DE19902480C2 - Verfahren zur Regelung einer Schneckenpresse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Schneckenpresse zur Entwässerung einer Faserstoffsuspension, bei dem die Drehzahl in Abhängigkeit vom Drehmoment entsprechend einer Drehmoment-Kennlinie variiert wird.

Bei den derzeitigen Schneckenpressen wird das Niveau im Zulaufkasten gemessen. Bei einem Anstieg des Niveaus wird entweder die Drehzahl der Schneckenpresse erhöht oder der Zulauf der zu entwässernden Suspension verringert. Dies wird vor allem bei Schlammentwässerungs­ pressen durchgeführt, da hier die Verweilzeiten sehr lang sind und sich eine Änderung der Befüllung auch erst um diese Verweilzeit, in der Größenordnung von 20 Minuten, versetzt bemerkbar macht.

Bei Faserstoffschneckenpressen kommt meist ein Drehmomentregler zum Einsatz. Damit wird das Drehmoment unabhängig von Drehzahl und Durchsatz konstant gehalten. Die Regelgüte dafür ist relativ schlecht, was dann an der Leistungsaufnahme des nachfolgenden Mischers zu erkennen ist. Die Ursache für die großen Leistungsschwankungen ist der unterschiedliche Austrittstrockengehalt, da bei hoher Drehzahl ein niedriger und bei niederer Drehzahl ein hoher Austrittstrockengehalt erreicht wird.

Aus der DE 195 03 508 A1 ist ein Steuerungsverfahren für Extrudermaschinen bekannt, bei dem eine für den Extruderbetrieb kritische Meßgröße als Ist-Wert erfasst, klassifiziert und ein Korrektur-Grobwert ermittelt wird, der zur sich zyklisch wiederholenden Änderung der Betriebsparameter eingesetzt wird.

In der DE 44 34 140 A1 ist eine Kocherpresse zum kontinuierlichen Kochen von flüssigkeitshaltigen Stoffen beschrieben, in der eine Preßschnecke in einem Siebmantel zum Abpressen von Flüssigkeit umlaufend gelagert ist, wobei eine Regelung in Abhängigkeit von der Leistungsaufnahme oder dem Drehmoment entsprechender Antriebe erfolgt.

Die DE 42 10 259 A1 beschreibt ein Verfahren zum Steuern und Regeln der Schneckenkolbendrehzahl und des Staudruckes bei der Plastifizierung viskoser Stoffe, wobei Parameteränderungen der Massetemperatur in Abhängigkeit von Verweilzeitänderungen und der Lage des Kunststoffes in der Plastifizierungseinrichtung zum adaptiven Ausgleich axialer Massentemperatur eingesetzt werden.

Ziel der Erfindung ist es, daß auch bei schwankenden Zulaufbedingungen immer ein konstanter Endtrockengehalt erzielt wird. Weiters soll ein konstanter Betrieb erreicht werden, ohne daß es zu einem Aufschaukeln kommt.

Die Erfindung ist daher dadurch gekennzeichnet, dass bei steigendem Drehmoment der Gegendruck verringert wird.

Der Vorteil der Maßnahme gemäß der Erfindung besteht darin, daß vor allem in der Anfahrphase der Schneckenpresse rasch ein konstanter Betrieb erreicht wird.

Eine günstige Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Soll-Drehzahl bei einem Anstieg des Drehmomentes erhöht wird. Erhöht sich die zugeführte Stoffmenge, so wird die Schnecke mehr gefüllt und das Drehmoment erhöht sich. Es ergäbe sich eine höhere Austritts­ konzentration. Durch Anheben der Soll-Drehzahl reduziert sich der Füll­ grad der Presse entsprechend und die Austrittskonzentration bleibt konstant.

