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I. Anwendungsgebiet
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Die
Erfindung betrifft Entstaubungsanlagen mit Luft-Rückführung
und Reststaubmessung sowie Steuerungsverfahren hierfür
(im Folgenden kurz „ELR” genannt) und deren Konfiguration
und Steuerung.
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II. Technischer Hintergrund
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Entstaubungsanlagen
sind in der Industrie in großer Anzahl notwendig, um an
Maschinen und Anlagen anfallende und durch Chemikalien oder Staub verunreinigte
Luft am Entstehungsort abzusaugen, damit eine Gesundheitsgefährdung
der dort arbeitenden Mitarbeiter vermieden wird. Solcherart verunreinigte
Luft wird über Leitungen, die an jeder Maschine oder Arbeitsstation
beginnen, einer oder mehreren Hauptleitungen zugeführt,
durch die hindurch mittels eines Absaugventilators die Luft durch
einen oder mehrere Filter gesaugt wird, um danach wieder im gereinigten
Zustand den Betriebsräumen zugeführt zu werden,
was aus Gründen der Energieeffizienz notwendig ist, da
sonst die Raumheizung in den abgesaugten Räumen extrem
teuer wäre.
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Die
rückgeführte Luft darf jedoch einen Höchstgehalt
an Verunreinigungen, z. B. an Staub pro Volumeneinheit gemäß DIN
12779, nicht überschreiten, so dass eine Steuerung
zum automatischen Betrieb der Entstaubungsanlage in Abhängigkeit
von der Anzahl der aktuell in Betrieb befindlichen Absaugstellen
u. a. diese Reststaubbelastung messen und ansonsten die Entstaubungsanlage
so energieeffizient wie möglich steuern muss.
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Dabei
besteht ein Problem in der Anpassung der Steuerung und des Steuerungsverfahrens
an einerseits die grundsätzliche Art der Entstaubungsanlage,
die je nach Hersteller unterschiedlich ist, und darüber
hinaus der konkreten Konfiguration dieser Entstaubungsanlage im
jeweiligen Anwendungsfall, also abhängig von z. B. Anzahl
und benötigter Absaugleistung pro Absaugstelle usw.
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Während
ein Hersteller von Entstaubungsanlagen, der nur eine Art von Entstaubungsanlagen herstellt,
eine Steuerung für diese Entstaubungsanlage so konfigurieren
kann, dass diese nur noch kundenspezifisch angepasst werden muss,
besteht das Problem bei Steuerungen, die für die Anlagen
unterschiedlicher Hersteller einsetzbar sein soll, darin, zunächst
die Anpassung an die einzelne Anlage an sich auf einfache Art und
Weise zu ermöglichen.
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Darüber
hinaus besteht das Problem, dass die Messung der zulässigen
Anzahl von Staubpartikeln in der Rückluft bisher nicht
genau genug durchgeführt werden konnte, da ein Partikelsensor
nur einen Teilbereich des Kanalquerschnittes abdeckt und des Weiteren
die Anzahl der auf dem Partikelsensor auftreffenden Partikel pro
Zeiteinheit keinen definierten Rückschluss auf die enthaltene
Partikelanzahl pro Volumeneinheit zulässt, da diese durch
die konkret vorliegende Strömungsgeschwindigkeit der Luft eine
direkte Korrelation verhindert wird.
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III. Darstellung der Erfindung
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a) Technische Aufgabe
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Es
ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, ein
Verfahren zum Steuern einer ELR als auch zum Konfigurieren der Steuerung
dieser ELR und insbesondere auch ein Verfahren zum Zusammenstellen
der ELR aus einem vorhandenen Baukastensystem zur Verfügung
zu stellen.
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b) Lösung der Aufgabe
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 2 und
35–37 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Staubmenge pro Volumeneinheit der gefilterten Luft wird realistisch
bestimmt, indem einerseits der Partikel-pro-Zeit-Wert – jedenfalls über
einen bekannten Anteil des Strömungsquerschnittes – gemessen
wird, und andererseits die Strömungsgeschwindigkeit der
Luft an der Stelle dieser Partikel-pro-Zeit-Messung ermittelt wird.
Da zusätzlich auch der Kanalquerschnitt an dieser Stelle
bekannt ist, lässt sich daraus errechnen, welches Luftvolumen
pro Zeiteinheit durch den Kanal strömt. Da ferner die Größe
der Querschnittsfläche bekannt ist, innerhalb welcher die
Anzahl der pro Zeiteinheit vorbeiströmenden Staubpartikel
gemessen wird, ergibt sich hieraus die konkrete Staubmenge pro Volumeneinheit.
