 zuführt. Mit einem Drucksollwertgeber 72, oder durch ein externes variables Signal, wird der gewünschte Drucksollwert Wp dem Regler 71 vorgegeben.
Die am Reglerausgang vorhandene Stellgrösse Yp wird nun als übergeordnetes Signal in einem Vergleicher 73 vorerst mit dem Drehzahlsollwert Wn aus dem aus Fig. 1 bekannten Sollwertgeber 13, oder einem externen variablen Signal verglichen und alsdann als resultierender Sollwert Wp/n dem Drehzahlreg ler 11 zugeführt, der den Pumpenantrieb gemäss Fig. 1 derart steuert, dass die Pumpendrehzahl innerhalb fest vorgegebener Grenzen ein Mass erreicht, welches einerseits unter den variablen Förderbedingungen den vorgegebenen Förderdruck erzeugt, anderseits den vorgewählten Drehzahlsollwert nicht überschreitet.
Leistungsregelung durch Volumenveränderung nach Fig. 6
Um dem Einfluss verschiedener Störgrössen, wie Temperatur, Viskosität, Durchsatzmenge und Mahlgutcharakter auf den Mahlwiderstand und damit auf die Antriebsleistung Rechnung zu tragen, vor allem aber auch um die Maschine möglichst rasch und dennoch ohne Überlast anzufahren, ist es vorteilhaft, der Volumenregelung gemäss Fig. 4 eine Regelung auf optimale Antriebsleistung überzuordnen.
Fig. 6 zeigt eine beispielsweise Ausführungsform einer solchen übergeordneten Leistungsmessung, kombiniert mit der in Fig. 4 bereits gezeigten Volumenregelung. Der Messwandler 76 misst laufend die Leistungsaufnahme des An triebsmotors 5 der Rührwerkskugelmühle 1 und liefert das Leistungs-Istwertsignal XN an den Leistungsregler 77. Am Sollwertgeber 78 kann die gewünschte Rührwerksantriebsleistung vorgewählt werden, oder es wird als externes variables Signal geliefert. Das Ausgangssignal des Leistungsreglers, die Leistungsstellgrösse YN, wird einem Vergleicher 79 zugeführt, gleichzeitig mit dem Volumen-Sollwert Wv des Volumen-Sollwertgebers 54, oder einem externen variablen Signal. Das kleinere aus beiden Signalen YNIV geht weiter zum Volumenregler 55.
Wie in der in Fig. 4 beschriebenen Weise liefert die Verdrängerkolben-Kombination 40, 42 über den Weggeber 60 das Lage-Istwertsignal Xv an den Regler 55, dessen Ausgangsstellgrösse Yv das Kolbenlageventil 51 steuert.
Beim Anfahren der Maschine aus kaltem Zustand wird der Kalben aus seiner untersten Stellung derart nach oben gefahren, dass die eingestellte Rührwerksleistung etwa konstant bleibt.
Um eine zu starke Mahlkörperverdrängung in den Mahlraum als Folge einer ausfallenden Produktförderung beispielsweise auszuschliessen, kann über den Volumen-Sollwertgeber 54 ein Volumen-Grenzwert vorgewählt werden.
Dieser hat zur Folge, dass die Mühle entweder mit der vorgewählten Rührwerksleistung oder aber mit dem kleinsten eingestellten Volumen fährt.
Leistungsregelung über Durchsatzveränderung nach Fig. 7
Fig. 7 zeigt eine Rühwerkskugelmühle 1 mit einem Rührwerk-Antriebsmotor 5, einer Produkt-Förderpumpe 6 und einem Pumpenantriebsmotor 10 wie zu Fig. 1 beschrieben.
Die Leistung des Rührwerkmotors 5 wird im Messwandler 76 gemessen und als Istwert XN dem Leistungsregler 77 zugeführt. Mit Sollwertgeber 78 wird die Rührwerksleistung WN vorgewähltoder als externes Signal zugeführt. Das Ausgangssignal YN des Leistungsreglers wird als übergeordnetes Signal zusammen mit dem Sollwert WN der Pumpendrehzahl einem Vergleicher 80 zugeführt. Am Ausgang des Vergleichers erscheint das jeweils kleinere der beiden Signale des Eingangs. Dieses wird als Sollwertsignal WN,n dem Drehzahlregler 11 des Pumpenantriebes, gleichzeitig mit dem Istwert Xn vom Tachometer 12 zugeführt. Der Regler liefert, wie in Fig. 1 gezeigt, sein Stellwertsignal YN/n, das jetzt aber gleichzeitig von Leistung N und Drehzahl n abhängig ist, an den Pumpenmotor 10.
