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STEUERVORRICHTUNG FÜR PERIODISCH ARBEITENDENDE FILTER Die Erfindung
betrifit eine Steuervorriohtung für mindestens ein periodisch oder aussetzend arbeitendes
Filter mit einem oder mehreren Hil#s-Arbeitsgäng'en neben der Filtrierung wie Filterschock,
Trübeablassen und Filterschichtreinigu#g (Arbeitsganggruppen), die einsetzen, während
die Filtrierung aussetzt.
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Es sind Steuervorrichtungen für mindestens ein aussetzendes Filter
bekannt, bei denen die Suspension durch ein aussetzendes Filter mit einem mindestens
einen Arbeitsgang neben der Filtrierung einleitenden Steuerteil tritt und das Filtrat
einen Mengenmesser passiert. (S. z.3. Steuerung für mindestens ein aussetzendes
Filter, Produktion der Firme "Niagara", USA, oder Steuerung Ducontrol PSA 30 funda-filter,
Produktion der Firma "Chemap", Schweiz, oder Steuerung für Filter EPAKi#, Produktion
der Fabrik "Progreß", Berditschew UdSSR) Die Unterbrechung der Filtrierung und Betätigung
des Steuerteils zur Ausführung mindestens einer Operation geschieht dabei entweder
von Hand (funda-filter), oder von einer Schaltuhr für die Vorgabe der Filtrierzeit
(Chemapfilter).
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Die Chemap, Schweiz, rüstet ihre aussetzenden Filter mit der Steuerung
Ducontrol mit einem auf Band gelochten Programm für die Arbeitsfolge aus. Die Zeitdauer
für die einzelnen Arbeitsgänge ist durch die Lochbandgeschwindigkeit und den Abstand
zwischen den Kommandolöchern gegeben.
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Die Ducontrol-Steuerung kann den Arbeitsbedingungen wie Konzentration,
Körnung der festen Phase, spezifischer Durchflußwiderstand des Filterkuchens usw.
nicht angepaßt werden. Die Zeit der einzelnen Arbeitsgänge ist auf Band gelocht
und kann sich ändernden Arbeitsbedingungen nicht automatisch folgen.
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Man ändert sie beim Übergang zu einem anderen Produkt und Vorgang
ab. Dabei ist ein neues Lochband anzufertigen. Die Folge ist eine verminderte Durchsatzleistung
des aussetzenden Filters, da die Unterbrechung der Filtrierung und Einleitung eines
anderen Arbeitsganges nicht zu der durch die jeweiligen Arbeitsbedingungen gegebenen
optimalen Zeit erfolgt. Besonders hoch sind die Leistungsverluste bei Trennung von
Suspensionen mit ungunstigem Filtrierverhalten, und wenn mehrere Arbeitsganggruppen
von unterschiedlicher Zeitdauer vorliegen.
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Im ersteren Fall kann das Optimum für die Filtrierzeit mit der Filtrierbarkeit
des Suspension im allgemeinen sehr stark (u.U. um das 10- bis 15-fache) schwanken.
Der Verlust an mittlerer Filterleistung ist hierbei, welches von den bekannten Filtern
auch immer eingesetzt wird, naturgemäß sehr hoch (bis 50%).
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Bei mehreren Gruppen von Hilfs-Arbeitsgängen fällt der Anlagenführer
die Entscheidung darüber, welche Gruppe nach dem Filtrieren folgen soll. Man ist
daher auf sein Können angewiesen. Die Wahrscheinlichkeit dafür, daß die richtige
Auswahl getroffen ist, ist praktisch gleich null. Dies bedeutet, daß noch zusatzliche,
unberechenbare Verluste an mittlerer Filterleistung auftreten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung für
mindestens ein aussetzendes Filter zu schaffen, bei der sich die Filtrierzeit.je
nach den Arbeitsbedingungen derart ändert, daß die mittlere Filterleistung bei Anderung
der Arbeitsbedingungen wie Konzentration, Körnung der festen Phase, spezifischer
Durchflußwiderstand des Filterkuchens jeweils sein Maximum erreicht.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einer Steuervorrichtung
für mindestens ein aussetzendes Filter, bei der die Suspension durch das aussetzende
Filter mit einem mindestens einen Hilfs-Arbeitsgang neben der Filtrierung einleitenden
Steuerteil tritt und das Filtrat einen Mengenmesser passiert, erfindungsgemäß wenigstens
ein Steuerkanal zur Einleitung des wenigstens einen Hilfs-Arbeitsganges neben der
Filtrierung vorgesehen ist, der ein Glied zur Ableitung (Bildung) eines Arbeitskriteriums,
insbesondere ein Rechenglied zur Berechnung des mittleren Durchsatzes als Arbeitskriterium
des aussetzenden Filters enthält, der hinter dem Filtratmengenmesser liegt und dessen
Signal, d.h. den Filtratdurchsatz über die Zeit integriert und das Ergebnis durch
die Summe aus laufender Zeit der Filtrierung und Zeit für den anderen Hilfs-Arbèitsgang
dividiert, sowie ein Optimierungsglied zur Eingabe eines Optimums für die Arbeit
des aussetzenden Filters, der zwischen Rechenglied und Steuerteil liegt und das
Erreichen des Maximums für die gemittelte Filterleistung an den Steuerteil signalisiert,
enthält.
