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Technischer
Hintergrund
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Die
Saftausbeute wird bei einer Bandfilterpresse wesentlich von der
Durchsatzmenge an Maische und der entsprechenden Presszeit (Bandgeschwindigkeit)
bestimmt. Als Saftausbeute ist das Verhältnis Saftmenge/Maischemenge
definiert, bzw. gewichtsbezogen das Verhältnis Saftmenge × Saftdichte/Maischemenge × Maischedichte
(Saftmengen beispielsweise in m3/h). In
der Regel erhält
man bei niedrigeren Mengen und hohen Presszeiten/niedrigen Bandgeschwindigkeiten
höhere
Ausbeuten. Das Pressergebnis wird selbstverständlich auch von weiteren Einstellungen
der Maschine und der Qualität der
Apfelmaische (Sorte und Alter der Äpfel) bestimmt. Daher ergeben
sich für
entsprechende Ausbeuten unterschiedliche Betriebszustände. Bei
manueller Steuerung/Regelung dieser Betriebszustände entsteht entsprechender
Zeit/Personalaufwand; infolge der Vielzahl der letztlich die Qualität des Produktes
bestimmenden Parameter ist damit eine Optimierung der Abläufe und
der Saftqualität
nur unvollständig
erreichbar.
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Darstellung
der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist die Automatisierung einer Bandfilterpresse mit
dem Ziel einer vorgebbaren und weitgehend konstanten Ausbeute an Saft.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 gelöst.
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Der
Grundgedanke der Erfindung besteht darin, durch den Einsatz von
mindestens zwei Regelkreisen eine Optimierung der Saftausbeute zu
erreichen.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Ein
Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Bandfilterpresse
wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert, es
zeigen:
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1:
Eine Darstellung der Bandfilterpresse mit den zugeordneten Baueinheiten
zur Steuerung,
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2:
eine Detaildarstellung des Aufgabebereichs der Bandfilterpresse.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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1 zeigt
eine Bandfilterpresse 10 mit grundsätzlich bekanntem Aufbau:
Ein
oberes Siebband 11A und ein unteres Siebband 11B sind über mehrere
Presswalzen 12 geführt.
Auf das obere Siebband 11A wird über einen Auflauf 15 Maische
M aufgegeben, die von einer Maischepumpe 14 beispielsweise
aus einem Vorratsbehälter
geliefert wird. Die Maische M wird nach dem Auflauf 15 auf
dem oberen Siebband 11A nivelliert und zwischen den beiden
Siebbändern 11A, 11B in
zunehmendem Pressdruck ausgepresst, so dass sich am Ende der Presswalzenanordnung
der Trester T abnehmen lässt,
und der Saft S in einer Abgabeeinheit 16, beispielsweise
einem trichterförmig
zulaufendem Aufnahmeblech, unterhalb der Presswalzen 12 abgegeben
wird. Der Saft S wird mittels einer Saftpumpe 17 beispielsweise
zu einem Safttank oder zur Weiterverarbeitung in weitere Apparate
weitergeleitet. Vor der Saftpumpe 17 ist ein Schwingsieb 18 geschaltet.
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Die
Spannung der Siebbänder
kann über einstellbare
Spannwalzen 13A, 13B vorgegeben werden.
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Erfindungsgemäß ist dieser
bekannte Aufbau einer Bandfilterpresse zur Saftgewinnung durch Baueinheiten
ergänzt,
die mit Hilfe von mindestens zwei Regelkreisen sowohl die anlagentechnische Optimierung
der auf das obere Siebband 11A aufgebrachten Maische M
erlauben (beispielsweise eine bestimmte Dicke der Maischeschicht),
als auch eine vorgebbare Saftausbeute, d.h. ein vorgebbares Verhältnis von
gewonnener Saftmenge zu aufgebrachter Maischemenge einhalten.
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Eine
erste Gruppe von Baueinheiten dient zur Regelung der Maischepumpe 14 und
besteht im wesentlichen aus einem ersten Durchflussmesser 20A in
der Zuleitung der Maische M zum Auflauf 15, einem zweiten
Durchflussmesser 20B in der Saftleitung und einer ersten
Regeleinheit 21, die die Messwerte der beiden Durchflussmesser 20A, 20B erhält, daraus
die Saftausbeute in der gewünschten
Dimensionierung (Volumen- oder Gewichtsprozente) errechnet und mit
einem ersten Sollwert S1 vergleicht. Weicht der Istwert der tatsächlichen,
aus den Messergebnissen der beiden Durchflussmesser 20A, 20B ermittelten
Saftausbeute von dem vorgegebenen Sollwert S1 mehr als einen vorgebbaren
Grenzwert ab, erzeugt die erste Regeleinheit 21 ein Steuersignal
an einen Frequenzumformer 14A der Maischepumpe 14,
wodurch die Fördermenge
der Maische M zum Auflauf 15 verringert oder vergrößert wird.