Bei Maschinen ohne Volumenveränderung wird die Rührwerk-Motorleistung wesentlich durch den Produktdurchsatz beeinflusst. Wenn mit solchen Maschinen an der Leistungsgrenze gefahren wird, treten oft Überlastungen und damit Abschaltungen des Rührwerkmotors auf. Ist anderseits der Abstand von der ausnutzbaren Leistungsgrenze zu gross, so wird die Maschinenproduktion nicht ausgenützt und der Antriebsmotor läuft mit zu hoher Blindleistung.
Die oben beschriebene Leistungsregelung erlaubt volle Ausnutzung der Motorleistung ohne Gefahr von Überlastung. Der Drehzahl-Grenzwertgeber sorgt dafür, dass eine bestimmte vorgewählte Pumpendrehzahl und damit eine bestimmte Produkt-Verweilzeit in der Maschine nicht überschritten bzw. nicht unterschritten wird.
Leistungsregelung über Drehzahlveränderung nach Fig. 8
In Fig. 2 wurde die Drehzahlregelung des Antriebsmotors 5 der Rührwerksmühle 1 gezeigt. Diese Regelung kann nun auch, wie in den Beispielen nach Fig. 6 und 7, von einer Leistungsregelanordnung 76, 77, 78 überlagert werden.
Das Ausgangssignal YN des Leistungsreglers wird als übergeordnetes Signal zusammen mit dem Sollwert WD des Drehzahlgebers 16 einem Vergleicher 81 zugeführt. Das kleinere der beiden Signale erscheint am Ausgang des Vergleichers und liefert das Steuersignal YD/N für den Frequenzumformer 15. Der Antriebsmotor 5 läuft demnach auf seiner maximal eingestellten Drehzahl WD bei nicht voll ausgenützter Leistung oder auf seiner vollen Leistung WN, bei etwas reduzierter Drehzahl.
Adaptive Regelung
Anhand der Fig. 3, 5, 6, 7 und 8 wurden Beispiele von überlagerten Regelvorgängen erläutert, wobei das Ausgangssignal des überlagerten Regelkreises gleichzeitig Eingangssignal oder Sollwert des unterlagerten Reglers ist. Das Arbeiten mit variablen Sollwerten, welche laufend den optimalen Betriebsbedingungen angepasst werden, wird im folgenden als Adaptive Regelung bezeichnet.
Fig. 9 zeigt schematisch eine Adaptiv-Regelung für eine Rührwerkskugelmühle 1, angetrieben durch Motor 5, gespiesen durch Förderpumpe 6 und versehen mit dem Verdrängerkolben-Aggregat 40, 42 zur Volumenveränderung.
Die Antriebsmotoren 5 und 10 sind drehzahlgeregelt. Die Maschine 1 ist beispielsweise mit Wasser aus dem Netz 20 gekühlt. Die Temperaturistwerte XTI, bzw. XTI des Produktes werden am Eintritt 7 bzw. am Austritt 9 gemessen. Der Druckgeber 70 liefert den Druckistwert X, des Mahlproduktes vor Eintritt, während der Messwandler 76 den Leistungsistwert XN abgibt.
In den bisherigen Regelbeispielen nach Fig. 1 bis 7 wurden die Sollwerte entweder durch Fixwertgeber 13, 16, 28, 31, 54, 72 und 78 vorgewählt, oder durch externe variable Signale geliefert.
Im vorliegenden Beispiel bedient man sich der externen variablen Sollwert-Signale, die einem Computer 100 mittels einem peripheren Eingabegerät 101 aufgegeben und gespeichert werden. Die von verschiedenen Istwertgebern 7, 9, 12, 60, 70, 76 ankommenden Istwertsignale werden im Computer ebenfalls gespeichert und nach Bedarf des Regelvorganges abgerufen.