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Damit das Arbeitsspiel des Filters stets automatisch abläuft, ist
vorzugsweise der Steuerteil der Steuervorrichtung über seinen besonderen Ausgang
an besondere Eingänge des Rechengliedes und des Optimierungsgliedes derart angeschlossen,
daß der Steuerteil auf das Signal des Optimierungsteils hin das Rechenglied und
das Optimierungsglied mit seinem Signal in den Ausgangszustand zurückstellt.
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Im Falle mehrerer einander ablösender Arbeitsganggruppen sollte die
erfindungsgemäße Steuervorrichtung, um eine möglichst hohe mittlere Filterleistung
zu erreichen, mehrere Kanäle derart aufweisen, daß das Rechenglied im jeweils folgenden
Kanal eine gegenüber demjenigen in jedem vorhergehenden Kanal eine größere Gesamtzeit
für die Arbeitsgänge nach der Filtrierung zu verarbeiten hat, jeder Kanal über einen
eigenen Steuerteil verfügt, der über seinen einen Eingang am Ausgang des Optimierun£sgliedes,
über seinen einen Ausgang am aussetzenden Filter, über seinen anderen Eingang an
einem der Ausgänge des Steuergliedes im vorhergehenden Kanal und über seinen anderen
Ausgang an einem der Eingänge des Steuerteils im vorausgehenden Kanal liegt und
jedes Steuerglied beim Ansprechen zur Rückstellung aller vorhergehenden Kanäle der
Steuervorrichtung und zur Unterbrechung der von den Optimierungsgliedern kommenden
Signale in allen nachfolgenden Kanälen der Steuervorrichtung an die Steuerglieder
in allen vorhergehenden und die Steuerglieder in allen nachfolgenden Kanälen der
Steuervorrichtung Signale abgibt.
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Eine solche Steuervorrichtung für mindestens ein aussetzendes Filter
gestattet es, trotz Änderungen der Arbeitsbedingungen, insbesondere im Falle schwerfiltrierbarer
Suspensionen, und mehrerer einander ablösender Arbeitsganggruppen immer die maximale
mittlere Filterleistung zu erreichen.
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Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird
die Erfindung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Steuervorrichtung
für ein aussetzendes Filter bei nur einer Gruppe von Hilfs-Arbeitsgängen und nur
einem Steuerkanal; Fig. 2 einen WirkschaltplEn des Rechengliedes; Fig. 3 das Blockschaltbild
einer Steuervorrichtung bei drei Hilfs-Arbeitsganggruppen bzw. drei Steuerkanälen;
und
Fig. 4 das Blockschaltbild einer Steuervorrichtung für zwei
aussetzende Filter.
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Die Steuervorrichtung für aussetzende Filter sei am Beispiel einer
Steuervorrichtung gezeigt, die neben der Filtrierung einen weiteren Arbeitsgang,
nämlich den Filterschock einleiten soll.
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Die Filteranlage enthält ein aussetzendes Filter 1 (Fig. 1), in das
die Suspension in Richtung des Pfeils A eintritt, und ein am Filter 1 liegendes
Steuerglied 2, das den Filterschock einleitet. Das Filtrat, das in Richtung des
Pfeils B abgeführt wird, passiert einen Mengenmesser 3. Der Mengenmesser 3 liegt
im Steuerkanal 4.
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Weiterhin enthält der Kanal 4 ein Rechenglied 5 zur Berechnung der
über die Zeit gemittelten Durchsatzleistung als Arbeitskriterium des aussetzenden
Filters 1, der hinter dem Filtratmengenmesser 3 liegt und sein Signal, d.h. den
Filtratdurchsatz über die Zeit integriert und das Ergebnis durch die Summe aus laufender
Zeit der Filtrierung und Zeit für den anderen Arbeitsgang dividiert. Dem Rechenglied
folgt im Kanal 4 ein Optimierungsglied 6 zur Eingabe eines Optimums für die Arbeit
des aussetzenden Filters 1, der das Erreichen des Maximums für die mittlere Filterleistung
an das Steuerglied 2 signalisiert.
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Das Steuerglied 2 liegt über seinen besonderen Ausgang derart an besonderen
Eingängen des Rechengliedes 5 und des Optimierungsgliedes 6, daß das Steuerglied
2 auf das Signal des Optimierungsgliedes 6 hin das Rechenglied 5 und das Optimierungsglied
6 mit seinem Signal in den Ausgangssustand zurückstellt.
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Hier un# im folgenden werden Ausführungsformen der Steuervorrichtung
beschrieben, bei denen die mittlere Filterleistung als Kriterium für die Arbeit
des aussetzenden Filters 1 gilt.
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Doch kann man als Kriterium für die Arbeit eines aussetzenden Filters
auch beispielsweise die Gesamtfiltrierkosten bzw. den bei der Filtrierung a#nfallenden
Gewinn, die Verluste an Produkt während der Filtrierung bzw. die Produktqualität
wählen. Dabei muß das Optimierungsglied auf ein Maximum (Gewinn, Produktqualität)
bzw. Minimum (Kosten, Verluste) der jeweiligen Größe eingestellt werden, die zum
Kriterium gewählt wird.
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Bei: der vorliegenden Ausführungsform der Steuervorrichtung für ein
aussetzendes Filter 1 (Fig. 1) enthält das Rechenglied 5 (Fig. 2) zunächst eine
Multiplikationsstufe 7 (Fig. 2) zwischen dem Filtratmengenmesser 3 und einer Integrationsstufe
8. In der Multiplikationsstufe 7 wird das Signal des Filtratmengenrnessers 3 mit
einer Konstante multipliziert und somit das an der Integrationsstufe 8 (an seinem
einen Eingang) anstehende Signal der erforderlichen Integrationsszeit angepaßt.
