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Die Erfindung betrifft ein Steuerungsverfahren für das Sauggebläse eines Saugbaggers nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Der Saugbagger arbeitet mit Luft als Arbeitsmedium.
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Saugbagger, die mit Luft arbeiten, sind seit einigen Jahren bekannt. Sie dienen vor allem dazu, komplizierte Schachtarbeiten, die bis dahin manuell ausgeführt werden mussten, zu unterstützen.
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Hierzu werden gewöhnlich über eine Saugleitung, an der ein Saugrüssel oder eine Sauglanze angeordnet ist, lockeres Gut oder Flüssigkeiten angesaugt und im Saugbagger wieder vom Transportmedium Luft getrennt und abgelagert.
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Die gattungsgemäßen Saugbagger bestehen wenigstens aus einem Antriebsorgan, einem Sauggebläse, das den erforderlichen Luftstrom erzeugt und einem Abscheider, der angesaugte Feststoffe oder Flüssigkeiten vom Luftstrom trennen kann.
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Die gattungsgemäßen Saugbagger werden gewöhnlich auf dem Fahrgestell eines Lastkraftwagens aufgesattelt.
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Bei Saugbaggern dieser Art gibt es verschiedene Entwicklungszielstellungen und technische Beschränkungen. Prinzipbedingt ist es notwendig, einen energiereichen Luftstrom zu erzeugen, damit an der Saugstelle trotz aller vorhandenen Strömungswiderstände immer noch ein ausreichender Unterdruck gepaart mit einer hohen Strömungsgeschwindigkeit vorhanden ist.
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Um dies zu erreichen, werden Sauggebläse verwendet, die einen leistungsfähigen Luftstrom erzeugen und dabei selbst einen Leistungsbedarf haben, dass die installierte Leistung der Energiequelle, von der die Sauggebläse ihre Antriebsenergie beziehen, in vielen Fällen bereits ausgelastet ist. Da solcher Art Saugbagger jedoch mobile Geräte sind, steht als Energiequelle zumeist nur ein Verbrennungsmotor zur Verfügung. Nahe liegend ist dabei, den Fahrzeugmotor zugleich als Antrieb für das Sauggebläse einzusetzen. Von diesem oder von einem nachgeschalteten Schaltgetriebe wird deshalb ein Antriebsstrang zum Sauggebläse geführt.
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Die Baugröße solcher Sauggebläse bewirkt ein erhebliches Trägheitsmoment, das beim Anfahren auf den gesamten Antriebsstrang wirkt. Zudem ist der antreibende Verbrennungsmotor aufgrund seiner Charakteristik stark belastet und kann deshalb eingestellte Betriebsparameter häufig nicht halten.
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Neben der Tatsache, dass die Sauggebläse nahezu die gesamte verfügbare Leistung der Antriebsmaschine aufbrauchen und allein deshalb ein instabiler Betriebszustand entstehen kann, treten in der Saugleitung stochastisch Unregelmäßigkeiten auf, die zwischen vollständigem Verschluss der Saugleitung und maximalem (freiem) Luftstrom variieren können. In Folge dieser Effekte werden die Rotoren der Sauggebläse mechanisch extrem belastet. Die Schwankungen im Saugstrom äußern sich in einer ständig variierenden Drehzahl der Rotoren, was durch die Nachgiebigkeit der Kennlinie der Antriebsmaschine noch verstärkt wird und sich sogar aufschaukeln kann.
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Ein weiteres Problem besteht bei den stochastischen Änderungen im Luftstrom auch im Hinblick auf einen Strömungsabriss an den Rotorschaufeln. Dabei entstehende Schwingungen können die Ursache für Ermüdungsbrüche und damit für den vorzeitigen Ausfall der Ventilatoren sein. Bei den bereits erwähnten Saugbaggern ist lediglich in
DE 199 62 952 A1 ein Mittel zur Einflussnahme auf den Luftstrom vorgeschlagen worden. Dabei soll ein Schieber stromauf zwischen dem Absetzbehälter des Saugbaggers und dem Sauggebläse angeordnet sein. Dieser Schieber wiederum soll die Saugleitung vor dem Sauggebläse vollständig absperren können, damit im Absetzbehälter unter atmosphärischem Druck eine Entleerung des Baggerguts möglich ist. Dabei bleibt unberücksichtigt, dass der in dieser Zeit ohne Luft arbeitende Ventilator die in diesen eingebrachte Energie in Wärme umsetzt und sich deshalb unzulässig erwärmt.