Eine günstige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in einem vorgegebenen Bereich des Drehmomentes bei einer Änderung des Drehmomentes die Drehzahl konstant gehalten wird. Dadurch kann ein Aufschaukeln des Betriebes durch die Regelung unter­ bunden werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Solldrehzahl in Abhängigkeit von der Produktion bestimmt wird.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beispielhaft beschrieben, wobei Fig. 1 eine Regelung der Drehzahl nach dem Drehmoment, Fig. 2 die zusätzliche Regelung des Gegendruckes, Fig. 3 eine Regelung entsprechend Fig. 2 mit einem Totband für die Drehzahländerung und Fig. 4 die Regelung in Abhängigkeit der Produktion darstellt.

Fig. 1 zeigt einen Regelkreis einer Schneckenpresse 1 mit Antriebs­ motor 2 und Getriebe 3. Die zu entwässernde (Faserstoff-) Suspension wird über einen Einlaß 4 der Schneckenpresse 1 zugeführt und am Ende über einen Auslaß 5 wieder abgeführt. Außerdem wird das ausgepreßte Filtrat 6 abgeführt. Am Ende der Schneckenwelle ist eine Gegendruck­ einrichtung 7 vorgesehen, die eine Einstellung zur Erzielung eines ge­ wünschten Endtrockengehaltes ermöglicht. Die aktuelle Leistungs­ aufnahme 8 (P [kW]) und Drehzahl 9 (n [rpm]) ergeben das aktuelle Drehmoment 10 (T [kNm]). Ausgehend von diesem Drehmoment T wird entsprechend einer vorgegebenen Abhängigkeit 11 eine Soll-Drehzahl 12 (S [rpm]) für den Frequenzregler 13 des Antriebsmotors 2 vorgegeben. Durch entsprechende Vorgabe von minimalem und maximalem Drehzahl­ sollwert bzw. minimalem und maximalem Drehmomentsollwert ergeben sich auch alle Zwischenwerte. Überschreitet das Drehmoment T den minimalen Drehmomentsollwert, so wird entsprechend der Überschreitung die Soll-Drehzahl 12 vom minimalen Drehzahlsollwert bis zum maximalen Drehzahlsollwert beim maximalen Drehmomentsollwert angehoben. Der zur Verfügung stehende Drehzahlbereich wird meist sehr groß gewählt, da die Stoffeigenschaften (Temperatur, Freeness, etc.) einen sehr hohen Einfluß auf die benötigte Drehzahl haben. Bei gleicher Produktionsmenge und Type der Schneckenpresse 1 kann daher die Drehzahl praktisch im Bereich von 1 zu 2 schwanken. Wird nun der Drehzahlsollwert ver­ kleinert, erhöht sich der Füllgrad der Schneckenpresse 1. Dadurch wird eine bessere Entwässerung erreicht, da der Stoff mehr Zeit zum Ent­ wässern hat. Umgekehrt reduziert sich der Füllgrad der Schnecken­ presse 1 bei einer Erhöhung des Drehzahlsollwertes. Die Ein­ stellung der Grenzwerte für den Drehmomentsollwert erfolgt in Abhängigkeit des gewünschten End- (Austritts-) trockengehaltes, so daß dieser so­ wohl bei minimaler als auch bei maximaler Produktion erreicht wird. Das zur Entwässerung benötigte Drehmoment T wird ebenfalls stark von der Stoffqualität beeinflußt. Somit kann auch das Drehmoment T bei gleicher Produktion im Bereich von 1 zu 2 schwanken um gleichen Austritts­ trockengehalt zu erreichen.

Durch Änderungen in der Stoffzufuhr bzw. des Gegendruckes ergibt sich dann eine Änderung der aktuellen Leistungsaufnahme 8 des Motors 2, wodurch die Regelung wieder in Gang gesetzt wird. Nachteilig ist, daß die Regelparameter und die Auswirkungen deren Änderungen für den Operator sehr schwer verständlich sind.