Die Ronstante kann kleiner oder auch größer als eins sein. Sie wird bei Einstellung
der Steuervorrichtung auf gegebene Arbeitsbedihgungen manuell eingegeben. Ausgangsseitig
ist die Integrationsstufe 8 mit dem Dividendeneingang einer Divisionsstufe 9 verbunden,
der im Eingang des Optimierungsgliedes 6 liegt. Ein Zeiteinsteller 10 der Steuervorrichtung
liegt vor einer Integrationsstufe 11 (an seinem einen Eingang), deren Signal der
laufenden Filtrierzeit proportional ist. Ausgangsseitig ist die Integrationsstufe
11 mit dem einen Eingang einer Summierstufe 12 verbunden. Über ihren anderen Eingang
ist die Summierstufe 12 an den Ausgang eines Zeiteinstellers 13 für den die Filtrierung
ablösenden Arbeitsgang geführt. Ausgangsseitig ist die Summierstufe 12 auf den Divisoreingang
der Divisionsstufe 9 geschaltet, so daß das an diesem Eingang anstehende Signal
der Summe aus laufender Filtrierzeit und der Zeit für den die Filtrierung ablösend#en
Arbeitsgang proportional ist. In der Divisionsstufe 9 wird das am Dividendeneingang
ankommende Signal durch das am Divisoreingang einlaufende dividiert, woraus sich
ein Signal ergibt, das der Filterleistung, gemittelt über die
Summe
aus Filtrierzeit und Zeit des Arbeitsganges nach der Filtrierung, proportional ist.
Das Rechenergebnis stimmt also mit der Formel überein:
Darin sind: t die über die Zeit gemittelte Durchsatzleistung des aussetzenden Filters
1, Q der Filtratdurchsatz, t die laufende Filtrierzeit, die Zeit des die Filtrierung
ablösenden Hilfs-Arbeitsganges, nämlich des Filterschocks.
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Der besondere Ausgang des Steuergliedes 2 arbeitet auf die zweiten
Bingänge der Integrationsstufen 8 und 11, und bei Beaufschlagen der letzteren mit
seinem Signal kehren sie in den Ausgangsstand zurück bzw. werden ihre Ausgänge gelöscht.
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Zur Bestückung der Glieder des Rechengliedes werden weitverbreitete
pneumatische Bausteine verwendet. Als Optimierungsglied 6 (Fig. 1) der Steuervorrichtung
für ein aussetzendes Filter 1 wird ein allgemein bekannter Optimierregler eingesetzt.
Das aussetzende Filter 1 der erfindungsgemäßen Filteranordnung ist ein Klärfilter
mit Filtereinsätzen in Gestalt von zylindrischen Patronen. Als Filtratmengenmesser
3 dient ein Rotamesser. Die Funktion des Steuergliedes 2 übernimmt ein gerat.
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pneumatisches Programmsteuer Anstatt der pneumatischen Bausteine können
für die erfindungsgemäße Steuervorrichtung auch elektrische, hydraulische, elektronische
u.a.m. verwendet werden.
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Bei drei einander ablösenden Hilfs-Arbeitsganggruppen weist die Steuervorrichtung
drei Kanäle 4, 14, 15 (Fig 3) auf.
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Dabei schaltet der erste Kanal 4 der Steuervorrichtung die erste Hilfs-Arbeitsganggruppe,
d.h. diejenige, bei der der Filterschock auf die Filtrierung folgt; der zweite Kanal
14 der Steuervorrichtung leitet den Filterschock und das Trübeablassen ein (die
zweite Hilfs-Arbeitsganggruppe); der dritte Kanal 15 der Steuerung ist für die dritte
Hilfs-Arbeitsganggruppe vorgesehen, bei der auf die Filtrierung ein Filterschock,
Ablassen der Trübe und Reinigung der Filterschicht mittels Dampf folgt. Bei den
beiden letztgenannten Hilfs-Arbeitsganggruppen wird das Filter zusätzlich nach Ablauf
der jeweiligen Hilfs-Arbeitsganggruppe mit Suspension aufgefüllt. Bei Jeder Arbeitsganggruppe
ist eine bestimmte Zeitdauer für die auf die Filtrierung folgenden Arbeitsgänge
festgelegt.
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Es gilt #1# 1C r# Es gilt #1< #2<#3..., wobei t1 der Zeit der
Hilfs-Arbeitsgänge der ersten Arbeitsganggruppe, der Zeit der Hilfs-Arbeitsgänge
der zweiten Arbeitsganggruppe, der Zeit der Hilfs-Arbeitsgänge der dritten Arbeitsganggruppe
entsprechen.
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Jeder Kanal berechnet sein Kriterium für die Arbeit des Filters nach
der Formel:
wobei i die Nummer des Kanals für die entsprechende Hilfs-Arbeitsganggruppe
mit der Zeitdauer C der nach der Filtrierung einzuschaltenden Arbeitsgänge bedeutet.
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Bei Erreichen des Maximums für mi stellt der entsprechende Kanal die
Filtrierung ein und löst die übrigen dem Kanal zugeordneten Hilfs-Arbeitsgänge aus.
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Die Steuerkanäle 14 und 15 sind ähnlich dem Steuerkanal 4 auf baut.