Uber das periphere Programmiergerät 102 wird der Computer mit dem Programmablauf PA versorgt. Die Regelfunktionen sind im Programm PA integriert, so dass der Computer in der Lage ist, die verschiedenen Stellwerte Y aus den Sollwerten W und den Istwerten X zu berechnen und an die entsprechenden Motoren M, Schalter S und Magnetventile MV weiterzugeben, wie in Fig. 9 mit strichpunktierten Linien angedeutet. Die Stellgrössen YN und Y,, werden im Computer intern verarbeitet und treten nach aussen nicht mehr in Erscheinung, was mit dem zurückführenden Pfeil angedeutet ist.
Als Beispiel ist der Quotient aus Produktdruck und Pumpen-Drehzahl ein Mass für die Betriebsviskosität des Produktes in der Maschine. Aufgrund dieser Quotienten können nun laufend Sollwerte für die Kolbenstellung errechnet werden, welche eine optimale Mahlwirkung gewährleisten.
In einem weiteren Beispiel wird der Sollwert der Produktaustrittstemperatur innerhalb gewisser Grenzen derart verändert, dass bei einem bestimmten Produkt-Durchsatz und einem bestimmten Volumen eine für den Betrieb optimale Rührwerk-Leistung aufgenommen wird.
Der Betrieb einer Rührwerksmühle kann auf diese Weise optimal den Gegebenheiten der Maschine und den Erfordernissen der Produkte angepasst werden. Im besonderen lässt sich eine Maschine mit adaptiver Regelung problemlos automatisch anfahren und abschalten. Die Produktion geschieht bei gewünschter Qualität und höchster Wirtschaftlichkeit ohne Überwachung durch eine Bedienungsperson.
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21. Arrangement according to claim 20, characterized in that a device unit with multiplex operation for controlling and regulating several agitator mills is used.
22. Arrangement according to one of the claims 20 or 21, characterized in that at least some of the functions mentioned are controlled or regulated by a computer (100).
The present invention relates to a method for operating a rotating, motor-driven agitator in a freely movable grinding body and to the continuously working agitator mill, which contains coolable grinding containers and contains a coolant which is supplied by means of a feed pump under pressure, for fine grinding, dispersing, homogenizing and / or emulsifying liquid products.
The invention further relates to a control arrangement for carrying out the method by means of which the grinding conditions in the grinding container can be determined with the aid of a control arrangement which generates a control signal.
It is known to subject products in such agitator mills to fine grinding, dispersing, homogenizing and emulsifying a continuous working process, in particular, for example, dispersions of color pigments in solvents and binders in the paint and coating industry.
A problem with agitator mills is to optimally set the various operating parameters for the product to be processed, such as temperature, delivery pressure of the feed pump, throughput quantity, speed of the pump and agitator, volume of the grinding container, if this can be changed. So far, this setting was done manually based on experience. However, this leads to irregularities in practical operation, because often a single operator has to monitor several mills and the various operating parameters to be set are interdependent. For example, the hourly throughput depends on the speed and pressure of the feed pump, but also on the product viscosity and this in turn on the product temperature.
However, the product temperature is again influenced by the operating state inside the machine, in particular by the grinding resistance, the coefficient of friction and the intensity of the cooling of the agitator and grinding bowl as well as the speed of the machine.
It has already become known that the operating state of the mill z. B. by keeping the viscosity of the product constant by adding solvents or binders (DE-OS 2 546 146).
Another problem with agitator ball mills is the risk of overheating and thus damage to temperature-sensitive regrind. For this reason, a known mill (US Pat. No. 3,984,055) was equipped with a monitoring and alarm system which detect certain operating parameters and determine their deviation from a certain value and, if a specified deviation tolerance is exceeded, for. B. can shut down the feed pump and / or trigger an alarm that alerts the operating personnel to an irregularity in the functional sequence. Here, parameters such as the pressure in the grinding container, the pressure of the cooling medium, the temperature in the grinding container or the like can be recorded.
A disadvantage of this known mill, however, is that after triggering an alarm or stopping the mill, the normal state can only be restored by the intervention of an experienced operator.