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Da
die Staubmenge pro Volumeneinheit in der gefilterten Luft eines
der Hauptkriterien für die Steuerung und auch das Abschalten
der Absaugung ist, ist die realistische Bestimmung dieses Parameters
ein wesentlicher Vorzug des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Wenn
die zulässige Staubmenge pro Volumeneinheit überschritten
wird, veranlasst die Steuerung eine Reaktion. Dies kann entweder
das automatische Reinigen des Staubfilters sein, oder auch die Reduzierung
oder gar Abschaltung des Absaugventilators, oder auch die Abgabe
eines Warnsignals an den Betreiber, damit dieser kontrolliert, was
der Grund für die erhöhte Staubbelastung der gereinigten
Luft ist.
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Zum
Berechnen der Strömungsgeschwindigkeit der Luft an der
Messstelle wird die Leistung der in Betrieb befindlichen Absaugventilatoren
detektiert und zusätzlich muss natürlich die Stellung,
also offen oder zu, der einzelnen Zufuhrleitungen bekannt sein, die
jedoch ebenfalls detektiert wird.
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Da
zusätzlich der prozentuale Anteil der Querschnittsfläche
des jeweiligen geöffneten Sperrschiebers und damit der
entsprechenden Zufuhrleitung bezogen auf den Gesamtquerschnitt des
Absaug-Hauptkanals bekannt ist – und auch auf Seiten der
Absaugventilatoren die Leistung der in Betrieb befindlichen Ventilatoren
zur maximalen Leistung – kann daraus steuerungsseitig die
Strömungsgeschwindigkeit der Luft ausreichend genau berechnet werden.
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Um
die Staubmenge pro Volumeneinheit auf diese Art und Weise zu bestimmen,
ist eine Kalibrierung der ELR notwendig:
Dabei wird bei verschiedenen
Strömungsgeschwindigkeiten der Luft wenigstens jeweils
ein definiertes Luftvolumen entnommen und die darin enthaltene Staubmenge
gemessen, in der Regel getrocknet und anschließend gewogen.
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Anstelle
oder zusätzlich zur Gewichtsbestimmung kann auch die Partikelgröße
des Staubes nach Durchschnittswert und/oder ihrer Größenverteilung bestimmt
werden.
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Auf
diese Art und Weise erhält man eine Kalibrierkurve für
die unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten und gegebenenfalls
unterschiedliche Staubmengen bei jeder einzelnen Strömungsgeschwindigkeit.
Vorzugsweise werden hier fünf bis zehn verschiedene Luftgeschwindigkeiten
gewählt.
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Eine
solche Reststaubbestimmung kann im Rahmen einer Steuerung, die die
gesamte Entstaubungsanlage, also einschließlich deren Ventilatoren usw.
steuert, vorgesehen und an deren zentralem Display angezeigt werden.
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In
einer vereinfachten Bauform wird jedoch häufig auch nur
die Filteranlage innerhalb einer Entstaubungsanlage hinsichtlich
der Reinigung der Filter von einer separaten Steuerung gesteuert,
beispielsweise, indem der Rest der Entstaubungsanlage lediglich
manuell ein und ausgeschaltet wird, und keiner expliziten Steuerung
unterliegt. In diesem Fall kann das Signal der Reststaubbestimmung
direkt an die Steuerung zum Reinigen der Filteranlage übermittelt
werden und auf deren Display angezeigt werden.
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Das
Verfahren umfasst ferner eine automatische Löschung von
Funken, die in der abgesaugten Luft festgestellt werden. Derartige
Funken können die meist brennbaren und auch explosionsfähigen Stäube
entzünden, sei es im Filter, im Filtersammelbehälter
oder im Staubsilo, dort vor allem in der mit Staub angereicherten
Luft oberhalb des Füllstandes, und dies stellt bei allen
Entstaubungsanlagen ein hohes Brand- und vor allem Explosionsrisiko
dar.
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Um
dies zu vermeiden, werden mittels eines speziellen Sensors Funken
während des Vorbeifliegens im Kanal detektiert und stromabwärts
von der Detektionsstelle mittels einer von dem Funkendetektor aus
angesteuerten Löschdüse gelöscht:
Da
der Abstand zwischen Detektionsstelle und Löschstelle für
die Funken bekannt ist, und ebenso die aktuelle Strömungsgeschwindigkeit,
kann die Steuerung der Funkenlöschanlage daraus den Zeitversatz
berechnen, den die Funken bis zum Vordringen zur Löschstelle
benötigen, so dass die Steuerung der Funkenlöschanlage
um diese Zeitspanne versetzt nach der Detektion eines Funkens die Löschdüse
aktiviert. Gelöscht wird mit einem auf die potentiell entstehenden
Funken geeigneten Löschmittel, häufig Wasser,
aber bei Funken, die durch Schweißarbeiten entstehen und
anderen Anwendungen auch häufig mittels Kalk, insbesondere
in Pulverform.