Sie enthalten je ein Rechenglied 16 bzw. 17 zur Berechnung der über die Zeit mittleren
Durchsatzleistung als Kriterium des aussetzenden Filters 1, das hinter dem Filtratmengenmesser
3 liegt und sein Signal, d.h. den Filtratdurchsatz über die Zeit integriert und
das Ergebnis durch die Summe aus laufender Zeit der Filtrierung und der Zeitdauer
für die anderen dem Kanal zugeordneten Arbeitsgänge dividiert. Dabei hat das Rechenglied
16 bzw. 17 im Kanal 14 bzw. 15 der Steuervorrichtung eine gegenüber dem Rechenglied
5 bzw. 16 im vorhergehenden Steuerkanal 4 bzw. 14 gröpere Gesamtheit de#r die Filtrierung
ablösenden Arbeitsgänge zu verarbeiten.
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Die Kanäle 14 und 15 enthalten je ein Optimierungsglied 18 bzw.
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19 zur Eingabe eines Optimums für die Arbeit des aussetzenden Filters
1. Sie sind in den Kanälen den Rechengliedern 16, 17 nachgeschaltet. ähnlich dem
Kanal 4 mit seinem Steuerglied enthalten die weiteren Kanäle derselben eigene Steuerglieder
20 bzw. 21, die eingangsseitig (Eingänge 22, 23) an den Optimierungegliedern 18,
19 und ausgangsseitig (Ausgänge 24, 25) am aussetzenden Filter 1 liegen.
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Ein anderer Eingang 26 des Steuergliedes 20 ist an einen Ausgang 27
des Steuergliedes 2, ein Eingang 28 des letzteren an
einen anderen
Ausgang 29 des Steuergliedes 20, ein anderer Eingang 30 des Steuerteils 21 an einen
Ausgang 31 des Steuergliedes 20 und ein Eingang 32 des letzteren an einen anderen
Ausgang 33 des Steuerteils 21 geführt, und zwar derart, daß jedes Steuerglied 2,
20, 21 beim Ansprechen zur Rückstellung aller vorhergehenden Kanäle 4, 14 der Steuervorrichtung
und zur Unterbrechung der von den Optimierungsgliedern 18, 19 kommenden Signale
in allen nachfolgenden Kanälen 14, 15 und somit zur Vorbeugung der Gefahr eines
falschen Ansprechens Signale zu den Steuergliedern 2, 20 bzw. 20, 21 in allen vorhergehenden
und allen nachfolgenden Kanälen der Steuervorrichtung schickt.
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Besondere Ausgänge 34, 35, 36 der Steuerglieder 2, 20, 21 sind an
besondere Eingänge der Rechenglieder 5, 16, 17 bzw. der Optimierungsteile 6, 18,
19 geführt. Sie dienen zur Rückstel ung der Steuerkanäle 4, 14, 15 in den Ausgangszustand.
Mit 37 st der Eingang des Steuergliedes 2, auf das das Optimierungsglied 6 geschaltet
ist, mit 38 der auf das Filter 1 arbeitende Ausgang bezeichnet.
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Die Ausführung der einzelnen Glieder der Anordnung gemäß Fig. 3 ist
ähnlich derjenigen der gleichen Glieder der Anordnung gemäß Fig. 1.
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Weil die Steuervorrichtung hier aber drei Steuerkanäle 4, 14, 15 enthält,
kann unter drei möglichen Arbeitsganggruppen gewählt und somit die mittlere Leistung
des Filters zusätzlich erhöht werden.
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Vorstehend wurde die Steuervorrichtung nur für ein aussetzendes Filter
behandelt. Die Steuervorrichtung kann aber auch für zwei, drei und noch mehr aussetzende
Filter umgebaut werden.
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In Fig. 4 ist ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Steuerung
für den Fall des gleichzeitigen Betriebs von zwei aussetzenden Filtern 1 und 39
und nur eines Steuerkanals 4 zur
Einschaltung nur eines Arbeitsganges
neben der Filtrierung, nämlich des Filterschocks, gezeigt.
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Bei dieser Anordnung tritt die Suspension gleichzeitig durch die aussetzenden
Filter 1 und 39 in Richtung des Pfeils A hindurch, und das Filtrat aus den beiden
Filtern 1 und 39 strömt zu ein- und demselben Filtratmengenmesser 3. Das Steuerglied
2 arbeitet gleichzeitig sowohl auf das aussetzende Filter 1, als auch auf das aussetzende
Filter 39. Die Schaltung selbst sowie die Ausführung der einzelnen Glieder derselben
sind ähnlich wie die Schaltung und die einzelnen Funktionsteile bei der Anordnung
gemäß Fig. 1.
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Die Funktion der Steuervorrichtung für aussetzende Filter läßt sich
wie folgt darstellen. Der Beschreibung liegt das Beispiel eines erfindungsgemäß
geschalteten Klärfilters in Patronenbauweise zugrunde.
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Die Suspension tritt, in Richtung des Pfeils A (Fig. 1) strömend,
ins Filter 1 ein, um die flüssige von der festen Phase zu trennen. Bei Ausbildung
eines großen Filterkuchens auf dem Filter 1 und hierdurch bedingten rapiden Abfall
der Durchsatzleistung wird der Rückstand durch den Filterschock abgeladen.
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Der Zeitpunkt für die Einleitung dieses Arbeitsganges wird von der
Steuervorrichtung ermittelt.