Furthermore, it has become known in other mills, which are simple in terms of control technology compared to an agitator mill, to keep the power consumption of the mill motor as optimal as possible by using its current consumption as a measurement variable for controlling the supply of ground material (DE-AS 1 077 950, DE -PS 1 216 079, BE-PS 554 440). On the one hand, this measure is not readily transferable to agitator mills, because there a large number of operating parameters have to be monitored under the various operating conditions, on the other hand, a selection has to be made for optimization so that the control is not too complicated, expensive and prone to failure, whereby in In many cases, however, a single measure to optimize mill operation is not sufficient.
Furthermore, it has already become known (DE-AS 1 248 440, DE-PS 2 051 003), by moving a full or sieve-like perforated piston or displacer delimiting the grinding container or a secondary chamber at the top or bottom with the aid of mechanical, hydraulic or pneumatic devices, the volume in the cavity filled with grinding media and to adapt it to the current engine power. According to the task and solution, this arrangement is intended exclusively for start-up and is advantageous for facilitating the start-up of a full mill in the unloaded state, but does not contribute to the necessary regulation during operation.
However, all known agitator mills also have the disadvantage that the critical parameters such as temperature, load capacity of the motors, speed, etc. must be kept well below a maximum value that is just permissible so that the considerable security required in the event of possible fluctuations is available.
The aim of the present invention is therefore to provide an agitator mill of the type mentioned at the outset with which a constant, reproducible quality of the millbase is achieved and which are always operated at the upper limit of the load capacity of the agitator motor, the cooler and the temperature of the millbase can, without there being a risk of overloading or overstressing. Also, the operators of the agitator mill should not be overstressed by excessive demands.
To achieve this object, it is provided according to the invention that at least one operating parameter is automatically controlled by at least one control loop, each with at least one actual, target and manipulated variable.
This method can now be automated in that the control arrangement contains at least two components, one of which is provided as a sensor for determining at least one actual value and another as a control device receives at least one output signal from this control arrangement.
With the design according to the invention, all operating conditions can be met, not only (and above all) normal operation, but also those
special conditions that only occur in agitator mills, for example when starting up or breaking or jamming the grinder bodies.
For some products, the invention is best implemented in such a way that the temperature meter for measuring the product temperature is arranged in the region of the outlet of the grinding container and that an output signal can be fed to a controller for a fluid flowing through the grinding container.
For other applications, on the other hand, it may be more favorable if the control arrangement has a control circuit in which the output signal of the measurement arrangement can be fed to the fluid quantity controller for at least one parameter determining the power of the agitator motor, preferably for the agitator motor current.
With the aid of the following drawings, the invention is explained and justified in its exemplary embodiment variants of the various control systems:
Fig. 1 shows schematically an agitator ball mill with a feed pump for the ground product, as well as the control loop for the control of the pump motor.
Fig. 2 shows schematically an identical agitator ball mill with a drive motor and the control for its infinitely variable speed change, which can be superimposed on a control to optimal drive power.
Fig. 3 shows schematically a cooled agitator ball mill with drive motor and feed pump, coolant circuit for stator and rotor cooling and the control circuit for regulating the product temperature.
Fig. 4 shows schematically a special type of agitator ball mill with variable grinding media filling, the associated control loop for volume control and the displacement measurement of the displacement piston.
4a, 4b show other variants of the displacement measurement of the displacement piston from FIG. 4.
FIG. 5 shows the combination of a speed-controlled feed pump from FIG. 1, which is superimposed on a control to a specific product pressure at the mill inlet.
FIG. 6 shows the combination of a volume-controlled agitator ball mill corresponding to FIG. 4, which is superimposed on a control for optimal drive power by the mill motor.
FIG. 7 shows an agitator ball mill with a speed-controlled feed pump from FIG. 1, the regulation of the throughput of which is superimposed by a regulation on optimal drive power by the mill motor.
Fig. 8 shows an agitator ball mill with power control via the speed control of the main drive motor.
FIG. 9 shows a number of numerous possible combinations of the aforementioned regulations as adaptive regulation, controlled by a computer.
