DE102021132287A1

DE102021132287A1 - Verfahren zur Fehlerdetektion bei einer Filteranlage, Filteranlage sowie Verfahren zum Herstellen eines Bauteils

Info

Publication number: DE102021132287A1
Application number: DE102021132287.1A
Authority: DE
Inventors: Michael Zetsche; Konrad Harrer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-12-08
Filing date: 2021-12-08
Publication date: 2023-06-15

Abstract

Verfahren zur Fehlerdetektion bei einer Filteranlage, umfassend die Schritte:
- Betreiben einer Filteranlage, welche zumindest eine Filterstufe, umfassend eine Vielzahl von Filterelementen, aufweist, wobei im Betrieb ein Fluid die Filterelemente von einer Rohgasseite zu einer Reingasseite hin durchströmt;
- Reinigen der Filterstufe durch sequentielles Reinigen der Filterelemente und Verwenden einer Steuerung, welche erkennt, welches der Filterelemente gereinigt wird;
- Messen des Staubgehalts auf der Reingasseite bei und/oder nach jeder Filterreinigung;
- Verrechnen nacheinander aufgenommener Messwerte zum Erkennen der Zustände der Filterelemente;
- Durchführen einer Maßnahme in Bezug auf ein Filterelement, wenn ein Mangel erkannt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fehlerdetektion bei einer Filteranlage, eine Filteranlage sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils.
Filteranlagen der in Rede stehenden Art werden beispielsweise in Industrieanlagen im Zusammenhang mit Absauganlagen eingesetzt, um gesetzliche Grenzwerte einhalten zu können. Die Filteranlagen sind dazu vorgesehen, die in die Umgebung abgeleitete Luft zu reinigen bzw. zu filtern, insbesondere beispielsweise zu entstauben. Bei derartigen Filteranlagen handelt es sich um sehr große Systeme, welche Filterstufen umfassen, welche eine Vielzahl von Filterelementen aufweisen. Sind ein oder mehrere dieser Filterelemente defekt, führt dies dazu, dass die einzuhaltenden Grenzwerte ggf. überschritten werden. Aufgrund der Komplexität derartiger Anlagen, insbesondere auch aufgrund der Vielzahl von eingesetzten Filterelementen, ist es aber nicht ohne Weiteres möglich, herauszufinden, welches Filterelement oder welche Filterelemente defekt sind.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Fehlerdetektion bei einer Filteranlage, eine Filteranlage sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils anzugeben, wobei die Möglichkeit geschaffen werden soll, zu erkennen, welche Filterelemente einer Filteranlage ggf. einen Mangel oder Defekt aufweisen, um eine gezielte Wartung derartiger Filteranlagen zu ermöglichen und eine nachhaltige Fertigung von Bauteilen und Komponenten zu gewährleisten.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, durch eine Filteranlage gemäß Anspruch 9 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 11 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Erfindungsgemäß umfasst ein Verfahren zur Fehlerdetektion bei einer Filteranlage die Schritte:

- Betreiben einer Filteranlage, welche zumindest eine Filterstufe, umfassend eine Vielzahl von Filterelementen, aufweist, wobei im Betrieb ein Fluid, insbesondere zu reinigende Luft, die Filterelemente von einer Rohgasseite zu einer Reingasseite hin durchströmt;
- Reinigen der Filterstufe durch sequenzielles Reinigen der Filterelemente und Verwenden einer Steuerung, welche erkennt, welches der Filterelemente (gerade) gereinigt wird;
- Messen des Staubgehalts auf der Reingasseite bei und/oder nach jeder Filterreinigung;
- Verarbeiten, insbesondere Verrechnen, nacheinander aufgenommener Messwerte zum Erkennen der Zustände der Filterelemente;
- Durchführung einer Maßnahme in Bezug auf ein Filterelement, wenn ein Mangel erkannt wird.