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Eine weitere Möglichkeit der Einflussnahme auf den Luftstrom ist in
DE 20 2005 008 785 U1 angegeben. Dabei soll stromab einer ersten Ventilatorkaskade im Ausblaskanal derselben eine Klappe oder ein Schieber angeordnet werden, der an dieser Stelle den Luftstrom ableitet und auf diese Weise die Überleitung des Luftstroms in weitere nachgeordnete Ventilatoren unterbricht.
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Bei diesem Vorschlag wird offen gelassen, ob weitere nachgeordnete Ventilatoren nach diesem Vorschlag bei geöffneter Klappe noch mitlaufen. Es wird lediglich darauf hingewiesen, dass bei geeignetem Baggergut die Abschaltung weiterer nachgeordneter Ventilatoren zum Zweck der Energieeinsparung möglich sein soll.
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Aus einem Vorschlag für einen Fahr- und Arbeitsantrieb für selbstfahrende Arbeitsmaschinen in
DE 76 30 068 U geht hervor, dass in einer Gesamtanordnung mit einer Antriebsmaschine, einem nachgeordneten Verteilergetriebe und diversen Nebenabtrieben, wie sie typischerweise für Mähdrescher geeignet ist, über eine schaltbare Kupplung und einem mehrsträngigen Keilriementrieb ein Gebläse angetrieben werden kann, das in einem Mähdrescher der Abscheidung von Staub, Grannen und Spelzen aus dem Dreschgut dient. Bei solchen Anordnungen benötigen die Gebläse eine Antriebsleistung, die im einstelligen Prozentbereich der Leistung der Antriebsmaschine liegt, da das abzuscheidende Gut extrem leicht ist und ohne großen Aufwand aus dem Dreschgut ausgeblasen werden kann.
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Bei einer solchen Anordnung kann eine schaltbare Kupplung geeignet sein, ein solches Reinigungsgebläse bei Bedarf zu- oder abzuschalten. Einer Regelung des Gebläses während des Betriebs dient eine solche Kupplung nicht.
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Aus einem Vorschlag in
DE 34 26 083 C1 ist bekannt, eine Strömungskupplung zwischen einen elektromotorischen Antrieb und ein Getriebe zu schalten, wobei diese Anordnung zum Antrieb einer Schlagradmühle dienen soll. Solcher Art Schlagradmühlen werden zur Erzeugung von Kohlenstaub aus grobstückiger Kohle eingesetzt und unterliegen dabei wechselnden Belastungen durch die Geometrie der Kohlestücke. Mithilfe der Strömungskupplung sollen Rückwirkungen vom Rotor der Schlagradmühle auf den Elektromotor vermieden werden. Zusätzlich wird über ein Planetengetriebe die Antriebsdrehzahl der Schlagradmühle herabgesetzt. Die vorgeschlagene hydrodynamische Strömungskupplung soll steuerbar sein, damit die Drehzahl des schnell laufenden Antriebsmotors angepasst werden kann. Außerdem dient ein nachgeschaltetes Untersetzungsgetriebe ebenfalls diesem Zweck. Die oben beschriebene Anordnung dient somit ausschließlich der Drehzahlsteuerung und wird zudem wegen des verminderten Wirkungsgrades ausdrücklich als nachteilig bezeichnet.
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Bei den oben beschriebenen Saugbaggern besteht ein Bedarf, durch geeignete Steuerungsverfahren und die dazu erforderlichen Mittel Steuerungsverfahren zu schaffen, die es ermöglichen, schädliche Einflüsse auf die Sauggebläse zu vermeiden oder wenigstens soweit abzumildern, dass die Lebensdauer eingesetzter Ventilatoren in etwa der Lebensdauer der übrigen im Saugbagger verbauten Komponenten entspricht. Des Weiteren besteht ein Bedarf, Steuerungsverfahren einzusetzen, die eine übermäßige Erwärmung der Sauggebläse vermeiden. Dies unter anderem auch deshalb, damit Saugbagger auch in wärmeren Klimazonen ohne Einschränkungen einsetzbar werden.