The following reference symbols are used throughout the figures: G setpoint potentiometer (13, 16,28,31,54,72,78) WN / XN power setpoint / actual value drive motor WD / XD speed setpoint / actual value drive motor Wn / Xn speed Setpoint / actual value feed pump Wp / Xp pressure setpoint / actual value at product entry Wv / Xv volume setpoint / actual value piston position WTI / XTI temperature setpoint / actual value end product WT2 / XT2.3 temperature setpoint / actual value cooling water outlet output manipulated variable speed manipulated variable for drive motor speed control value for feed pump Yv control values for position control valve (51) YTI control value for cooling water quantity YT2 control value for cooling water ratio inside /
Outside YN / n smaller manipulated variable from comparison YN and <RTI
ID = 3.8> Yn smaller manipulated variable from comparison YD and YN YN / V smaller manipulated variable from comparison YN and Yv Yp / n smaller manipulated variable from comparison Y, and Yn R
EMI3.1
Power controller (77) Speed controller (55) Piston position controller (55) Temperature controller (29, 30) Pressure controller (71) V comparator (73, 79, 80, 81) Mv
EMI3.2
Pump motor (10) Agitator motor (5) Solenoid valve pressure piston (51) Solenoid valve cooling water (22) Solenoid valve / cooler ratio inside / outside (27) T Tachometer pump motor (12) Ex External signal source as setpoint
Pump speed control according to FIG. 1
The requirements for the pump drive are extremely delicate.
Since the pump drive is preferably inserted into higher-level control loops, the pump speed must be controllable by remote control as precisely as possible. However, a large speed adjustment range is also required, and a certain response speed is required in order not to delay the superimposed control loops. In addition, a pump drive is expected to operate largely maintenance-free and insensitive to overloads.
A speed-controlled pump drive according to FIG. 1 is best suited for all of these requirements.
1 designates an agitator ball mill, consisting of a rotating rotor 2, which rotates in a stator 3 and rotates the freely movable grinding bodies 4 contained therein. The rotor 2 is driven by a motor 5. The ground product is fed to the mill by the feed pump 6 under pressure at 7 and, after passing through a separating device 8 for retaining the grinding bodies, it leaves through the outlet 9.
A known, specially designed three-phase motor 10 drives the volumetric feed pump 6. The three-phase motor 10 is regulated by changing its stator voltage in such a way that its speed remains largely constant even when the load fluctuates over time. A known controller 11 controls the required stator voltage as the speed manipulated variable Yn using semiconductors. A known three-phase tachometer machine 12 generates the actual speed value xn. The setpoint where is generated as a fixed value in the setpoint generator 13 or is supplied to the controller 11 as an external variable signal. The pump drive torque and thus the pump pressure can be limited by a known current limitation installed in the controller 11. This eliminates the need to install a pressure relief valve in the product delivery line.
The direction of rotation of the product pump and thus the direction of conveyance can be reversed by means of a reversing contactor 14 on external command. This also allows the agitator ball mill to be emptied.
Agitator speed control according to FIG. 2
Mainly for cost reasons, agitator ball mills are usually driven with three-phase asynchronous motors. In most cases, turbo coupling and belt drive form the overdrive to the machine. Such drives require a change of the pulleys or a variable gear to change the speed.
Since on the one hand the agitator speed is of great importance for the grinding efficiency and also for grinding wheel and mill wear, and on the other hand the conventional drives seem unsuitable for speed adjustments, a variable-speed drive is inevitable. The economic viability of an asynchronous motor controlled by semiconductors for driving agitator ball mills is becoming increasingly important due to the falling semiconductor prices as well as the elimination of the smurf coupling. The smooth start-up of the mill can be adapted to the pitfalls of the products as required.
FIG. 2 shows the agitator ball mill 1 explained in more detail in FIG. 1, which in a preferred embodiment is driven by a three-phase asynchronous motor 5.
A known frequency converter equipped with semiconductors was selected as the speed controller 15. It receives the control signals as fixedly adjustable speed setpoints WD from a setpoint generator 16, or from external variable setpoint signals. A specific output frequency f2 is generated from the setpoint.
Temperature control according to FIG. 3
3 again shows an agitator ball mill 1, consisting of an internally cooled rotor 2, an externally cooled stator 3 and a drive motor 5.