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Die
Steuerung der Entstaubungsanlage kann bei Überschreiten
einer vorgegebenen maximalen Anzahl von Funken pro Zeiteinheit oder
Luftvolumen entweder ein Warnsignal an den Betreiber abgeben oder
die Entstaubungsanlage auch stillsetzen, um ein Brand- und Explosionsrisiko
zu vermeiden, denn eine laufende hohe Anzahl von Funken bedeutet,
dass am Entstehungsort bzw. Absaugort der Luft laufend Funken produziert
werden, und dort ein Fehler vorliegt, der behoben werden muss, denn
normalerweise dürfen so gut wie keine Funken in der abgesaugten
Luft vorhanden sein.
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Funken
entstehen ja in der Regel nur bei Schlägen von harten Gegenständen
aufeinander, also beispielsweise von Metall auf Metall. Dies kann beispielsweise
in einer Schreinerei geschehen, wenn an einer z. B. Kreissäge,
von der die Luft abgesaugt wird, das Sägeblatt auf einen
in dem Holz enthaltenen harten Gegenstand, etwa eine Schrotkugel,
einen Stein, einen Nagel oder Ähnliches, auftrifft.
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Die
Funkendetektoren sind vorzugsweise nicht im Hauptkanal, sondern
in den einzelnen Zufuhrkanälen jeweils separat angeordnet,
da dies die Möglichkeit gibt, sofort den Entstehungsort
der Funken zu kennen, was für eine schnelle Fehlerbehebung
und damit kurze Ausfallzeit der gesamten Entstaubungsanlage sehr
vorteilhaft ist.
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Die
Löschdüse kann entweder jeweils nachgeordnet ebenfalls
separat in jeder Zufuhrleitung vorhanden sein, oder es kann eine
zentrale Löschdüse im Hauptkanal stromabwärts
der letzten Mündung eines Zufuhrkanals vorhanden sein,
die die Funken im Hauptkanal löscht.
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Dies
hat zwar den Nachteil, dass die Funken über eine große
Strecke existent bleiben und dort bereits eine Explosion auslösen
können, so dass diese Lösung von den örtlichen
Gegebenheiten abhängt, und beispielsweise nur dann realisierbar
ist, wenn die Strecke von der Mündung der ersten zur letzten
Zufuhrleitung relativ kurz ist.
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Wenn
in den einzelnen Zufuhrleitungen separate Funkendetektoren vorhanden
sind, wird bei Überschreiten der Funkenzahl an dieser Messstelle gegebenenfalls
natürlich nur die dort angeschlossene Maschine stillgesetzt
und die entsprechende Brandschutzklappe – die in der Regel
im Zufuhrkanal nahe der Mündung in den Hauptkanal angeordnet
ist – geschlossen.
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Zur
Sicherheit kann stromabwärts der Löschdüse
ein weiterer Funkendetektor angeordnet sein, um die Funktion der
Löschdüse zu kontrollieren.
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Ein
weiteres wichtiges Kriterium ist die Vorgehensweise zur Überprüfung
des Filterzustandes:
Filter in Luftentstaubungsanlagen setzen
sich ohne Reinigung sehr schnell zu, so dass der Energieaufwand
für das Hindurchsaugen der Luft stetig ansteigt und nach
kurzer Zeit keine Absaugung mehr möglich ist, wenn der
Filter dicht ist.
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Die
Filter werden daher automatisch gereinigt, indem sie entweder mittels
eines mechanischen Klopfers, der gegen das Filtermedium, meist ein
Filtergewebe, schlägt, vom daran haftenden Staub befreit
werden, der in einen darunter befindlichen Auffangbehälter
fällt.
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Alternativ
dazu kann statt mechanischer Beaufschlagung des Filtermediums auch
ein Abblasen des Staubes mittels Druckluft erfolgen, die zu diesem Zweck
als Reinigungsdüsen über den Umfang und gegebenenfalls
auch die axiale Erstreckung des Filters verteilt um diesen herum
angeordnet sind.
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Der
Zustand des Filters wird automatisch ermittelt durch Messen des
Druckes vor und hinter dem Filter und Bestimmen des Differenzdruckes.
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Bei Überschreiten
eines vorgegebenen Differenzdruckes wird automatisch die Reinigung,
die häufig aus einem ganzen Reinigungszyklus besteht, in
Gang gesetzt. Ein solcher Reinigungszyklus kann das Ingangsetzen
des Rüttelmotors über eine vorgegebene Zeitspanne
umfassen und/oder das Ingangsetzen der Druckluftdüsen,
also der Reinigungsdüsen, ebenfalls über einen
vorgegebenen Zeitraum, beispielsweise nach dem mechanischen Abrütteln, und
insbesondere auch in einer vorgegebenen Reihenfolge, beispielsweise
von oben nach unten, damit sich oben abgelöster Staub nicht
weiter unten sofort wieder am Filter ansetzt.