Eine derartige Filteranlage kann auch als Absaugung oder Absauganlage bezeichnet werden bzw. eine Absaugung oder Absauganlage kann eine derartige Filteranlage umfassen. Die Filteranlage weist einen Einlass bzw. eine Rohgasseite auf, welche in die zumindest eine Filterstufe führt oder mündet. In der Filterstufe findet die eigentliche Reinigung, insbesondere Filterung, des Fluids, wie beispielsweise der abgesaugten Raumluft, statt. Über die Reingasseite kann das gereinigte Fluid beispielsweise in die Umgebung abgelassen werden. Auf der Reingasseite ist beispielsweise ein Gebläse angeordnet, welches ausgelegt ist, die Absaugung zu bewirken. Vorliegend ist auf der Reingasseite zweckmäßigerweise zumindest ein Messelement angeordnet, welches ausgelegt ist, eine Zielgröße, wie insbesondere einen Staubgehalt des Fluids, zu messen. Eine derartige Messung ist insbesondere auch deswegen nötig, um Behörden gegenüber den Nachweis führen zu können, dass die Anlage richtig funktioniert und vorgeschriebene Grenzwerte nicht überschritten werden.
Zweckmäßigerweise ist die Filteranlage mit Drucksensoren ausgestattet, welche ausgelegt sind, einen Differenzdruck zwischen dem Auslass und dem Einlass bzw. der Rohgas- und der Reingasseite zu erfassen. Ist dieser Differenzdruck zu hoch, wird die Reinigung der Filterstufe oder der Filterstufen veranlasst. Bei der Reinigung werden die einzelnen Filterelemente sequenziell, insbesondere also nacheinander, gereinigt. Zweckmäßigerweise wird vorliegend eine Steuerung verwendet, zweckmäßigerweise eine Speicherprogrammierbare Steuerung, wie beispielsweise eine SPS S7 Steuerung, welche es ermöglicht, zu erkennen bzw. zu erfassen, welches Filterelement gerade gereinigt wird oder welches Filterelement gereinigt wurde. In Verbindung mit der Messung des Staubgehalts auf der Reingasseite bei und/oder nach jeder Filterreinigung ist es nun vorteilhafterweise möglich, zu erkennen, welches Filterelement ggf. ein Mangel oder einen Defekt aufweist. Hierzu werden vorliegend zweckmäßigerweise nacheinander aufgenommene Messwerte zum Erkennen der Zustände der Filterelemente miteinander verarbeitet, insbesondere miteinander verrechnet. Bevorzugt werden die unmittelbar nacheinander aufgenommenen Messwerte verarbeitet, beispielsweise also der aktuelle Messwert mit dem unmittelbar vorhergehenden Messwert. Vorteilhafterweise ist es damit möglich, individuell zu erkennen, ob bei einem bestimmten Filterelement ggf. ein Schaden, Defekt oder Mangel vorliegt. Zweckmäßigerweise kann so vermieden werden, ggf. intakte Filterelemente „auf Verdacht“ tauschen zu müssen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte:

- Subtrahieren eines vorangegangenen Messwerts vom aktuellen Messwert zum Ermitteln eines Differenzwerts;
- Zuweisen des Differenzwerts dem vorangegangenen Filterelement, wobei für das vorangegangene Filterelement ein Mangel erkannt wird, wenn der Differenzwert positive Werte annimmt.

Zweckmäßigerweise wird vorliegend mit einer einfachen Subtraktion aufeinanderfolgender Messwerte gearbeitet. Wie gerade beschrieben, wird beispielsweise der vorangegangene Messwert vom aktuellen Messwert abgezogen. Alternativ kann auch der aktuelle Messwert vom vorangegangenen Messwert abgezogen werden. Der Differenzwert ändert dann sein Vorzeichen, wenn ein Mangel vorliegt. Die vorliegende Subtraktion zweier Messwerte stellt zweckmäßigerweise ein gut implementierbares Verfahren dar, welches in der Praxis gut umsetzbar ist.
Zweckmäßigerweise umfasst das Verfahren den Schritt:

- Ermitteln eines Differenzwerts für jedes Filterelement.