A product feed pump 6 feeds the regrind at the inlet 7 into the mill and the end product leaves the grinding container at the outlet 9. From the water supply network or from another coolant source 20, the cooling medium passes through a pressure reducing valve 21 to the continuously operating control valve 22. With the two throttle valves 23 and 24, the coolant flow is divided in a suitable ratio between rotor 2 and stator 3.
The coolant is supplied to the rotor through an insertion head 25 and to the stator through a connecting piece 26. In an improved solution, a control valve 27 shown in broken lines is used instead of the throttle 24.
The temperature setpoint WTI is either preselected as an empirical value by a setpoint generator 28 as a fixed value or is supplied to the temperature controller 29 as an external variable input signal.
The actual temperature value XTI is measured at the product outlet 9. The manipulated variable YTI continuously controls the control valve 22.
For many ground products, especially printing inks, an exact temperature control of the product is of great importance for the quality and performance of the production with agitator ball mills. It has been shown that not only the longitudinal temperature profile, but also the transverse profile plays an important role. By regulating the water outlet temperature difference, undesirable asymmetries in the grinding chamber can also be avoided over a long period of time.
In an improved embodiment (dashed lines), in order to also better control the ratio of internal to external cooling, the coolant outlet temperature difference (XT2-XT3) is regulated by a second controller 30. The setpoint WT2 is also permanently preselected as an empirical value by a setpoint generator 31 or is generated externally as a variable signal.
The resulting manipulated variable YT2 continuously controls the control valve 27 and influences the ratio of the cooling water quantities for internal and external cooling.
Volume control according to FIG. 4
Known devices for changing the grinding chamber volume or the filling of the grinding media have the serious disadvantage that the position of the movable wall or the movable screen is not, or is determined, but can only be adjusted by manual operation.
Driving with agitator ball mills shows that the process is extremely sensitive to changes in volume at filling levels of 80% or more.
The volume control shown below allows a very precise adjustment of the displacement piston in its position and thus an exact optimization of the grinding volume.
In Fig. 4, the numbers 1 to 10 in turn, as in Figs. 1 and 3, denote the entirety of the agitator ball mill with drive. Grind product enters the mill at inlet 7 and leaves it at overflow 9. The volume of the grinding media filling inside the stator 3 can be changed with the displacer piston 40 arranged under the grinding chamber. The position of the displacer piston 40 is decisive for the internal pressure exerted on the contents of the grinding container and is therefore also a measure of the grinding resistance or the power consumption of the drive motor 5.
The displacer piston 40 is fixedly connected via a piston rod 41 to a drive piston 42, which in turn slides in a drive cylinder 43 which is firmly connected to the grinding container 3. The movement of the drive piston 42 is transmitted via a cable with a counterweight or spiral spring 44 to a commercially available rotary potentiometer 45, the slider of which, depending on the position of the displacer piston 40, picks up a variable electrical voltage on the fixed potentiometer part and feeds it to the control circuit as a position signal Xv. The underside of the displacement piston 40 delimits a liquid-filled cylinder chamber 46, while the upper side of the drive piston 42 closes a gas-filled cylinder chamber 47. A wall 48 pierced by the piston rod 41 separates the two cylinder chambers 46 and 47. The chamber 47 is pressurized with gas pressure Pa. B.
supplied from a compressed air network 49 via a control valve 50. The gas pressure causes the drive piston 42 and thus also the displacement piston 40 to be pressed in the direction of its lowest position. This tendency to move is initially the hydraulic medium, for. B. pressure oil in the chamber 46, counter that can only flow slowly through an adjustable control valve 51 via an adjustable control valve 51 into a surge tank 52.
After closing the valve 51, the piston combination 40, 41, 42 can be fixed in any position between the two end positions as a state of equilibrium between the two pressure media. The gas back pressure in the compensating pressure vessel 52 is also supplied from the compressed air network 49 via the control valve 53. To reverse the direction of movement of the displacer 40, the two valves 50 and 53 are reversed. The valve 51 is controlled electrically by preselecting a piston position setpoint Wv at the setpoint generator 54, or as an external signal to the volume controller 55 simultaneously with the piston position actual value signal Xv. The output of the controller 55 forms the piston position manipulated variable Yv which, when Wv and Xv match, becomes zero and closes the control valve 51.