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Das aus dem Filter 1 tretende Filtrat durchströmt den Filtratmengenmesser
3 in Richtung des Pfeils B. Dabei gibt der Filtratmengenmesser 3 ein dem Durchsatz
proportionales Signal ab. Dieses Signal steht am Rechenglied 5 an, das die mittlere
Filterleistung als Arbeitskriterium des Filters 1 nach der Formel
berechnet.
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Darin sind: die über die Zeit gemittelte Durchsatzleistung des aussetzenden
Filters 1, Q der Filtratdurchsatz, t die laufende Filtrierzeit, die Zeit des Filterschocks.
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Das dem Rechnungsergebnis entsprechende Signal wird im einzelnen folgendermaßen
gebildet. Das Signal des Filtratmengenmessers 3 (Fig. 2) wird im den Filterschock
einleitenden Kanal der Steuervorrichtung zunächst mit einer Konstanten mul£ipliziert,
was in der Multiplikationsstufe 7 geschieht. Dieser Rechengang ist notwendig, weil
das an der Integrationsstufe 8 anstehende Signal in Anbetracht der Begrenzung der
Signalwerte zwischen 0,2 und 1 kp/cm2, die hier für die pneumatischen Signale besteht,
an die erforderliche Integrationszeit angepaßt werden muß.
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Nsäre die Multiplikationsstufe 7 nicht vorhanden und würde das Eingangssignal
der Integrationsstufe 8 nicht auf eine bestimmte Integrationszeit abgestimmt, so
könnte sein Ausgangssignal (das ständig steigt, weil das Signal am Eingang der Integrationsstufe
8 stets größer als null ist) den obersten Einheitswert 1 kp/cm2 überschreiten, noch
bevor das Maximum für C erreicht ist. Dabei würde die Anordnung versagen bzw. ein
falsches Signal abgeben. Dies war der Grund, weshalb das Glied 7 eingeführt wurde,
Am Ausgang der Integrationsstufe 8, die sein dem Filtratdurchfluß proportionales
Signal integriert, steht ein dem Zähler der Formel (1) prtoportionales Signal an.
Dieses Signal führt auch der Dividendeneingang der.Divisionsstufe 9. Am Ausgang
der Integrationsstufe 11 bildet sich ein der Zeit t proportionales
Signal.
Am Eingang der Integrationsstufe liegt das zeitlich unveränderliche Signal des Zeitgebers
10 der Steuerung.
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Mit dem Signal des Zeitgebers 10 der Steuerung ist Jeweils der Anstieg
des Signals am Ausgang der Integrationsstufe 11 und somit die größtmögliche Arbeitsdauer
für die ganze Steuervorrichtung bei der Begrenzung auf Druckwerte zwischen 0,2 und
1 kp/cm2 für zu gebrauchende pneumatische Signale gegeben. Daher ist der Zustand
des Zeitgebers 10 einer der Einstellwerte für die Steuervorrichtung und seine Auswahl
richtet sich nach der größtmöglichen Filtrierdauer.
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In der Summationsstufe 12 wird die Summe des der Zeit t proportionalen
Signals der Integrationsstufe 11 und eines Signals des Zeitgebers 13 für den die
Filtrierung ablösenden Arbeitsgang gebildet. Dieses ist der vorgegebenen Zeitdauer
~# für den Arbeitsgang proportional. Der Zustand des Zeitgebers 13 für den die Filtrierung
ablösenden Arbeitsgang ist ein weiterer Einstellwert für die Steuerung. Das Ausgangssignal
der Summationsstufe 12 läuft am Divisoreingang der Divisionsstufe 9 ein, in der
nun das am Dividendeneingang durch das am Divisoreingang liegende Signal dividiert
und das Arbeitskriterium für das Filter 1 - die über die Zeit gemittelte Durchsatzleistung
desselben - nach der Formel (1) endgültig berechnet wird.
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Beim Eintreffen eines Signals vom Steuerglied 2 an den entsprechenden
Eingängen der Integrationsstufen 8 und 11 kehren diese in den Ausgangs zustand zurück.
Dies geschieht jeweils beim Abbruch der Filtrierung. Nach Ablauf des die Filtrierung
ablösenden Arbeitsganges und Wiederaufnahme der Filtrierung werden die Integrationsstufen
wieder in Gang gesetzt.
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Das Optimierungsglied 6 (Fig. 1) des Filters 1 überwacht ständig das
am Ausgang des Rechenglieds 5 (der Divisionsstufe 9 in Fig. 2) anliegende Signal.
Sobald das Signal bzw. !.'c sein Maximum erreicht, schickt das Optimierungsglied
6 (Fig. 1) einen
Impuls an das Steuerglied 2 und steuert dieses
somit an. Das Steuerglied unterbricht die Filtrierung, leitet den Filterschock ein
und schaltet die .Filtrierung nach Durchführung des Filterschocks über einen seiner
Ausgänge wieder ein. Über den anderen beeinflußt er die Teile 5 und 6 der Steuervorrichtung,
und zwar werden diese durch Beaufschlagung mit dem vom erwähnten Ausgang geführten
Signal in den Ausgangszustand zurückgebracht und so für die Dauer des Filterschocks
erhalten. Bei Wiederaufnahme der Filtrierung läuft der genannte Ausgang des Steuerglieds
2 wieder leer und die Funktionsteile 5 und 6 werden wieder eingeschaltet.
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So arbeitet das erfindungsgemäß gesteuerte Filter in automatisch ablaufenden
Zyklen ununterbrochen weiter.