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Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, Steuerungsverfahren vorzuschlagen, durch die Sauggebläse von Saugbaggern, deren Antriebsenergie von Verbrennungsmotoren bezogen wird, so zu steuern sind, dass die Belastungen des Verbrennungsmotors, nachgeordneter Baugruppen des Antriebsstranges und des Sauggebläses deutlich vermindert werden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, Steuerungsverfahren für Sauggebläse von Saugbaggern für Situationen vorzuschlagen, bei denen Sauggebläse aufgrund von Druck- und Volumenschwankungen den Bereich normaler Betriebsbedingungen verlassen, wie beispielsweise beim Anfahren, bei Verschluss oder vollständiger Freigabe der Saugleitung aufgrund stochastisch eintretender Ereignisse. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, durch Steuerungsverfahren Möglichkeiten zu schaffen, in Extremsituationen bei der Arbeit mit Saugbaggern in das Saugsystem einzugreifen und neben der Vermeidung von Überbelastungen des Antriebsstranges und des Sauggebläses auch die Gefahr von Unfällen beim Arbeiten mit den Saugbaggern zu verringern.
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Diese oben stehenden Aufgaben werden gelöst durch ein Steuerungsverfahren nach den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes dieses Patentanspruchs. Nachgeordnete Patentansprüche betreffen weitere Ausgestaltungen der Erfindung und beschränken diese nicht.
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In der nachstehenden Beschreibung, den Ausführungsbeispielen und den Patentansprüchen werden die verwendeten Begriffe mit folgendem Bedeutungsinhalt verwendet, wobei die aufgeführten Definitionen zugleich Merkmale der Erfindung bestimmen:
Antriebsstrang – ist die Gesamtheit aller Energie erzeugenden und übertragenden Bauelemente und -einheiten zwischen der Energiequelle und dem Sauggebläse.
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Energiequelle – ist eine Baueinheit, die mechanische Energie liefert und über den Antriebsstrang die Zuführung zum Sauggebläse ermöglicht.
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Kupplung – ist ein Element im Antriebsstrang, das einen Schlupf aufweisen kann.
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Sauggebläse – ist eine einen Saugstrom erzeugende Einheit, insbesondere in der Ausführungsform mit einem Ventilator. Dabei kann ein einzelner Ventilator oder eine Ventilatorkaskade zum Einsatz kommen.
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Ventilatorkaskade – ist eine Baueinheit, die wenigstens aus einem ersten und wenigstens aus einem zweiten Ventilator besteht, die in Reihe geschaltet sind.
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Anfahrklappe – ist ein Bauteil, das entweder im Ansaug- oder im Ausblaskanal eines Sauggebläses angeordnet ist. Bei einer Ventilatorkaskade kann sie auch zwischen zwei Ventilatoren angeordnet sein.
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Bypassklappe – ist ein in einem Verbindungskanal angeordnetes Bauteil, das im Normalbetrieb diesen Verbindungskanal verschließt.
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Verbindungskanal – ist ein zwischen der Saugseite und der Auslassseite eines Sauggebläses verlaufender Kanal, der eine Rückführung des Saugstromes ermöglicht.
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Nach der Erfindung wird ein Steuerungsverfahren für das Sauggebläse eines Saugbaggers ausgeführt, bei dem eine nahe dem Sauggebläse angeordnete Kupplung bei niedrigen Drehzahlen des Sauggebläses einen Schlupf hat. Beim Anlaufen des Sauggebläses wird der Schlupf mit steigender Gebläsedrehzahl geringer und kann gegebenenfalls betragsmäßig den Wert 0 erreichen.
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Durch diese Ausgestaltung des Steuerungsverfahrens wird ein weicher Anlauf des Sauggebläses erreicht. Der gesamte Antriebsstrang einschließlich der Energiequelle, das heißt des antreibenden Verbrennungsmotors, wird geschont.
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Dabei kann die zusätzlich angeordnete Kupplung eigengesteuert arbeiten. Typischerweise kann dies durch den Einsatz einer Strömungskupplung, eines Strömungswandlers oder mit einer Viscokupplung erreicht werden.
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In den oben beschriebenen Fällen ist das Steuerungsverfahren für das Sauggebläse so ausgestaltet, dass eine automatische oder Eigensteuerung ohne Eingriff von außen erfolgt und die notwendige Elastizität im Antriebsstrang dadurch gewährleistet ist.