4a and 4b show other possible solutions for the position measurement of the displacer 40 and the generation of the piston position actual value signal Xv, instead of the already explained solution of the rotary potentiometer 45 driven by a pulley.
In Fig. 4a, 40, 41, 42 again designates the displacement and drive piston combination. A commercially available slide potentiometer 60 is arranged within the piston rod 41, which is hollowed out in this case, the longitudinally movable slider 61 of which is connected to the displacement piston and, depending on its position on the fixed potentiometer part, taps a variable electrical voltage signal Xv.
4b shows a further solution for measuring the piston position, which uses the position of the separating surface 62 between the liquid and the gas cushion in the compensating pressure container 52 for this purpose. Level 62 moves through the Outflow of the hydraulic medium via the throttle valve 51 in the opposite sense proportional to the displacement piston 40 of FIG. 4. A commercially available, gas-tight, capacitive level measuring probe 63 is immersed in the compensating pressure container 52, which delivers an electrical signal Xv on the measuring head corresponding to the position of the oil level 62, which, as shown in FIG. 4, is supplied to the volume controller 55 as the actual position value.
Product pressure control via pump speed according to FIG. 5
With various products, no volumetric delivery can be achieved despite the volumetric feed pump. The cause is often the air in the sucked product. In practical operation, the throughput often coincides considerably with a decreasing fill level of the container with unground product.
It has been shown that when the pump speed is regulated to a certain product pressure at the mill inlet, a better delivery consistency is achieved than with a certain pump speed of the volumetric pump.
FIG. 5 shows a feed pump drive corresponding to FIG. 1 for an agitator ball mill 1, 5, consisting of feed pump 6, drive motor 10, speed controller 11 and tachometer generator 12. A pressure control is superior to this previously described speed control, in that a known pressure transmitter 70 controls the actual value X, of the product pressure in front of the inlet port 7 of the agitator ball mill 1 and feeds the pressure regulator 71 as a suitable electrical signal. The desired pressure setpoint Wp is given to the controller 71 with a pressure setpoint generator 72, or with an external variable signal.
The manipulated variable Yp present at the controller output is now compared as a higher-level signal in a comparator 73 with the speed setpoint Wn from the setpoint generator 13 known from FIG. 1, or an external variable signal and then fed to the speed controller 11 as the resulting setpoint Wp / n. 1 controls the pump drive according to FIG. 1 in such a way that the pump speed reaches a level within fixed predetermined limits which, on the one hand, generates the specified delivery pressure under the variable delivery conditions and, on the other hand, does not exceed the preselected speed setpoint.
Capacity control by changing the volume according to FIG. 6
In order to take into account the influence of various disturbance variables such as temperature, viscosity, throughput and grinding material character on the grinding resistance and thus on the drive power, but above all to start the machine as quickly as possible and yet without overload, it is advantageous to use the volume control according to Fig. 4 overrule a regulation for optimal drive power.
FIG. 6 shows an example of an embodiment of such a superordinate power measurement, combined with the volume control already shown in FIG. 4. The measuring transducer 76 continuously measures the power consumption of the drive motor 5 of the agitator ball mill 1 and delivers the actual power value signal XN to the power controller 77. The desired agitator drive power can be preselected at the setpoint generator 78 or it is supplied as an external variable signal. The output signal of the power controller, the power control variable YN, is fed to a comparator 79, simultaneously with the volume setpoint Wv of the volume setpoint generator 54, or an external variable signal. The smaller of the two signals YNIV continues to the volume controller 55.
As in the manner described in FIG. 4, the displacer piston combination 40, 42 supplies the position actual value signal Xv to the controller 55 via the travel sensor 60, the output manipulated variable Yv controlling the piston position valve 51.
When starting the machine from a cold state, the calf is raised from its lowest position in such a way that the set agitator output remains approximately constant.
In order to rule out excessive displacement of the grinding media into the grinding chamber as a result of product delivery failing, for example, a volume limit value can be preselected via the volume setpoint generator 54.
As a result, the mill either runs with the preselected agitator output or with the smallest set volume.