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Vorzugsweise
erfolgt die Reinigung in denjenigen Phasen, in denen das Absauggebläse
nicht arbeitet, um ein schnelles erneutes Absetzen des gelösten
Staubes am Filter zu vermeiden, was bei weiterem Hindurchsaugen
der Luft durch den Filter während des Reinigungszyklus
der Fall wäre.
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Auch
die Füllhöhe des angesammelten Staubes im Auffangbehälter
des Filters sollte automatisch überwacht werden, um bei Überschreiten
eines vorgegebenen Füllstandes automatisch einen Austrag aus
dem Auffangbehälter in Gang zu setzen, wobei der darin
zwischengelagerte Filterstaub in einen sehr viel größeren
Staubsilo transportiert wird.
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Dies
geschieht mittels unterschiedlicher Vorrichtungen: In der Regel
ist am unteren Ende des meist konisch nach unten zulaufenden Auffangbehälters
des Filters ein so genannter Rundaustrag vorgesehen, also ein sich
drehender Schaber, der den meist stark verdichteten Filterstaub
löst und in den zentralen unteren Auslass fallen lässt.
Von dort wird der Filterstaub meist mittels einer Förderschnecke und/oder
eines Transportventilators weitertransportiert zum Staubsilo, wobei
vor der Förderschnecke gegebenenfalls noch eine Zellradschleuse
quasi als Portionierer für den zu transportierenden Staub
angeordnet sein kann.
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Der
Austrag von Filterstaub aus dem Sammelbehälter des Filters
erfolgt automatisch mittels der Steuerung der Anlage ebenfalls in
einem Ablaufzyklus, indem nacheinander die einzelnen Transporteinrichtungen
eingeschaltet werden, beginnend mit dem dem Staubsilo nächstliegenden
und endend mit dem dem Auffangbehälter des Filters nächstliegenden
Transportmedium, denn es muss sichergestellt sein, dass das entsprechende
Transportmedium bereits läuft, wenn von dem stromaufwärts
liegenden vorherigen Transportmedium dann tatsächlich Filterstaub
angeliefert wird. Das Abschalten erfolgt in umgekehrter Reihenfolge.
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Auch
der Füllstand des Staubsilos wird vorzugsweise automatisch überwacht.
Da ein automatischer Austrag jedoch nicht möglich ist,
da hierfür in der Regel ein Transportfahrzeug oder Ähnliches
angedockt sein muss, wird bei Überschreiten eines maximalen
Füllstandes in der Regel lediglich ein Warnsignal an den
Bertreiber abgegeben.
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Zu
diesem Zweck können vor allem beim Staubsilo zwei oder
gar drei vorgegebene Füllstände übereinander
vorhanden sein, bei deren Erreichen schrittweise im mer dringendere
Warnsignale an den Betreiber abgegeben werden und zur Not bei vollständig
gefülltem Silo und auch vollem Auffangbehälter
im Filter die Entstaubungsanlage automatisch stillgesetzt wird.
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Vorzugsweise
sollte jedoch die Füllstandsüberwachung des Staubsilos
und/oder des Auffangbehälters des Filters kontinuierlich überwacht
werden, wobei bevorzugt Ultraschallsensoren eingesetzt werden, deren
Strahlung von oben her auf die Oberfläche des Staubsilos
bzw. Auffangbehälters, also auf die Oberfläche
des Inhaltes, gerichtet ist.
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Indem
ein solcher Ultraschallsensor ein Frequenzsignal abgibt, welches
beispielsweise zwischen 0 kHz und 10 kHz schwankt, kann aus der
aktuellen Frequenz dieses Signals abgelesen werden wie hoch der
Füllstand ist, in dem beispielsweise die Frequenz umso
höher wird, je größer der Abstand der
Oberfläche vom Sensor ist. Dies erleichtert die Auswertung
und Weiterverarbeitung des Signals erheblich.
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Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen ELR besteht
darin, dass vorzugsweise nicht ein großer, sondern mehrere
kleine Absaugventilatoren vorhanden sind, die entsprechend dem Leistungsbedarf nacheinander
zugeschaltet werden.
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Dabei
wird nicht jeder Absaugventilator mit einem eigenen Frequenzumrichter
hochgefahren, sondern es sind weniger Frequenzumrichter als Absaugventilatoren
vorhanden, vorzugsweise nur ein oder zwei Frequenzumrichter, die
dann im Wege einer Kaskadenschaltung die einzelnen Elektromotoren
der einzelnen Ventilatoren zeitlich nacheinander mit Hilfe des gleichen
Frequenzumrichters oder der beiden Frequenzumrichter abwechselnd
und einander auch überlappend, hochfahren.