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Eine
zweite Gruppe von Baueinheiten dient der Optimierung der Maischehöhe auf dem
oberen Siebband 11A und ist in 1 schematisch
auf dem Siebtisch mit "X" bezeichnet und in 2 im
Detail dargestellt:
Zur Erfassung der für das Pressergebnis relevanten Verteilung
der Maischemenge M auf dem oberen Siebband 11A können alternativ
zwei Messmöglichkeiten
verwendet werden, die in 2 der Einfachheit halber zusammen
dargestellt sind:
Ein Maische-Niveaumesser 30A misst
den Abstand δh
eines Ultraschallsensors von der Oberfläche der Maische und gibt diesen
Messwert an eine zweite Regeleinheit 31 weiter, die diesen
Istwert mit einem vorgegebenen zweiten Sollwert S2 vergleicht. Stellt die
zweite Regeleinheit 31 eine relevante Abweichung zwischen
dem gemessenen Istwert und dem Sollwert S2 fest, steuert sie über eine
Steuerleitung einen (nicht dargestellten) Frequenzumformer des Antriebsmotors 13 für die Presswalzen 12 an,
wodurch die Geschwindigkeit der Siebbänder erhöht oder verringert werden kann,
bis der gewünschte Sollwert
S2 innerhalb einer vorgebbaren Toleranzbreite erreicht wird.
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Alternativ
zum Maische-Niveaumesser 30A kann ein Maische-Druckmesser 30B vorgesehen sein,
der dann das Messsignal für
die zweite Regeleinheit 31 bei entsprechend gewähltem zweiten
Sollwert S2 darstellt.
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Eine
erste bevorzugte Weiterbildung sieht vor, dass mittels einer dritten
Regeleinheit 41 die von (nicht dargestellten) Sensoren
P gemessene Siebspannungen mit einem vorgebbaren dritten Sollwert S3
verglichen wird und die verstellbaren Walzen 13A; 13B (Pfeile
P1, P2 in 1) entsprechend positioniert
werden, wobei eine Erhöhung
der Siebspannung in der Regel zu einer Erhöhung der Saftausbeute führt.
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Eine
zweite bevorzugte Weiterbildung sieht vor, dass mittels einer vierten
Regeleinheit S1 die von einem (nicht dargestellten) Sensor Z den
von einer am Ende der Walzenanordnung 12 vorgesehenen, zusätzlichen
Walze 19 (als Pressnip bekannt) auf eine der Presswalzen
ausgeübten
Liniendruck messen und mit einem vorgebbaren vierten Sollwert S4 verglichen
wird; bei Abweichungen des Ist-Liniendruckes vom Sollwert S4 wird
mittels Hydraulikzylinder 19A der Liniendruck der Zusatzwalze 19 auf
die zugeordnete Presswalze 12 geändert, was in einer Erhöhung der
Saftausbeute bei zunehmendem Liniendruck führt.
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Es
versteht sich von selbst, dass anstelle von Regeleinheiten 41, 51 auch
eine bekannte, manuelle Steuerung der Siebspannung und/oder des
Liniendruckes erfolgen kann.
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Der
Betrieb der Bandfilterpresse mit den erfindungsgemäßen Regeleinrichtungen
wird im einzelnen noch kurz erläutert:
Die
auf die Bandfilterpresse gelangende Menge der Maische M wird durch
eine Durchflussmessung mit dem ersten Durchflussmesser 20A vor
der Bandfilterpresse ermittelt, die Menge des erzeugten Safts S durch
eine Durchflussmessung mit dem zweiten Durchflussmesser 20B in
der Saftleitung. Der zweite Durchflussmesser 20B kann nach
der Abgabeeinheit 16 in der Saftaustrittsleitung (wie dargestellt),
oder in der weiteren Prozesskette nach oder vor verschiedenen Tanks,
Pumpen oder Apparaten angeordnet werden.
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Üblicherweise
werden zur Durchflussmessung induktive Durchflussmesser eingesetzt.
Es können
jedoch auch andere Durchflussmesser (z.B. mechanische wie Rotameter
etc) oder Massedurchflussmesser eingesetzt werden.