Capacity control via change in throughput according to FIG. 7
FIG. 7 shows an agitator ball mill 1 with an agitator drive motor 5, a product feed pump 6 and a pump drive motor 10 as described for FIG. 1.
The power of the agitator motor 5 is measured in the transducer 76 and supplied to the power controller 77 as the actual value XN. The agitator power WN is preselected with setpoint generator 78 or supplied as an external signal. The output signal YN of the power controller is fed to a comparator 80 as a higher-level signal together with the setpoint WN of the pump speed. The smaller of the two signals of the input appears at the output of the comparator. This is supplied as a setpoint signal WN, n to the speed controller 11 of the pump drive, simultaneously with the actual value Xn from the tachometer 12. As shown in FIG. 1, the controller supplies its manipulated variable signal YN / n, which is now dependent on power N and speed n, to the pump motor 10.
For machines without volume changes, the agitator motor output is significantly influenced by the product throughput. When driving with such machines at the performance limit, overloads and thus shutdown of the agitator motor often occur. On the other hand, if the distance from the usable power limit is too large, machine production is not used and the drive motor runs with excessive reactive power.
The power control described above allows full utilization of the engine power without the risk of overloading. The speed limit sensor ensures that a certain preselected pump speed and thus a certain product dwell time in the machine is not exceeded or not fallen short of.
Power control via speed change according to FIG. 8
2, the speed control of the drive motor 5 of the agitator mill 1 was shown. This control can now, as in the examples according to FIGS. 6 and 7, be superimposed by a power control arrangement 76, 77, 78.
The output signal YN of the power controller is fed as a higher-level signal to a comparator 81 together with the setpoint WD of the speed sensor 16. The smaller of the two signals appears at the output of the comparator and supplies the control signal YD / N for the frequency converter 15. The drive motor 5 therefore runs at its maximum set speed WD with not fully utilized power or at its full power WN at a somewhat reduced speed.
Adaptive control
3, 5, 6, 7 and 8, examples of superimposed control processes have been explained, the output signal of the superimposed control circuit being simultaneously the input signal or setpoint of the subordinate controller. Working with variable setpoints, which are continuously adapted to the optimal operating conditions, is referred to below as adaptive control.
FIG. 9 schematically shows an adaptive control for an agitator ball mill 1, driven by motor 5, fed by feed pump 6 and provided with displacement piston assembly 40, 42 for changing the volume.
The drive motors 5 and 10 are speed-controlled. The machine 1 is cooled, for example, with water from the network 20. The actual temperature values XTI or XTI of the product are measured at inlet 7 or outlet 9. The pressure transmitter 70 supplies the actual pressure value X, of the ground product before entry, while the measuring transducer 76 outputs the actual power value XN.
In the previous control examples according to FIGS. 1 to 7, the setpoints were either preselected by fixed value transmitters 13, 16, 28, 31, 54, 72 and 78, or supplied by external variable signals.
In the present example, the external variable setpoint signals are used, which are input and stored in a computer 100 by means of a peripheral input device 101. The actual value signals arriving from different actual value transmitters 7, 9, 12, 60, 70, 76 are also stored in the computer and called up as required by the control process.
The computer is supplied with the program sequence PA via the peripheral programming device 102. The control functions are integrated in the PA program, so that the computer is able to calculate the various manipulated values Y from the setpoint values W and the actual values X and pass them on to the corresponding motors M, switches S and solenoid valves MV, as in FIG. 9 indicated by dash-dotted lines. The manipulated variables YN and Y ,, are processed internally in the computer and no longer appear externally, which is indicated by the returning arrow.
As an example, the quotient of product pressure and pump speed is a measure of the operating viscosity of the product in the machine. Based on these quotients, setpoints for the piston position can now be continuously calculated, which ensure an optimal grinding effect.
In a further example, the setpoint value of the product outlet temperature is changed within certain limits in such a way that, with a certain product throughput and a certain volume, an agitator performance which is optimal for operation is absorbed.
In this way, the operation of an agitator mill can be optimally adapted to the conditions of the machine and the requirements of the products. In particular, a machine with adaptive control can be started up and switched off automatically without any problems. Production takes place with the desired quality and maximum economy without supervision by an operator.