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Dabei
dient ein zweiter Frequenzumrichter hauptsächlich der Redundanz
des Systems, um bei Ausfall eines der Frequenzumrichter noch weiterhin die
Anlage betreiben zu können.
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Falls
aus Kostengründen nur ein einziger Frequenzumrichter eingebaut
wird, muss bei dessen Ausfall der entsprechend Ventilator von Hand
hochgefahren werden.
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Die
erfindungsgemäße Entstaubungsanlage steuert jedoch
nicht nur den eigentlichen Absaugvorgang, sondern die zu diesem
Zweck detektierten Parameter können – gegebenenfalls
mit geringem Mehraufwand – auch dazu benutzt werden, um
für den Betreiber weitere Effekte zu bewirken:
So
kann die Steuerung der Anlage nicht nur die aktuellen Leistungswerte
der Motoren der Entstaubungsanlage erfassen, sondern darüber
hinaus auch die Leistungswerte der Motoren der daran angeschlossenen
Maschinen. Die zusätzliche Anbringung entsprechender Sensoren
an den Maschinen ist mit geringem Aufwand verbunden, und teilweise
werden diese Leistungswerte ohnehin bereits ermittelt, jedoch lediglich
z. B. an der Schalttafel der Maschine angezeigt.
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Werden
diese Messwerte jedoch weitergegeben an die Steuerung der Entstaubungsanlage, kann
dort der gesamte aktuelle Energieverbrauch – also von Entstaubungsanlage
und den daran angeschlossenen Maschinen – erfasst werden,
aktuell angezeigt werden, aber auch archiviert und aufsummiert werden,
so dass hieraus zum einen der Gesamtenergieverbrauch z. B. eines
Fertigungsbetriebes ablesbar ist, darüber hinaus aber auch
Werte z. B. für die Spitzenbelastung und Spitzenbelastungszeiten einzelner
Maschinen, die Frequenz und die aufgezeichneten Trennkurven des
Frequenzumrichters, Spitzenbelastungszeiten hinsichtlich des Gesamt-Stromverbrauches
und damit könnte sich daraus der Wechsel in einen dann
günstigeren, anders gestalteten Stromtarif empfehlen, und
es können daraus – da dies zusammen mit den ermittelten
Zeiten archiviert wird – die konkreten Energiekosten z.
B. für einzelne Arbeitsschritte eines einzelnen Auftrages bestimmt
werden.
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Ebenso
können bei Überschreiten eines vorgegebenen maximalen
Gesamtenergieverbrauches automatisch Maßnahmen von der
Steuerung der Entstaubungsanlage ergriffen werden, um den Gesamtenergieverbrauch
im Rahmen zu halten:
Dies kann dadurch geschehen, dass es automatisch unterbunden
wird, dass weitere Maschinen eingeschaltet werden, oder auch dadurch,
dass bereits laufende Maschinen zwangsweise entweder in ihrer Leistung
reduziert oder gar ganz abgeschaltet werden.
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Alternativ
oder zusätzlich können auch die energieverbrauchenden
Komponenten der Entstaubungsanlage selbst – insbesondere
sofern sie momentan nicht unbedingt benötigt werden – abgeschaltet
werden oder auch der Energieverbrauch der Entstaubungsanlage gesenkt
werden. Dies kann durch unterschiedliche Maßnahmen geschehen:
Ein
direkter Energieverbrauch tritt beispielsweise ein, wenn der Rüttelmotor
zum Reinigen des Filters kurzfristig stillgesetzt wird.
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Ein
indirekter Energieverbrauch tritt dagegen ein, wenn die Reinigung
des Filters vorgezogen wird, um den Filter optimal luftdurchlässig
zu halten und dadurch den Energieverbrauch für das Absauggebläse
zu senken.
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Zusätzlich
wird in das Steuerungsverfahren auch ein Handbetriebsmodus integriert,
der es zulässt, die Hauptaggregate, insbesondere die Reinigungsvorrichtungen
wie Reinigungsventile und Rüttelmotor, aber auch die Transportvorrichtungen
zum Austragen von Filterstaub aus dem Filtersammelbehälter,
von Hand zu aktivieren und deaktivieren.
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Auch
eine manuelle Schaltung auf Intensivabsaugung oder Notbetrieb der
Entstaubungsanlage ist möglich, um selbst bei komplettem
Ausfall der Steuerung der Entstaubungsanlage diese noch manuell
schalten zu können.
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Ein
wesentlicher Punkt ist die Bedienungsfreundlichkeit einer solchen
Entstaubungsanlage:
Zu diesem Zweck werden sämtliche
Eingaben an einer zentralen Eingabeeinheit vorgenommen, und dort
auch alle von der Steuerung der Entstaubungsanlage gelieferten Informationen
zentral über eine Ausgabeeinheit, meist ein Display, dem
Betreiber vermittelt.