Zweckmäßigerweise umfasst das Verfahren den Schritt:

- Speichern der Differenzwerte der jeweiligen Filterelemente. Zweckmäßigerweise werden in der Steuerung die einzelnen Differenzwerte der Filterelemente gespeichert. Damit ist es möglich, beispielsweise am Ende der Reinigung der Filterstufe zu erkennen, welche Filterelemente ggf. einen Mangel aufweisen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:

- Durchführen der jeweiligen Messungen jeweils nach Beginn einer Filterreinigung.

Das Reinigen der Filterelemente erfolgt zweckmäßigerweise mittels Druckluft, beispielsweise von der Reingasseite aus. Hierbei wird ein mehr oder weniger kurzer Druckluftimpuls erzeugt, über welchen die Filterelemente gereinigt oder ausgeblasen werden. Das Material bzw. der Staub, der sich in den Filterelementen angesammelt hat, fällt zweckmäßigerweise in einen unterhalb der Filterelemente angeordneten Vorratsbehälter. Indem nun die jeweiligen Messungen jeweils nach Beginn einer Filterreinigung durchgeführt werden, kann mit Vorteil auf die Qualität der jeweiligen Filterelemente rückgeschlossen werden. Ist ein Filterelement gerade gereinigt und steigt der Staubgehalt danach an - dies ist beispielsweise bei der nachfolgenden Messung zu erkennen - kann darüber erkannt werden, dass das Filterelement ggf. nicht in Ordnung ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:

- Starten der Messungen jeweils zeitlich versetzt zum Start der jeweiligen Filterreinigung, wobei der zeitliche Versatz von der Strömungsgeschwindigkeit und der Entfernung des Messelements vom jeweiligen Filterelement abhängig ist.

Dies erhöht die Qualität der Messung deutlich, da sichergestellt wird, dass tatsächlich Messwerte erfasst werden, welche mit dem jeweiligen Filterelement in Verbindung stehen.
Zweckmäßigerweise umfasst die Maßnahme zumindest eine der folgenden: Kennzeichnen des jeweiligen Filterelements zur visuellen Nachverfolgung, Tauschen des Filterelements. Zweckmäßigerweise wird vorliegend beispielsweise eine Visualisierung verwendet, welche es ermöglicht, anzuzeigen, welches Filterelement gerade gereinigt wird und/oder welches Filterelement ggf. einen Mangel, Defekt oder Schaden aufweist. Eine derartige Visualisierung ist beispielsweise im Bereich der Steuerung implementiert und auf einem Bildschirm der Anlage anzeigbar. Eine Maßnahme kann auch das Tauschen oder Reparieren eines oder mehrerer Filterelemente umfassen.
Zweckmäßigerweise umfasst das Verfahren den Schritt:

- Wählen und/oder Ausführen der Maßnahme in Abhängigkeit der Höhe, insbesondere des Betrags, des Differenzwerts.

Bei der vorgenannten Visualisierung ist es zweckmäßigerweise möglich, den gereinigten Filterelementen unterschiedliche Farben zuzuweisen, um beispielsweise anzudeuten, dass sich die Reinigungsleistung des jeweiligen Filterelements ggf. verschlechtert hat, noch aber so gut ist, dass kein Austausch notwendig ist. Weiter kann mit Farben gearbeitet werden, um anzuzeigen, dass ein Filterelement möglichst bald getauscht werden muss etc.
Zweckmäßigerweise wird das Reinigen der zumindest einen Filterstufe eingeleitet, wenn ein Differenzdruck zwischen der Reingasseite und der Rohgasseite überschritten wird. Gemäß einer Ausführungsform wird die Reinigung der Filterstufe gestoppt, wenn ein vorgegebener Wert für den Differenzdruck erreicht ist.
Die Erfindung betrifft auch eine Filteranlage, umfassend eine Filterstufe, welche eine Vielzahl von Filterelementen aufweist, wobei die Filterstufe einen Einlass und einen Auslass umfasst, wobei im Auslass zumindest ein Messelement angeordnet ist, welches ausgelegt ist, zumindest eine Zielgröße, insbesondere einen Staubgehalt zu messen, und wobei die Filteranlage eine Reinigungsfunktion aufweist, welche ausgelegt ist, die Filterelemente, insbesondere nacheinander, zu reinigen, wobei die Filteranlage eine Steuerung aufweist, welche ausgelegt ist, zu erkennen, welches Filterelement gereinigt wird, sodass das erfindungsgemäßes Verfahren zur Fehlerdetektion bei einer Filteranlage durchgeführt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Filteranlage Bestandteil einer Absaugung einer industriellen Anlage, wie einer Gießerei. Eine derartige Absaugung umfasst eine Verrohrung, ein oder mehrere Gebläse, Drucksensoren, Messelemente etc.
Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, wobei eine erfindungsgemäße Filteranlage verwendet wird. Zweckmäßigerweise handelt es sich bei dem Bauteil beispielsweise um ein Gussbauteil.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Fehlerdetektion bei einer Filteranlage bzw. einer Filteranlage mit Bezug auf die beigefügten Figuren.
Es zeigen:

1: eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Filteranlage;
2: eine schematische Ansicht des Verlaufs der Staubgehalts über der Zeit.

1 zeigt schematisch zwei Ansichten einer Filteranlage 1, wobei diese in der linken Bildhälfte von der Seite zu sehen ist. Zu erkennen ist ein Einlass oder eine Rohgasseite 12, welche in eine Filterstufe 10 mündet. Diese umfasst eine Vielzahl von Filterelementen 16. Diese münden in einen Auslass bzw. eine Reingasseite 14. Unterhalb der Filterelemente 16 ist (hier nicht dargestellt) beispielsweise eine Art Vorratsbehälter oder Container angeordnet, um das sich in den Filterelementen 16 angesammelte Material S aufzufangen, wenn diese gereinigt werden. Das Reinigen der Filterelemente 16 erfolgt beispielsweise über einen Druckluftimpuls, welcher von der Reingasseite 14 aus in die Filterelemente 16 geblasen wird. Im Übrigen geben die in der linken Bildhälfte skizzierten Pfeile im Wesentlichen den Luftstrom an, wie er durch die Filteranlage 1 strömt. In der rechten Bildhälfte ist die Filteranlage 1 um 90° gedreht dargestellt. Zu erkennen ist die Vielzahl von Filterelementen 16, wobei nur eines mit einem Bezugszeichen versehen ist. Zu erkennen ist hier insbesondere der schematisch dargestellte Verlauf des Auslasses bzw. der Reingasseite 14, in welchem vorliegend beispielsweise ein Gebläse 22 sowie zumindest ein Messelement 20 angeordnet ist. Dieses ist u.a. vorgesehen, den Staubgehalt zu überwachen, um sicherzustellen, dass die erlaubten Grenzwerte der Anlage eingehalten werden. Zweckmäßigerweise wird das Messelement 20 vorliegend auch dazu verwendet, um das Verfahren zur Fehlerdetektion bei der Filteranlage 1 zu realisieren, vgl. hierzu auch die 2.
2 zeigt in einer schematischen Ansicht den gemessenen Verlauf des Staubgehalts, vgl. die Kurve k (y-Achse), aufgetragen über der x-Achse, welche die Zeitachse darstellt. Das Bezugszeichen t1 kennzeichnet den Start der Reinigung eines (ersten) Filterelements. Das Bezugszeichen s1 kennzeichnet den Zeitpunkt der Erfassung des Staubgehalts im Auslass bzw. auf der Reingasseite. Zu erkennen ist ein zeitlicher Versatz zwischen s1 und t1, welcher berücksichtigt, dass die Luft vom Filterelement zur Messstelle eine gewisse Zeit benötigt. Das nächste (vorliegend zweite) Filterelement wird zum Zeitpunkt t2 gereinigt. Die Messung des Staubgehalts erfolgt zum Zeitpunkt s2. Beispielsweise wird nun der bei t1 erfasste y-Wert von dem bei t2 erfassten y-Wert abgezogen. Auch aus der vorliegenden Skizze ist erkennbar, dass der bei t2 erfasst y-Wert deutlich größer ist als der bei t1 erfasste. Entsprechend ist vorliegend für das zuerst gereinigte Filterelement ein Mangel anzunehmen. Der Differenzwert ist deutlich positiv. Abhängig davon, wie hoch der Betrag des Differenzwerts ist, können die entsprechenden Maßnahmen unterschiedlich ausfallen.
Bezugszeichenliste