In Fig. 2 ist die zusätzliche Regelung des Gegendruckes dargestellt. Aus­ gehend vom aktuellen Drehmoment 10 wird entsprechend einer vorge­ gebenen Abhängigkeit 14 ein Sollwert 15 für den Gegendruck der Gegen­ druckeinrichtung 7 vorgegeben. Bei niedrigem Drehmoment T wird stark dagegengepreßt, bei steigendem Drehmoment T nur mehr gering. Dadurch wird vor allem in der Anfahrphase rasch ein konstanter Betrieb und ein konstanter Austrittstrockengehalt erreicht.

Fig. 3 zeigt eine Regelung analog zu Fig. 2, wobei jedoch die Abhängig­ keit 11' der Drehzahl vom Drehmoment T zu Fig. 2 unterschiedlich ist. In einem vorgegebenen Bereich des Drehmomentes T zwischen T₁ und T₂ bleibt die Soll-Drehzahl 12 konstant. Der Drehmomentbereich beträgt dabei vorteilhaft zwischen 5 und 20 kNm. Durch diesen auch Totband genann­ ten Bereich des Drehmomentes T kann verhindert werden, daß bei gering­ fügigen Schwankungen des Drehmomentes T auch die Drehzahl immer an­ gepaßt wird, wodurch sich das System aufschaukeln würde.

Fig. 4 zeigt eine noch komplexere Regelung. Diese vereinfacht jedoch die Bedienung für das Personal erheblich. Zur Festlegung der Soll-Drehzahl 12 wird zusätzlich die Produktion herangezogen. Dazu wird der aktuelle Durchsatz 16 (F [l/min]) und die aktuelle Konsistenz 17 (C [%]) gemessen und der Durchsatz 18 (P [bdmt/d]) bestimmt. Daraus wird einerseits ein Sollwert 20 (S₁ [rpm]) für die Drehzahl 12 gemäß einer vorgegebenen Abhängigkeit 19 bestimmt. Zusätzlich wird in Abhängigkeit 21 von der Produktion ein optimaler Drehmomentwert 22 (T_s [kNm]) bestimmt, aus dem dann mit einer vorgegebenen Bandbreite 23 (D [kNm]) die Grenz­ werte 24 (T₁) und 25 (T₂) für das sogenannte Totband der Abhängig­ keit 11' resultieren. Mittels der Abhängigkeit 11' wird nun die Schwankungsbreite 12' (S₂ [rpm]) der Drehzahl 12 vorgegeben, wobei diese im Totband zwischen T₁ und T₂ konstant bleibt. Der Sollwert 20 und die Schwankungsbreite 12' ergeben dann die Drehzahl 12 für den Frequenzregler 13 zur Steuerung des Antriebsmotors 2.

Der Vorteil dieser Regelung besteht darin, daß die einstellbaren Regelparameter, wie minimale Drehzahl und minimales Drehmoment bei minimaler Produktion, bzw. maximale Drehzahl und maximales Drehmoment bei maximaler Produktion für den Operator verständlicher sind und eine Änderung dieser Werte von ihm auch in ein­ facher Weise vorgenommen werden kann. Bei Produktionsänderungen erfolgt eine sofortige Drehzahländerung zur Anpassung des Austritts­ trockengehaltes. Nachteilig ist allerdings, daß die Messung der Durch­ flußmenge 16 und der Konsistenz 17 sehr genau sein müssen, da sie einen direkten Einfluß auf die Drehzahl haben.

Claims (4)

1. Verfahren zur Regelung einer Schneckenpresse zur Entwässerung einer Faserstoffsuspension, bei dem die Drehzahl in Abhängigkeit vom Drehmoment entsprechend einer Drehmoment-Kennlinie variiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei steigendem Drehmoment der Gegendruck verringert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Soll- Drehzahl bei einem Anstieg des Drehmomentes erhöht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem vorgegebenen Bereich des Drehmomentes bei einer Änderung des Drehmomentes die Drehzahl konstant gehalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Soll- Drehzahl in Abhängigkeit von der Produktion bestimmt wird.