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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der zeitlich durchschnittlichen Drehgeschwindigkeit eines Elektromotors, mittels welchem eine Vorrichtung drehend angetrieben ist.
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Elektromotoren werden unter anderem zum drehenden Antrieb von Vorrichtungen, insbesondere Gebläsen oder Karusselldrehantrieben verwendet. Solche Gebläse und Karusselldrehantriebe werden bevorzugt in Trockenluft-Trocknern eingesetzt, wie dies z. B. in der Patentschrift
US 6,951,065 beschrieben ist. Ein typischer Trockenlufttrockner ist mit einem Trockenluft-Gebläse ausgestattet, welches einen erhitzten Luftstrom durch ein zu trocknendes Granulat saugt oder drückt. Ein zweites Gebläse drückt erhitzte Regenerationsluft durch ein Adsorptionsmittel, um dieses von der Feuchtigkeit zu befreien, welches durch die Trockenluft aus dem Granulat stammend in das Adsorptionsmittel gefördert wurde. Einzelheiten werden in der Patentschrift
US 5,688,305 beschrieben, worauf hier voll umfänglich verwiesen wird.
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Trockner einer bestimmten Größe müssen in der Lage sein unterschiedliche Granulatmengen pro Zeiteinheit zu trocknen. In der Praxis schwanken sowohl der Granulatdurchsatz pro Stunde wie auch der Feuchtigkeitsgehalt. Um diese Trocknungsaufgabe mit einer Trocknungsgröße wirtschaftlich und mit einem möglichst niedrigen Energieverbrauch zu erfüllen, ist es gemäß den Patenten
US 6,951,065 und
US 5,688,305 sinnvoll, die Durchsatzmenge der Trockenluft und der Regenerationsluft der jeweiligen Trocknungsaufgabe anzupassen. Diese Durchsatzmengen können beispielsweise durch eingebaute Drosseln geregelt werden. Diese können den Luftdurchsatz vollständig freigeben oder auch verkleinern. Die Verringerung des Luftdurchsatzes mittels einer Drossel ist jedoch mit dem Nachteil verbunden, dass der Energieverbrauch des Elektromotors nicht gleichfalls verringert wird. Des Weiteren tritt bei der Verringerung des Luftdurchsatzes unter Einsatz einer Drossel eine Lufterwärmung auf, welche für den Wirkungsgrad insbesondere von Adsorptionstrocknern sehr nachteilig ist.
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Eine weitere Möglichkeit den Luftdurchsatz zu steuern besteht in einer Steuerung oder Regelung der Drehzahl eines Elektromotors unter Einsatz von Frequenzwandlern bzw. Frequenzumrichtern. Frequenzumrichter dienen zur Drehzahlregelung von Drehstrommotoren. Hierbei kann sowohl die Frequenz als auch die Motorspannung geregelt werden. Mit einem Frequenzumrichter und einem Drehstrommotor erhält man einen drehzahlvariablen Antrieb. Ein Hauptnachteil liegt hierbei in den hohen Anschaffungskosten. Während diese bei großen Trocknern leichter aufgefangen werden können, verbietet sich deren Einsatz jedoch häufig bei kleineren Trocknern.
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Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zu Grunde, die Drehgeschwindigkeit von Elektromotoren in wirtschaftlicher Weise zu regeln.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß zusammen mit den Merkmalen der Oberbegriffes des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass die den Elektromotor drehend antreibende elektrische Energie derart getaktet zu- und abgeschaltet wird, dass der Elektromotor nicht zum Stillstand kommt.
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Erfindungsgemäß wird dementsprechend die Spannungszufuhr zu dem Elektromotor kurzfristig und in kurzen Zeitabschnitten unterbrochen. Wählt man hierbei Unterbrechungszeiten von wenigen Sekunden und Zeitabschnitte für die Bestromung ebenfalls von Sekunden, dann verringert sich die Drehzahl des Elektromotors merkbar ohne jedoch zum völligen Stillstand zu kommen.