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Sollte die Eingabe einer festen Zeit t1 unzweclmäßig erscheinen, etwa
weil 71 auf vorhandene Bedingungen für den Filterschock angewiesen ist, oder weil
sie im Ablauf des Filtereinsatzes stark schlfankt, läßt man den Zeitgeber 13 (Fig.
2) auf Null stehen. Das Steuerglied 2 sendet dann von seinem zweiten Ausgang aus
nur noch kurze Zeit dauernde Impulse, die die Teile 5 und 6 der Steuervorrichtung
(Fig. 1) löschen und sofort wieder anstoßen. Hier sind die Funktionsteile 5 und
6 nicht nur während der Filtrierung selbst, sondern auch für die Zeit des Filterschocks
in Betrieb. In der Zeit dieses Arbeitsganges hat der Ausgang der Integrationsstufe
11 (Fig. 2) ein Signal akkumuliert, das seiner Echtzeitdauer proportional ist, so
daß nun keine Gummierung mit dem zusätzlichen Signal für L 1 notwendig wird und
also der Zeitgeber 13 und die Summationsstufe 12 entfallen können.
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Die Funktion der Filteranordnung mit drei Steuerkanälen, also für
drei verschiedene Hilfs-Arbeitsganggruppen wird am Beispiel eines aussetzenden Klärfilters
in Patronenbauweise erläutert.
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Der Betrieb des Filters 1 (Fig. 3) beinhaltet folgende Hilfs-Arbeitsgänge
außer der Filtrierung:
Bei der ersten Arbeitsganggruppe - Filterschock,
d.h. Rückspülung des auf den Filtereinsätzen zurückgehaltenen Rückstandes durch
rapiden Anstieg des Druckes entgegengesetzt zur Filtrationsrichtung; bei der zweiten
Arbeitsganggruppe - Filterschock und Ablassen den stark getrübten Suspension; bei
der dritten Arbeitsganggruppe - Filterschock, Trübeablassen und Reinigung der Filterschicht,
gegebenenfalls mit Dampf. Bei den letzten zwei Arbeitsganggruppen schließt sich
an die Arbeitsgänge ein Auffüllen des Filters mit der Ausgangssuspension an.
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Die Zeit für die auf die Filtrierung folgenden Arbeitsgänge ist bei
der jeweils folgenden Arbeitsganggruppe größer als bei der vorhergehenden:
Hier bedeutet der Index die entsprechende Nummer der Arbeitsgruppe.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung enthält die Steuervorrichtung
drei Kanäle 4, 14, 15 entsprechend den drei verschiedenen Arbeitsganggruppen. Jeder
Steuerkanal ermittelt für sich den Zeitpunkt, zu dem die die Filtrierung ablösenden
Arbeitsgruppen einzuleiten sind.
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Die Suspension tritt in Richtung des Pfeils A durch das Filter 1.
Das Produkt der Klärung - das Filtrat - gelangt in Richtung des,Pfeils B strömend,
hinter dem Filter zum Filtratmengenmesser 3, der ein dem Filtratdurchsatz proportionales
Signal abgibt.
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Das der Filtratmenge proportionale Signal des Filtratmengenmessers
3 steht gleichzeitig am Eingang des Rechengliedes des ersten Steuerkanals 4 an.
Dieser Teil des Kanals berechnet während der. Filtrierung selbst den laufenden Wert
der über die Zeit gemittelten Durchsatzleistung des Filters 1 nach der Formel:
Darin sind 4 1 die über die laufende Zeit der Filtrierung und die Zeit für den Arbeitsgang
nach der Filtrierung gemittelte Durchsatzleistung des Filters 1; Q der Filtratdurchsatz;
t die laufende Zeit der Filtrierung; t 1 die Zeit für den-Arbeitsgang nach der Filtrierung.
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Die Funktion des Rechengliedes 5 ist ähnlich derjenigen des gleichen
Teils der vorstehend beschriebenen Steuervorrichtung mit nur einem Kanal 4 (Fig.
2). Das Optimierungsglied 6 (Fig.3), an dessen Eingang das der gemittelten Filterleistung
proportionale Signal vom Ausgang des Rechengliedes 5 einläuft, überwacht dieses
ständig. Sobald ß 1 das Maximum erreicht hat, gibt das Optimierungsglied 6 ein impulsförmiges
Signal ab, das das Steuerglied 2 ansteuert, wenn es an seinem Eingang 37 einläuft.
Mit dem am Ausgang 38 des Steuergliedes 2 anstehenden Signal wird das Filter 1 derart
beaufschlagt, daß die Filtrierung eingestellt, der zweite Arbeitsgang der Gruppe
(der Filterschock) eingeleitet und die Filtration nach dessen Ablauf gleichzeitig
mit dem Abklingen des Signals des Steuerteils wieder aufgenommen wird. Das vom anderen
Ausgang 34 des Steuerteils 2 geführte Signal stellt die Funktionsteile 5 und 6 in
den Ausgangszustand zurück und hält sie für die Dauer des die Filtrierung ablösenden
Arbeitsganges in diesem Zustand. Bei der Wiederaufnahme der
Filtrierung
und Rückkehr des Steuergliedes 2 in seinen Ausgangszustand wird das Signal am Ausgang
34 unterbrochen, so daß damit die Funktionsteile 5 und 6 wieder in Gang gesetzt
werden. Mit seinem am Ausgang 27 liegenden Signal, das arm Eingang 26 des Steuergliedes
20 des nachfolgenden Kanals 14 einläuft, sperrt das Steuerglied 2 das Steuerglied
20. Hierdurch wird das dem Eipgang 22 des letzteren zugeführte Signal des Optimierungsgliedes
18 des Kanals 14 für die Zeit seines Arbeitens gesperrt und so der Kanal 14 gegen
unzeitgemäßes Wirksamwerden gesichert.