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Für die Kupplung können auch Kupplungsformen verwendet werden, die einer Ansteuerung durch Hilfsenergie bedürfen. So beispielsweise bei der Verwendung einer Magnetkupplung und insbesondere der so genannten Magnetpulverkupplung.
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Beim Einsatz dieser Kupplungsformen wird aus Parametern, wie Rotordrehzahl des Sauggebläses, Unterdruck im Saugkanal, Drehzahl des Antriebsstrangs oder Drehzahl des Verbrennungsmotors ein Ergebnis gewonnen, auf dessen Grundlage eine Steuerungseinheit Steuerbefehle an die Kupplung ableiten kann. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass Lastwechselreaktionen durch wechselnden Unterdruck im Saugkanal besser ausgesteuert werden können. So kann beispielsweise bei einem kurzzeitigen Verschluss des Saugkanals das Hochdrehen des Sauggebläses und damit letztlich auch des Verbrennungsmotors verhindert werden.
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Das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren kann auch die Anordnung einer Klappe, einer Blende oder eines Schiebers, nachstehend als Anfahrklappe bezeichnet, im Ansaugkanal oder im Ausblaskanal des Sauggebläses vorsehen. Klappe, Blende oder Schieber sind betätigbar und verschließen den Ansaug- oder Ausblaskanal. Das Sauggebläse kann somit keinen Volumenstrom fördern. Dadurch wird verhindert, dass bereits beim Anfahren des Sauggebläses ein hoher Volumenstrom gefördert wird, das Sauggebläse einen hohen Energiebedarf hat, und der Anfahrvorgang sich deswegen deutlich verlängert.
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Die Anfahrklappe kann im einfachsten Fall von Hand betätigt werden. Sie kann aber ebenso vom Druck im Ansaugkanal, eigengesteuert oder mit Hilfsenergie angesteuert werden.
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Bei einer Ansteuerung mit Hilfsenergie kann dies der Gestalt erfolgen, dass bei Erreichen einer vorgegebenen Ventilatordrehzahl, eines vorgegebenen saugseitigen Unterdrucks oder eines vorgegebenen ausgangsseitigen Überdruckes im Strömungskanal die Anfahrklappe automatisch öffnet, das heißt, dass sie in ihre Ruhestellung zurückkehrt und dabei den Strömungskanal freigibt.
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Sie kann auch über manuelle Steuerbefehle oder aufgrund von Steuerbefehlen, die nach Auswertung von Messwerten generiert werden, angesteuert und betätigt werden.
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Eine Steuerung des Sauggebläses ist auch über einen so genannten Verbindungskanal möglich. Im Normalbetrieb ist eine in diesem Verbindungskanal angeordnete Bypassklappe geschlossen und der Verbindungskanal damit außer Funktion. Ergeben sich allerdings beim Sauggebläse betriebsbedingte Drehzahlabweichungen, kann die Bypassklappe ganz oder teilweise geöffnet werden, wobei durch den Verbindungskanal das Sauggebläse überbrückt ist und der Saugstrom ganz oder teilweise über den Verbindungskanal wieder auf die Ansaugseite zurückgeführt wird.
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Damit kann das Betriebsregime des Sauggebläses stabilisiert und Drehzahlschwankungen aufgrund von Schwankungen des Unterdruckes in der Saugleitung können weitgehend ausreguliert werden.
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Die Bypassklappe kann auch als Schieber oder Blende ausgeführt sein. Sie kann eigengesteuert sein oder durch Steuerbefehle, die manuell erteilt oder durch eine Steuereinheit generiert sind, angesteuert werden. Vorteilhaft ist ein weitgehend eigengesteuerter Betrieb, bei dem die Bypassklappe in Abhängigkeit vom herrschenden Unterdruck einen betragsmäßig angepassten Teilstrom von der Ausblas- zur Ansaugseite des Sauggebläses zurückströmen lässt. Ebenso kann sie saugseitig die Zufuhr von Außenluft ermöglichen, indem sie bei Bedarf eine zusätzliche Ansaugöffnung öffnet. Damit ermöglicht sie neben der Anfahrklappe ein Abkoppeln des Sauggebläses vom Saugsystem, wirkt dabei aber so, dass das Sauggebläse mit einem verringerten Förderstrom beaufschlagt ist, der nicht vom Saugsystem kommen muss.