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Im
Gegensatz zur bisherigen Lösung, bei der diverse Anzeigen
an verschiedenen Stellen der Entstaubungsanlage verteilt waren,
gibt dies dem Betreiber an einer einzigen Stelle einen sofortigen
schnellen Überblick, was dadurch erleichtert wird, dass
die von der Steuerung ermittelten Parameter auf der Ausgabeeinheit,
insbesondere dem Display, in einer visuell möglichst realistischen
Darstellung dargestellt werden.
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c) Ausführungsbeispiele:
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Eine
Ausführungsform gemäß der Erfindung ist
im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
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1:
eine Entstaubungsanlage gemäß der Erfindung,
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2:
die Partikelmessung gemäß II in 1,
und
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3:
die Funkenlöschung gemäß III in 1.
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1 zeigt
in einer schematischen Darstellung eine Entstaubungsanlage, mit
deren Hilfe staubbeladene Abluft z. B. aus einer Produktionshalle,
abgesaugt, gefiltert und danach in der Regel im gereinigten Zustand
dem selben Gebäude wieder zugeführt wird, um die
darin enthaltene Wärmeenergie nicht durch Abgabe der Luft
an die Umgebung zu verschwenden.
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Zu
diesem Zweck wird die staubbeladene Luft über einzelne
Zufuhrkanäle 2a, b möglichst direkt an
den einzelnen Staub-Entstehungsstellen, meist produzierenden Maschinen 12a,
b ..., abgesaugt und zunächst einem der Absaughauptkanäle 1a,
b zugeführt, die sich in der Regel noch vor dem zentralen
Staubfilter 3 zu einem einzigen Hauptkanal 1 vereinigen.
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Mit
Hilfe der stromabwärts des Filters 3 angeordneten
Absaugventilatoren 6a, b wird die abgesaugte Luft durch
die Filterkartuschen 4a, b, c, die im Filter 3 eingebaut
sind, hindurchgesaugt, wobei der in der Luft enthaltene Staub die
Filterkartuschen 4a, b, c nicht durchdringen kann, sondern
sich auf deren Oberfläche ansammelt.
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Die
so gereinigte Luft wird über einen Rückluftkanal 5,
der sich gegebenenfalls in mehrere Teilkanäle aufteilen
kann, über darin angeordnete Auslassöffnungen 15a,
b wieder als Raumluft dem Gebäude zugeführt.
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Da
die sich auf der Oberfläche der Filterkartuschen 4a,
b ansammelnde Staubschicht immer dicker wird und damit den Luftdurchtritt
immer stärker behindert, werden diese Filterkartuschen
von Zeit zu Zeit automatisch gereinigt, in diesem Fall durch Beaufschlagen
der darin angeordneten Druckluftdüsen 9a, b...
von einer Druckluftquelle 8 aus, so dass die Druckluft
die Filterkartuschen 4a, b in Gegenrichtung zur Strömungsrichtung 10 der
zu reinigenden Luft schnell durchströmt und den angesammelten Schmutz
von der Oberfläche löst, der daraufhin in den
unter den Kartuschen angeordneten Auffangbehälter 14 des
Filters 3 fällt und sich dort sammelt.
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Wenn
der Füllstand im Auffangbehälter 14 eine
bestimmte Höhe erreicht oder überschritten hat, wird
der dort angesammelte Staub über eine Austragsleitung 23 in
einen wesentlich größeren Staubsilo 21 transportiert,
der von Zeit zu Zeit in LKWs oder andere Transportmittel geleert
wird.
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Zu
diesem Zweck befindet sich im unteren Bereich des Auffangbehälters 14 des
Filters 3 ein Rundaustrag 17, also beispielsweise
ein sich drehender Schaber, der den verfestigten Staub ablöst
und in die zentrale untere Ablauföffnung fallen lässt,
von dem aus ein in der Austragleitung 23 angeordneter Austragventilator 19 den
Transport in den Staubsilo 21 übernimmt.
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Dabei
ist jeder einzelne Zufuhrkanal 22a, b zum Hauptkanal 1a,
b mit einem eigenen Sperrschieber 22a, b verschließbar,
der geschlossen ist, wenn die entsprechende Maschine 12a,
b nicht arbeitet, um den von den Ventilatoren zu bewältigenden
Volumenstrom möglichst gering zu halten.
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Ferner
sind in den Zufuhrkanälen 22a, b meist kurz vor
den Mündungen der einzelnen Absang-Hauptkanäle 1a,
b in den Hauptkanal 1 Brandschutzklappen 33a,
b vorhanden, die bei Bedarf automatisch oder manuell geschlossen
werden, falls in einem Teil der Absauganlage ein Feuer ausbricht.