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Beim Antrieb eines Gebläses, z. B. eines Radialgebläses, kann man durch sinnvolle Wahl der Unterbrechungszeiten eine Verringerung der geförderten Luftmenge erreichen, ohne das die Schwankung der Luftmenge zu groß wird. Dies ist bei Trockenluft-Trocknern sowohl für die Trockenluft wie auch für die Gebläseluft wichtig, da beide Luftströme anschließend durch elektrische Heizstäbe erhitzt werden und bei zu großen Schwankungen der Luftmenge die Heizstäbe zu stark beansprucht würden.
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Beim Einschalten von Elektromotoren tritt häufig gegenüber dem Dauerbetrieb ein stark vergrößerter Einschaltstrom auf, der zu einer Überhitzung des Elektromotors führen kann, insbesondere wenn dieses Einschalten in zu kurzen Zeitabschnitten stattfindet. Da der Elektromotor trotz des ”getakteten” Abschaltens jedoch nicht zum Stillstand kommt, ergeben sich nur relativ kleine Einschaltströme, da der Elektromotor nicht aus dem Stillstand ”hochbeschleunigt” werden muss. Dementsprechend tritt eine solche Überhitzung bei der vorgeschlagenen Erfindung nicht ein. Es hat sich herausgestellt, dass der Elektromotor bei den angegebenen ”Schaltzeiten” sogar kühler als bei einem Dauerbetrieb ohne Ausschaltvorgänge läuft. Dies liegt des Weiteren auch daran, dass insbesondere bei Gebläsemotoren die zu fördernde Luftmenge stark abnimmt und dadurch ebenso die Leistungsaufnahme des Elektromotors.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.
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So kann das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Anspruch 2 insbesondere bei Gebläsemotoren von Adsorbtionstrocknern angewendet werden.
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Gemäß Anspruch 3 ist es ebenfalls bei Motoren von Luft fördernden Gebläsen einzusetzen.
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Gemäß Anspruch 4 kann vorgesehen sein, dass es bei Motoren von Gebläsen angewendet wird, die geheizte Luft fördern.
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Auch kann das Verfahren zur ”Drehzahlregelung oder -steuerung” gemäß Anspruch 5 bei Wabendrehmotoren angewendet werden.
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Auch ist gemäß Anspruch 6 ein Einsatz bei Trockenluftgebläsen zum Trocknen von Silikagel vorteilhaft.
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Durch die Anwendung dieser Erfindung ist die Erwärmung der Trockenluft optimal niedrig. Hierdurch wird die Anwendung von Silikagel als Trockenmittel anstelle des üblichen Molekularsieve möglich mit den Vorteilen, wie diese in der Patentschrift
US 6,951,065 beschrieben sind.
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Da herkömmliche Schaltrelais durch die relativ kurzen und häufigen Schaltvorgänge unter Umständen überlastet werden könnten, werden bevorzugt Triacs zum Ein- und Ausschalten eingesetzt.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Einschalt- und Unterbrechungsvorgänge rechnergestützt gesteuert oder geregelt werden können. Damit lassen sich die ”Schaltzeiten” durch eine entsprechend implementierte Software programmieren. Durch eine einfache Programmänderung sind somit auch Änderungen der Schaltzeiten in einfacher Weise erreichbar, so dass außer einmaligen Programmierkosten keine weiteren Kosten bei der Realisierung einzelner Trocknereinheiten nötig sind.
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Die entsprechenden ”Taktzeiten” können bei Bedarf einerseits empirisch und andererseits auch nach mathematischen Modellen ermittelt werden. Auch ist es möglich die Drehzahl des Elektromotors und damit die einzustellenden ”Taktzeiten” in Abhängigkeit bestimmter Parameter der Trocknungsanlage zu bestimmen, um den gewünschten Luftdurchsatz pro Zeiteinheit möglichst optimal einzustellen. Solche Parameter können beispielsweise die Temperaturen der ein- und ausströmenden Luft oder aber auch der Feuchtigkeitsgrad der zu trocknenden, ausströmenden Luft sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6951065 [0002, 0003, 0016]
- US 5688305 [0002, 0003]