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Möglich ist auch eine kombinierte Steuerung von Anfahr- und Bypassklappe zum Ausregeln von Druckschwankungen in der Saugleitung. Damit kann sowohl bei Eigen- als auch bei Fremdsteuerung mit Hilfsenergie ein kurzzeitiger Verschluss der Saugleitung oder die Rückführung von Luft von der Druck- zur Saugseite des Sauggebläses erreicht werden. Die beim Aufsetzen der Sauglanze, beim Ansaugen übergroßer Stücke und bei Verstopfungen in der Saugleitung auftretenden Druckschwankungen und daraus entstehende Rückwirkungen vom Sauggebläse auf den Antriebsstrang und die Energiequelle können dadurch abgemildert werden.
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Eine weitere Ausführungsform des Steuerungsverfahrens berücksichtigt den Einsatz einer so genannten Ventilatorkaskade für das Sauggebläse. Eine solche Ventilatorkaskade besteht aus wenigstens zwei Radialventilatoren, deren Rotoren jeweils auf einer eigenen Welle gelagert sind. Eine zusätzliche Welle nimmt dabei die Kupplung auf und der Antrieb der einzelnen Radialventilatoren erfolgt durch hinter der Kupplung angeordnete Zugmittelgetriebe.
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Bei der oben beschriebenen Ventilatorkaskade bewirkt das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren zusätzlich, dass die Zugmittelgetriebe beim Anfahren und bei Lastwechseln vor Überlastungen und damit vor überhöhtem Verschleiß bewahrt werden.
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Eine weitere Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens sieht in einem Verbindungskanal zwischen zwei Radialventilatoren, der von der Ausblasseite des letzten zur Ansaugseite des ersten Radialventilators geführt ist, eine Klappe, eine Blende oder einen Schieber als so genannte Bypassklappe vor. Diese kann wie oben beschrieben auf verschiedenste Weise angesteuert werden.
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Es ist möglich, ein Steuerungsverfahren auszuführen, bei dem Anfahr- und Bypassklappe synchron gesteuert werden und die beteiligten Radialventilatoren beim Anfahrvorgang auf kurzem Wege entweder Außenluft ansaugen können, im Umluftbetrieb arbeiten oder die Ausblasseite verschlossen ist.
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Eine weitere Ausgestaltungsform des Steuerungsverfahrens kann vorsehen, dass bei Vorliegen extremer Betriebsparameter die Anfahrklappe geschlossen und/oder die Bypassklappe geöffnet werden und auf diese Weise die Strömungsgeschwindigkeit und der Unterdruck im Saugkanal beeinflusst werden.
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Möglich ist eine so genannte Notschaltung, um bei Havariesituationen im Arbeitsbereich des Saugbaggers zeitweilig die Saugleistung herabzusetzen.
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Möglich ist weiterhin beim Einsatz einer Steuerung die Einbeziehung der Kupplung in den Anfahrvorgang sowie zur zeitweiligen Beeinflussung der Saugparameter am Saugrüssel.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger Ausführungsbeispiele und Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 – Eine stark schematisierte Prinzipdarstellung eines Sauggebläses in einer Ausführungsform als Ventilatorkaskade mit den für die Durchführung des Steuerungsverfahrens zwingend erforderlichen Elementen.
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2 – Eine schematische Darstellung der Betriebsverhältnisse anhand eines idealisierten Leistungsdiagrammes des Sauggebläses.
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Eine Ventilatorkaskade, bestehend aus einem ersten 1 und einem zweiten Ventilator 2 wird über einen schematisiert dargestellten Antriebsstrang 3 von einer Energiequelle 4, die gewöhnlich ein Verbrennungsmotor ist, angetrieben. Zwischen Energiequelle 4 und Antriebsstrang 3 oder innerhalb des Antriebsstranges 3 ist eine Kupplung 5 angeordnet, die beim Anlaufen der Ventilatorkaskade einen erhöhten Schlupf hat. Die Kupplung 5 kann eine Strömungskupplung, ein Strömungswandler, eine Viscokupplung oder eine Magnetkupplung sein. Jede andere Kupplungsbauform, die sich so steuern lässt, dass ein Schlupf entstehen kann, ist gleichfalls einsetzbar.