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Für die Berechnung
der Ausbeute und deren Anzeige gibt es zwei verschiedene Ausführungen:
- a) Die beiden Mengen werden kontinuierlich
gemessen und die Ausbeute wird ebenso kontinuierlich berechnet (Signale
der Durchflussmesser als 4–20
mA).
- b) Die beiden Mengen werden als Impulse pro Mengeneinheit über eine
bestimmte Zeit in einem (nicht dargestellten) Zähler aufaddiert und daraus die
Ausbeute berechnet und angezeigt. Danach findet ein interner Reset
des Zählers
statt und es wird von neuem aufaddiert.
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Die
jeweiligen Algorithmen sind in der ersten Regeleinheit 21 als
Programm oder in Form von Hardware abgespeichert.
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Die
für Maische
und Saft jeweils unterschiedlichen Dichten können entweder durch Korrekturfaktoren
in der Programmierung oder bei der Kalibrierung der Messgeräte berücksichtigt
werden.
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Um
eine konstante Saftausbeute zu erreichen, wird an der ersten Steuereinheit 21 ein
erster Sollwert S1 (z.B. 80%) eingegeben. Dieser Sollwert wird von
der Steuereinheit 21 mit dem aus den Werten der Durchflussmesser 20A, 20B errechneten
Istwert verglichen.
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Ist
der Istwert z.B. geringer als der Sollwert, wird die Maischepumpe 14 angesteuert
und die Maischemenge reduziert. Analog wird bei einer Abweichung
nach oben die Maischemenge erhöht.
Die erforderliche Veränderung
wird hierbei über
eine Änderung
der Drehzahl der Maischepumpe 14 realisiert, die Steuereinheit 21 gibt
hierzu ein entsprechendes Signal an den Frequenzumformer 14A der
Maischepumpe.
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Die Änderung
der zugeführten
Menge der Maische M kann alternativ durchgeführt werden:
- a)
Durch kontinuierliche Veränderung;
- b) durch schrittweise Änderung
in +/–10%
Schritten, wobei die Schritte variabel einstellbar sein können.
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Hierzu
wird die Maischehöhe
(Niveau) auf dem Siebtisch (siehe 2) mittels
des Maische-Niveaumessers 30A beispielsweise durch Ultraschallhöhenmessung
oder alternativ durch Druckmessung (Druckmessdose 30B)
im Auflauf 15 gemessen. Neben der Ausführung mit einer kontinuierlichen
Höhenmessung
oder einer Druckmessung ist auch eine Steuerung über Stabsonden oder andere Änderungen
des Maischeauftrags erkennende Messungen möglich. Eine optimale Entsaftung/Maschineneinstellung
entspricht einer bestimmten Maischehöhe oder einem bestimmten Druck.
Der Bediener gibt diesen Wert als zweiten Sollwert S2 in die zweite
Regeleinheit 31 ein.
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Wenn
sich durch die oben beschriebene Mengenregelung mit der ersten Regeleinheit 21 die Maischemenge ändert, ändert sich
auch der Istwert der Maischehöhe/der
Druck (Zu- oder Abnahme). Entsprechend dem zweiten Sollwert S2 wird
durch die zweite Regeleinheit 31 die Pressengeschwindigkeit
kontinuierlich so verändert,
bis Istwert und Sollwert übereinstimmen.
Die Änderung
wirkt als Stellwert auf den Frequenzumformer des Antriebsmotors 13 und
steuert damit die Drehzahl der Presswalzen 12.
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Im
Gesamtkonzept der Ausbeuteregelung besteht weiterhin die Möglichkeit,
zusätzlich
zu diesen oben genannten zwei Regelungen zur Steigerung der Ausbeute über die
Spannwalzen 13A, 13B die Siebspannungen (bar)
für Untersieb
und Obersieb mittels der dritten Regeleinheit 41 und/oder
den Liniendruck über
den Pressnip mittels der vierten Regeleinheit 51 automatisch
von Werten von 20 bis 60 bar zu erhöhen.
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In
einer gemeinsamen, nicht dargestellten Steuereinheit sind weitere
Algorithmen enthalten, die den Betrieb der Anlage (An-Abfahren)
berücksichtigen.
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Die
Anzeige der Ist- und Sollwerte und Bedienung der Regeleinheiten
erfolgt entweder an einer Bedienstelle an der Maschine, dem Schaltschrank/Steuereinheit
oder über
ein Prozessleitsystem.