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An
diesem prinzipiell bekannten Grundaufbau einer Entstaubungsanlage
finden sich folgende erfindungsgemäße Besonderheiten:
Zum
einen ist im Rückluftkanal 5 stromabwärts
des Filters 3 – in diesem Fall noch vor den Abluftventilatoren 6a,
b, – eine Partikelmessung 11 eingebaut, mit deren
Hilfe automatisch bestimmt werden soll, ob in der Rückluft
der meist durch den Gesetzgeber vorgegebene Höchstwert
von Staub pro Volumeneinheit der Luft nicht überschritten
wird.
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Zu
diesem Zweck wird – wie besser in 2 zu erkennen – in
die in diesem Fall kreisrunde Rohrleitung des Rückluftkanals 5 ein
Partikelsensor 24 eingebaut, der aus einem Sensorkopf 24a und
davon abragendem Sensorstab 24b besteht.
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Die
Wandung des Rückkanals 5 ist eine Einschweißmuffe 25 eingeschweißt,
in deren Innengewinde der Partikelsensor 24 mit dem Hals
seines Sensorkopfes 24a dicht eingeschraubt werden kann, so
dass sich der Sensorstab 24b quer durch den freien inneren
Querschnitt des Rückluftkanals 5 erstreckt.
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Da
die Partikelsensoren 24 mit unterschiedlich langen Sensorstäben 24b zur
Verfügung stehen, jedoch nicht in jeder beliebigen Länge,
wird der Sensorstab 24b die gegenüberliegende
Wandung des Rückluftkanals 5 nicht ganz erreichen.
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Mittels
dieses Sensors 24 werden alle Partikel detektiert, die
mittels der durch den Rückluftkanal 5 strömenden
Luft den Sensorstab 24b berühren oder in einer
definierten maximalen Entfernung um den Sensorstab passieren, wobei
dieser Bereich hier Detektionsbereich 26 genannt wird.
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Da
neben der Größe des Detektionsbereiches 26 auch
die Größe des gesamten freien Querschnittes des
Rückluftkanals 5 an dieser Stelle bekannt ist,
kann aus der vom Partikelsensor 24 angezeigten Partikelmenge
pro Zeiteinheit auf die insgesamt durch den Rückluftkanal 5 strömende
Partikelmenge pro Zeiteinheit geschlossen werden und hierüber
nach den beschriebenen Methoden die Partikelmenge pro Volumeneinheit
von der Steuerung der Anlage automatisch bestimmt werden, wenn zuvor eine
entsprechende einmalige Kalibrierung durchgeführt wurde.
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In 1 ist
ferner an der Stelle III eine Funkenlöschung 30 eingezeichnet,
die in 3 in Prinzipdarstellung vergrößert
dargestellt ist:
Dabei sind in die Wandung des Absaughauptkanals 1a an
einer Stelle Funkendetektoren 27 eingebaut, vorzugsweise
an einander gegenüberliegenden Stellen zwei gegeneinandergerichtete
Funkendetektoren 27, um die Erfassungssicherheit zu erhöhen.
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Wird
von dem Funkendetektor 27 ein Funke 36 an die
Steuerung 20' der Funkenlöschanlage, die Teil
der Gesamtsteuerung 20 der Entstaubungsanlage sein kann,
gemeldet, so setzt diese die in Strömungsrichtung 10 der
Luft stromabwärts angeordnete Löschdüse 28 zeitversetzt
zum Auftreten des Funkens 36 an dem Funkendetektor 27 in
Gang, unter Berücksichtigung des Abstandes zwischen der
Funkendetektion beim Funkendetektor 27 und der Löschdüse 28,
und in Kenntnis der Strömungsgeschwindigkeit in Strömungsrichtung 10,
die – wie anhand der Reststaubmessung erläutert – nicht
direkt gemessen, sondern von der Steuerung anhand anderer bekannter
Parameter ermittelt werden kann.
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Von
der Löschdüse 28 – von der wiederum aus
Sicherheitsgründen zwei einander gegenüberliegende
Düsen 28 im Kanal vorhanden sind – wird Löschmittel,
in aller Regel Wasser, in den freien Querschnitt des Absaugkanals 1a eingesprüht,
um den detektierten Funken 36 zu löschen.
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Das
Löschmittel wird über eine Löschmittelleitung 29 aus
einem Löschmittelvorrat 31 mittels einer entsprechenden
Pumpe zur Verfügung gestellt.
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Um
die sichere Funktion der Funkenlöschung 30 zu überprüfen,
sind stromabwärts der Löschdüse 28 nochmals
Funkendetektoren 27' angeordnet, die ebenfalls wieder mit
der Steuerung 20' verbunden sind.