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Das Steuerglied 20 leitet dieses Sperrsignal weiter, es erscheint
an seinem Ausgang 31 und wird dann am Eingang 30 des nachfolgenden Steuerteils 21
wirksam, der somit ebenfalls gegen unzeitgemäßes Inbetriebsetzen durch Einstellen
des am Eingang 23 des Steuerteils 21 anliegenden Signals des Optimierungsgliedes
19 abgesichert wird.
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Der zweite Steuerkanal 14 arbeitet wie folgt: Das Signal des Filtratmengenmessers
3 steht am Eingang des Rechengliedes 16 an. Dieser Funktionsteil berechnet den laufenden
Wert der über die Zeit gemittelten Durchsatzleistung des Filters 1 nach der Formel:
Darin sind: die über die laufende Zeit der Filtrierung und die Zeit für die Arbeitsgänge
nach der Filtrierung (Filterschock und Trübeablassen) gemittelte Durchsatzleistung
des Filters 1; die die Zeit firr die Arbeitsgänge nach der Filtrierung.
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Diese Formel unterscheidet sich von der Formel (3) nur durch die Größe
von + 2 . Die Funktion des Rechengliedes 16 gleicht
der des Rechengliedes
5 im ersten Steuerkanal 4 bis auf den Unterschied, daß das Rechenglied 16 auf ein
längeres Arbeitsspiel und eine größere Zeit t2 für die Arbeitsgänge nach der Filtrierung
eingestellt wird. Diese Einstellung erfolgt durch Auswahl der entsprechenden Werte
für die Konstante der Multiplikationsstufe 7 (Fig. 2), den Signalpegel am Ausgang
des Zeitgebers 10 und den Signalpegel am Ausgang des Zeitgebers 13 für die die Filtrierung
ablösenden Arbeitsgänge. Das Optimierungsglied 18, auf dessen Eingang das der gemittelten
Filterleistung Y; 2proportionale Signal des Rechengliedes 16 gegeben wird, überwacht
dieses ständig. Sobald das Maximum von vorliegt, 2 liegt, schickt das Optimierungsglied
18 ein impulsförmiges Signal an das Steuerglied 20 (Eingang 22) und löst dieses
aus. Das Steuerglied 20 gibt über den Ausgang 24 ein Signal an das Filter 1 ab,
woraufhin dieses stillgesetzt und die weiteren Arbeitsgänge dieser Gruppe (Filterschock
und Trübeablassen) durchgeführt werden.
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Das Rücksetzen des Steuergliedes 20 bedeutet die Wiedereinschaltung
der Filtrierung. Das Signal vom Ausgang 35 des Steuergliedes 20 löscht die Funktionsteile
16 und 18 und hält sie während der Zeit, in der die genannten Arbeitsgänge nach
der Fil-trierung durchgeführt werden, auf Null. Nach Wiederaufnahme der Filtrierung
und Rücksetzen des Steuergliedes 20 läuft der Ausgang nunmehr leer, wodurch die
Funktionsteile 16 und 18 in Betrieb gesetzt werden. Das dem Eingang 28 des Steuergliedes
2 zugeführte Signal vom Ausgang 29 des Steuergliedes 20 verhindert ein ungewolltes
Ansprechen des Steuergliedes 2 des ersten Kanals 4 und stellt die Funktionsteile
5 und 6 auf Null, wobeisie erst bei wiederholtem Beginn der Filtrierung gleichzeitig
mit den Funktionsteilen 16 und 18 wieder in Betrieb gesetzt werden. Das am Eingang
30 des Steuergliedes 21 ankommende Signal vom Ausgang 31 des Steuergliedes 20 sperrt
das Steuerglied für das vom Optimierungsglied kommende Signal, bringt jedoch die
Ftulktionsteile 17 und 19 nicht in den Ausgangszustand.
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Der dritte Steuerkanal 15 arbeitet folgendermaßen:
Das
Signal des Filtratmengenmessers 3 wird am Eingang des Rechengliedes 17 wirksam.
Dieser Funktionsteil 17 berechnet den laufenden Wert der über die Zeit gemittelten
Durchsatzleistung des Filters 1 nach der Formel:
Darin sind: die dieüber die laufende Zeit der Filtriefling und die Zeit der Arbeitsgänge
nach der Filtrierung (Filterschock, Trübeablassen, Reinigung der Filterschicht)
gemittelte Durchsatzleistung des Filters 1; und die Zeit für die Arbeitsgänge näch
der Filtrierung.
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Die Funktion des Rechengliedes 17 stimmt mit derjenigen der Rechenglieder
5 und 16 der ersten zwei Steuerkanäle 4 und 14 vollig überein, nur daß das Rechenglied
17 auf ein noch längeres Arbeitsspiel und eine noch längere Zeit (3 für die Arbeitsgänge
nach der Filtrierung eingestellt wird. Diese Einstellung wird hier ebenfalls durch
die Multiplikationsstufen 7 (Fig. 2) und die Zeitgeber oder -wähler 10, 13 möglich.
Das Optimierungsglied 19 (Fig. 3), an dessen Eingang das der gemittelten Filterleistung
73 proportionale Signal des Rechengliedes 17 einläuft, überwacht dieses ständig.