1: Filteranlage
10: Filterstufe
12: Einlass, Rohgasseite
14: Auslass, Reingasseite
16: Filterelement
20: Messelement
22: Gebläse
S: Staub, Material
x: x-Achse
y: y-Achse
k: Kurve
t1: Beginn Reinigung erstes Filterelement
t2: Beginn Reinigung zweites, darauffolgendes Filterelement
s1: erste Messung
s2: zweite, darauffolgende Messung

Claims

Verfahren zur Fehlerdetektion bei einer Filteranlage (1), umfassend die Schritte: - Betreiben einer Filteranlage (1), welche zumindest eine Filterstufe (10), umfassend eine Vielzahl von Filterelementen (16), aufweist, wobei im Betrieb ein Fluid die Filterelemente (16) von einer Rohgasseite (12) zu einer Reingasseite (14) hin durchströmt; - Reinigen der Filterstufe (10) durch sequentielles Reinigen der Filterelemente (16) und Verwenden einer Steuerung, welche erkennt, welches der Filterelemente (16) gereinigt wird; - Messen des Staubgehalts auf der Reingasseite (12) bei und/oder nach jeder Filterreinigung; - Verarbeiten, insbesondere Verrechnen, nacheinander aufgenommener Messwerte zum Erkennen der Zustände der Filterelemente (16); - Durchführen einer Maßnahme in Bezug auf ein Filterelement (16), wenn ein Mangel erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend die Schritte: - Subtrahieren eines vorangegangenen Messwerts vom aktuellen Messwert zum Ermitteln eines Differenzwerts; - Zuweisen des Differenzwerts dem vorangegangenen Filterelement (16), wobei für das vorangegangene Filterelement (16) ein Mangel erkannt wird, wenn der Differenzwert positive Werte annimmt.
Verfahren nach Anspruch 2, umfassend den Schritt: - Speichern der Differenzwerte der jeweiligen Filterelemente (16).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Schritt: - Durchführen der Messungen jeweils nach Beginn einer Filterreinigung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Schritt: - Starten der Messungen jeweils zeitlich versetzt zum Start der jeweiligen Filterreinigung, wobei der zeitliche Versatz von der Strömungsgeschwindigkeit und der Entfernung des Messelements (20) vom jeweiligen Filterelement (16) abhängig ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Maßnahme zumindest eine der folgenden umfasst: Kennzeichnen des jeweiligen Filterelements (16) zur visuellen Nachverfolgung, Tauschen des Filterelements (16).
Verfahren nach Anspruch 6, umfassend den Schritt: - Wählen und/oder Ausführen der Maßnahme in Abhängigkeit der Höhe des Differenzwerts.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Reinigen der Filterstufe (10) eingeleitet wird, wenn ein Differenzdruck zwischen der Reingasseite und der Rohgasseite überschritten wird.
Filteranlage (1), umfassend eine Filterstufe (10), welche eine Vielzahl von Filterelementen (16) aufweist, wobei die Filterstufe (10) einen Einlass (12) und einen Auslass (14) umfasst, wobei im Auslass (14) zumindest ein Messelement (20) angeordnet ist, welches ausgelegt ist, zumindest eine Zielgröße, insbesondere einen Staubgehalt, zu messen, und wobei die Filteranlage (1) eine Reinigungsfunktion aufweist, welche ausgelegt ist, die Filterelemente (16), insbesondere nacheinander, zu reinigen, wobei die Filteranlage (1) eine Steuerung aufweist, welche ausgelegt ist, zu erkennen, welches Filterelement (16) gereinigt wird, sodass ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchgeführt werden kann.
Filteranlage nach Anspruch 9, wobei die Filteranlage (1) Bestandteil einer Absaugung einer industriellen Anlage, wie einer Gießerei, ist.
Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, wobei eine Filteranlage (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 10 verwendet wird.