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Dabei
kann die Funkenlöschung 30 an den Mündungen
der Absaug-Hauptkanäle 1a, b auch so angeordnet
werden, dass die Funkendetektoren 27 vor der Mündung,
die Löschdüsen 28 jedoch dahinter angeordnet
sind, was die Anzahl benötigter Löschdüsen
reduzieret, da dann weniger Löschdüsen 28 als Detektoren 27 benötigt
werden.
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In 1 sind
ferner mehrere Absaugventilatoren 6a, b nebeneinander vorhanden,
die je nach Leistungsbedarf einzeln oder in beliebiger Gruppenbildung
bis hin zur Gesamtanzahl gleichzeitig im Einsatz sein können.
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Der
Bedarf richtet sich danach, wieviele der einzelnen Sperrschieber 22a,
b sich in der offenen Stellung befinden, was über entsprechende
Sensoren der Steuerung 20 gemeldet ist, die daraufhin eine entsprechende
Anzahl von Absaugventilatoren 6a, b... in Betrieb nimmt.
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Diese
werden mittels eines Frequenzumrichters 7 hochgefahren,
von dem im vorliegenden Fall nur ein einziger vorhanden ist, der
dementsprechend die einzelnen Absaugventilatoren 6a, b
bei Bedarf zeitlich nacheinander hochfährt und ans Netz
bringt.
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Stromabwärts
der Reststaubmessung 11 und gegebenenfalls vorzugsweise
der Absaugventilatoren 6a, b, c... ist ferner eine Schaltklappe 13 angeordnet,
die zwischen einer Weiterleitung der gereinigten Luft in den Rückluftkanal 5 und
einen Abluft-Kamin 16 umschalten kann, wobei die Luft dann nicht
dem Rückluftkanal 5 zugeführt wird, wenn
bei der Reststaubmessung 11 ein zu hoher Gehalt an Staub
in der Rückluft festgestellt wird.
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Des
Weiteren ist sowohl im Auffangbehälter 14 des
Filters 3 als auch im Staubsilo 21 im oberen Bereich
jeweils ein Ultraschall-Sensor 18 angeordnet, um das Höhenniveau
des darunter angesammelten Staubes zu detektieren.
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Zu
diesem Zweck ist der Ultraschallsensor 18 von oben auf
die Oberfläche des angesammelten Staubes gerichtet, die
trotz der oberhalb des angesammelten Staubes vorhandenen starken
Staubbelastung der Luft noch auswertbare Signale liefern, vorzugsweise
in Form des beschriebenen Frequenzsignals, welches besonders leicht
weiterzuverarbeiten ist.
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Alle
Eingaben, die die Steuerung 20 benötigt, sowie
alle Ausgaben, die die Steuerung an den Betreiber abgibt, werden
vorzugsweise über eine Ein-/Ausgabeeinheit 35,
beispielsweise einen berührungsempfindlichen Monitor, ausgegeben.
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Ferner
umfasst die Ein-/Ausgabeeinheit 35 einen Signalgeber wie
etwa eine Hupe 32, um ein Warnsignal abzugeben, beispielsweise
bei zu hohem Füllstand, der von einem der Ultraschalldetektoren 18 festgestellt
wurde, oder bei einer Beschädigung des Filters 3 in
Form einer der Filterkartuschen 4a, b, die dadurch festgestellt
wird, dass der durch Drucksensoren 34a, b über
vor und einmal hinter dem Filter 3 gemessene Drucksensoren
ermittelte Differenzdruck stark abfällt bzw. der Absolutwert
des Differenzdruckes zu niedrig ist.
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- 1a,
b
- Absaug-Hauptkanal
- 2a,
b
- Zufuhrkanal
- 3
- Filter
- 4a,
b
- Filterkartusche
- 5
- Rückluftkanal
- 6a,
b
- Absaugventilator
- 7
- Frequenzumrichter
- 8
- Druckluftquelle
- 9a,
b
- Druckluftdüse
- 10
- Strömungsrichtung
- 11
- Partikelmesser
- 12a,
b
- Maschine
- 13
- Schaltklappe
- 14
- Auffangbehälter
- 15a,
b
- Auslassöffnung
- 16
- Kamin
- 17
- Rundaustrag
- 18
- Ultraschall-Sensor
- 19
- Transportventilator
- 20,
20'
- Steuerung
- 21'
- Staubsilo
- 22a,
b
- Sperrschieber
- 23
- Austragleitung
- 24
- Partikelsensor
- 24a
- Sensorkopf
- 24b
- Sensorstab
- 25
- Einschweißmuffe
- 26
- Detektionsbereich
- 27,
27'
- Funkendetektor
- 28
- Löschdüse
- 29
- Löschmittelleitung
- 30
- Funkenlöschung
- 31
- Löschmittelvorrat
- 32
- Hupe
- 33a,
b
- Brandschutzklappe
- 34a,
b
- Drucksensor
- 35
- Eingabeeinheit
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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