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Wird die Ventilatorkaskade angefahren und, wie zumeist üblich, die fahrzeugeigene Kupplung eingerückt, sodass der Antriebsstrang 3 mit einem Drehmoment beaufschlagt wird, zeigt die Kupplung 5 ein nachgiebiges Verhalten, indem sie bei niedrigen Drehzahlen zunächst einen deutlichen Schlupf hat, der bei steigender Drehzahl abnimmt und bei Erreichen der Nenndrehzahl der Ventilatorkaskade seinen Minimalwert erreicht. Dabei kann in einer besonderen Ausführungsform der Strömungskupplung bei Nenndrehzahl auch eine mechanische Blockierung vorgesehen sein, sodass in diesem Betriebszustand der Schlupf den Betrag 0 erreicht.
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Die Kupplung 5 kann eigengesteuert arbeiten. Sie kann ebenso in Abhängigkeit von gemessenen Betriebsparametern durch Steuerbefehle in ihrem Verhalten beeinflusst sein.
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Eine Ventilatorkaskade, bestehend aus einem ersten 1 und einem zweiten Ventilator 2 saugt aus einer Saugleitung 6 eines Saugbaggers einen Luftstrom an und fördert diesen verdichtet in die Abluftleitung 7. Die Saugleitung 6 ist bei einem Saugbagger gewöhnlich mit einem vorgeschalteten Absetzbehälter und einer ebenfalls vorgeschalteten Filtereinheit verbunden, die wiederum über eine angeschlossene flexible Leitung mit einer Sauglanze verbunden sind. Nachdem das Sauggut in Absetzbehälter und Filtereinheit aus dem Luftstrom weitgehend abgeschieden ist, wird der Luftstrom in der oben beschriebenen Ventilatorkaskade verdichtet und in eine Entspannungseinheit, die auch als Schalldämpfer ausgelegt sein kann, weiter gefördert, wo er ins Freie austreten kann.
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Am Ausgang 8 des Ventilators 2 ist eine Anfahrklappe 9 angeordnet, die in der Lage ist, die Ausblasleitung 7 vollständig zu verschließen. Es ist ebenso möglich, dass die Anfahrklappe 9 bei bestimmten Betriebszuständen nur teilweise geschlossen ist und dabei in ihrer Wirkungsweise ähnlich einer Drosselklappe arbeitet.
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Beim Anfahren der Ventilatorkaskade ist die Anfahrklappe geschlossen, sodass die Ventilatoren 1 und 2 keinen Luftstrom erzeugen können und deshalb ihre Nenndrehzahl bei geringerem Leistungsbedarf schneller erreichen.
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In Abhängigkeit von der Nenndrehzahl der Ventilatoren 1 und 2 wird die Anfahrklappe 9 geöffnet und es kann sich ein geförderter Luftstrom entwickeln, der in der Saugleitung 6 einen Unterdruck erzeugt.
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Die Anfahrklappe 9 kann bei gleicher Wirksamkeit auch in der Position 10 zwischen den Ventilatoren 1 und 2 oder in der Position 11 an der Saugseite des Ventilators 1 angeordnet sein. Maßgebliches Kriterium ist dabei, dass die Ventilatoren 1 und 2 beim Anfahren faktisch leer laufen und deshalb kein Förderstrom aufgebaut werden soll. Von der Ausblasleitung 7 zur Saugleitung 6 ist eine Bypassleitung 12 geführt, die faktisch eine Kurzschlussleitung für die Ventilatorkaskade darstellt. In der Bypassleitung 12 ist eine Bypassklappe 13 angeordnet, die im Normalbetrieb der Ventilatorkaskade stets geschlossen ist. Die Bypassleitung 12 ist somit außer Betrieb.
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Entsteht jedoch in der Saugleitung ein unzulässiger Unterdruck, kann die Bypassklappe 13 geöffnet werden und es besteht die Möglichkeit, einen Teil der an der Ausblasleitung 7 vorhandenen Luftmenge zur Saugseite des Ventilators 1 zurückzuführen und auf diese Weise das Hochlaufen der Ventilatoren 1 und 2 zu verhindern.
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Eine andere Möglichkeit besteht darin, über eine Bypassklappe 14 einen Zugang zur Umgebungsluft zu ermöglichen, durch den im Fall eines unzulässigen Unterdruckes in der Saugleitung 6 Nebenluft angesaugt werden kann.