Sobald das Maximum für 43 erreicht ist, sendet das Optimierungsglied 19 ein impulsförmiges
Signal, das, am Eingang 23 des Steuergliedes 21 eintreffend, dieses startet. Das
Steuerglied 21 führt an seinem Ausgang 25 ein Signal, das die Filtrierung abschaltet,
die auf die Filtrierung folgenden Arbeitsgänge der dritten Arbeitsganggruppe auslöst
und die Filtrierung im Moment des Rückkippens des Steuergliedes 21 wieder einschaltet.
Das am Ausgang 36 des Steuergliedes 21 anstehende Signal stellt die Funktionsteile
17 und 19 in den Ausgangs Zustand zurück und hält sie für die Dauer der die Filtrierung
ablösenden Arbeitsgänge der dritten Arbeitsganggruppe in diesem Zustand. Mit dem
vom Ausgang 33 aus auf den Eingang 32
des Steuergliedes 20 abgegebenen
Signal sichert der Steuerteil 21 die vorhergehenden Kanäle 14 und 4 gegen falsches
Ansprechen ihrer Steuertlieder 20 und 2 und stellt die Funktionsteile 16, 18, 5,
6 auf Null. Bei Wiedereinschaltung der Filtrierung und Kippen des Steuergliedes
21 in den Ausgangszustand stellt das Steuerglied 21 seinen Ausgang 36 ab, stößt
damit die Funktionsteile 17 und 19 an und löst (über den Ausgang 33) die ersten
zwei Steuerkanäle 14 und 4 (Funktionsteile 16, 18, 5, 6) aus.
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Die Arbeitszyklen wiederholen sich. Dabei sichert die gegenseitige
Verriegelung der einzelnen Steuerteile die optmimale Auswahl der Arbeitsganggruppennummer.
Es muß betont werden, daß die Verbindung zu den Optimierungsgliedern bzw. die Sperrung
der Steuerglieder sowohl automatisch wie im vorliegenden Beispiel, als auch manuell
hergestellt bzw. ausgelöst werden kann.
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Der Automatik ist hier der Vorzug zu geben, weil sie eventuelle Bedienungsfehler
ausschließt. Manchmal aber rentiert sich die Automatik nicht.
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Die einzelnen Funktionsteile der Steuerung können mit elektrischen,
pneumatischen, hydraulischen, elektronischen, lichtelektrischen u.a.m. Bausteinen
bestückt sowie ihre Funktion mit Programmen und Unterprogrammen eines off-line-
oder auch eines on-line-Prozeßreclmers unterstützt werden.
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Die Arbeitsweise der Steuervorrichtung gemäß der Erfindung für mehrere
Filter wird am Beispiel einer Filteranlage mit einem erfindungsgemäßen Steuerkanal
und zwei klärenden Kerzenfiltern periodischer Wirkung gezeigt.
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Die in Richtung des Pfeils A (Fig. 4) strömende Suspension tritt durch
zwei parallel zueinander geschaltete Filter 1 und 39.
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Die zwei aus diesen Filtern tretenden Teilströme des Filtrats fließen
zusammen, und der Gesamtstrom passiert den Filtratmengenmesser
3,
welchen er in Richtung des Pfeils B verläßt. Die Funktion der erfindungsgemäßen
Anordnung nach Fig. 4 gleicht derjenigen der Anordnung nach Fig. 1 bis auf den Unterschied,
daß die Befehle des Steuergliedes 2 gleichzeitig an zwei parallelgeschaltete zu
steuernde Filter 1 und 39 abgegeben werden.
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Bei Bedarf kann vor jedem Filter 1 bzw. 39 ein Verstärker für die'Signale
des Steuergliedes eingefügt werden.
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Eine solche Steuerung für mindestens ein aussetzendes Filter steigert
die mittlere Filterleistung um 30So gegenüber den bekannten Anordnungen. Bei schazerfiltrierbaren
Suspensionen und starken Schwankungen der Arbeitsbedingungen kann der Gewinn an
Filterleistung sogar 50 betragen. Dabei bedarf das Filter selbst bzw. die Anlage,
in der es eingesetzt wird, keiner konstruktive r bzw. verfahrenstechnischer Änderungen.
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Es entfällt auch die Notwendigkeit, zuerst umfassende Untersuchungen
zur Ermittlung einer tragbaren Arbeitsspieldauer für ein aussetzendes Filter vorzunehmen
und erst danach das Filter für die Klärung der gegebenen Suspension einzusetzen.
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Öfters steht das Filter oder eine Filtergruppe in einer Anlage, die
irgendein Endprodukt liefert. Als Beispiel kann hier die Produktion von Farbstoffen
genannt werden. Aufgrund einer vieL~ leicht unpassenden Auswahl des Filters, der
Unzulänglichkeit eines wenig geschulten Bedienungspersonals oder starker Schwankungen
der Beschaffenheit der Suspension, mit welcher das Filter gespeist wird, kann seine
Leistung stark unter derJenigen der anderen Apparate und Abschnitte der Anlage liegen.
Man sagt in solchen Fällen, die Filtrierung sei der t'Engpaß" der Produktion. Die
Verwendung der erfindungsgem&"ßen Steuervorrichtung bringt in solche Fällen
einen großen Nutzen, weil die Leistung der ganzen Produktion ansteigt; die Mehrkosten
aber gering sind,
Die Investitionskosten liegen bei Verwendung
einer Steuervorrichtung für mehrere Filter günstiger, weil sie sich auf mehrere
gleiche Einheiten verteilen.