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Bypassklappe 13 oder 14 kann mit einem Gegengewicht oder durch Federkraft so ausbalanciert sein, dass sie bei Anliegen eines bestimmten Unterdrucks selbsttätig öffnet. Sie kann auch so ausgeführt sein, dass sie über Hilfsenergie und in Abhängigkeit von Messwerten über eine Steuereinheit gezielt angesteuert wird, was insbesondere bei Havariesituationen vorteilhaft ist.
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Durch die Anfahrklappe wird beim Anlaufen der Ventilatorkaskade sichergestellt, dass die Ventilatoren 1 und 2 sich beim Hochlaufen im instabilen Betriebsbereich ihrer Kennlinie befinden. Das heißt, sie fördern faktisch keinen Luftstrom, können aber mit der in den Ventilatoren befindlichen Luft bereits ein erhöhtes Druckniveau erzeugen.
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2 zeigt die Relationen beim Betrieb eines Ventilators als idealisiertes Schema.
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Ist die Nenndrehzahl n erreicht, öffnet die Anfahrklappe 9 und der Betriebspunkt der Ventilatoren bewegt sich auf der Kennlinie n = konstant in Richtung zum optimalen Betriebspunkt 16, bei dem die Ventilatoren mit bestem Wirkungsgrad betrieben werden können. Gleichzeitig steigt der Volumenstrom deutlich an. Ebenso steigt der Leistungsbedarf der Ventilatoren an, wie die Anlagenkennlinie 17 zeigt. Auf diese Weise ist ein schnelles und schonendes Hochfahren eines Sauggebläses eines Saugbaggers, insbesondere einer Ventilatorkaskade mit wenigstens zwei Ventilatoren, in kurzer Zeit und mit geringem Energieaufwand möglich.
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In Fällen, bei denen eine Erhöhung des Unterdruckes in der Saugleitung 6 auftritt, bewegt sich der Betriebspunkt der Ventilatoren vom optimalen Betriebspunkt 16 in Richtung zum instabilen Bereich 15. Durch kurzzeitiges, teilweises oder völliges Öffnen der Bypassklappe 13 oder 14 wird erreicht, dass an der Saugseite des Ventilators 1 wieder ein ausreichender Luftstrom zur Verfügung steht und die Leistungsparameter der Ventilatoren 1 und 2 wenigstens annähernd gehalten werden können.
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Durch die Anordnung einer Anfahrklappe 9 und einer Bypassklappe 13 oder 14 an einem Sauggebläse eines Saugbaggers kann erreicht werden, dass das Sauggebläse im instabilen Betriebsbereich 15 mit vermindertem Energieaufwand bis zur Nenndrehzahl hochgefahren werden kann, während es nach Erreichen der Nenndrehzahl durch die Steuerung mit der Anfahrklappe 9, der Bypassklappe 13 oder 14 oder durch eine Verbundsteuerung beider Klappen in einem Arbeitsbereich nahe dem optimalen Betriebspunkt 16 gehalten werden kann.
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Weiterhin kann durch die Anordnung einer Anfahrklappe die zur Luftförderung erforderliche mechanische Leistung beim Hochfahren des Sauggebläses reduziert werden, sodass die Belastung des Antriebsstranges des Sauggebläses reduziert wird.
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Die Erfindung hat also den Vorteil, dass ein Steuerungsverfahren vorgeschlagen wird, das es ermöglicht, ein weiches Anfahren des Sauggebläses eines Saugbaggers zu erzielen, dabei die Belastung des Antriebsstrangs deutlich zu verringern und Möglichkeiten zur Einflussnahme auf die Saugparameter im Bereich des Saugrüssels oder einer Sauglanze zum Ausgleich zeitweiliger Unregelmäßigkeiten beim Betrieb des Saugbaggers zu schaffen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ventilator
- 2
- Ventilator
- 3
- Antriebsstrang
- 4
- Energiequelle
- 5
- Kupplung
- 6
- Saugleitung
- 7
- Abluftleitung
- 8
- Ausgang des Ventilators [2]
- 9
- Anfahrklappe
- 10
- Position
- 11
- Position
- 12
- Bypassleitung
- 13
- Bypassklappe
- 14
- Bypassklappe
- 15
- Instabiler Bereich
- 16
- Betriebspunkt
- 17
- Anlagenkennlinie
