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'tVorrichtung und Verfahren zur automatischen
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Steuerung des Speisungszyklus von diskontinuierlich arbeitenden Zentrifugen"
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur automatischen Steuerung des
Speisungszyklus von diskontinuierlich arbeitenden Zentrifugen, wobei der jeweilige
Füllgrad der Zentrifugentrommel in Abhängigkeit von der Gewichtszunahme der in der
Trommel eingespeisten Suspension und/oder Waschflüssigkeit über mit der Zentrifuge
verbundene Meßelemente bestimmbar ist. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein
Verfahren zur automatischen Steuerung des Speisungszyklus bei diskontinuierlich
arbeitenden Zentrifugen mittels einer solchen Vorrichtung.
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Zur Steuerung des Speisungszyklus bei Zentrifugen ist es notwendig
während des Zentrifugiervorganges das Suspensionsniveou in der Zentrifugentrommel
jederzeit exact bestimmen zu können. Nur so können Überbelastungen und nicht optimale
Auslastung der Maschine vermieden werden. Bei diskontinuierlich arbeitenden Zentrifugen
mit horizontaler Trommelachse ist es bekannt, zu diesem Zweck im Zentrifugentrommel-Innern
einen oder mehrere sogenannte "Löffeltaster" anzubringen, die auf mechanischem Wege
mittels Berührung der Suspension den Suspensionsstand im Zentrifugentrommel-Innern
abtasten. Die Löffeltaster schalten bei einem bestimmten Höchststand den Zulauf
des zu zentrifugierenden Materials aus und schalten erst wieder ein, wenn die BerUhrung
zwischen Löffeltaster und Suspension unterbrochen ist. Verändert sich das Suspensionsniveau
nach einer gewissen Zeitspanne nicht mehr, so wird bei solchen Einrichtungen angenommen,
daß sich dieses jetzt erreichte Niveau auf den in der Trommel sich ablagernden Feststoff
bezieht und es werden die weiteren beim Zentrifugieren hinlänglich bekannten Steuerungsvorgänge
wie Waschen, Ausschleudern usw. eingeleitet. Ein solches Steuerungssystem bringt
natürlich durch die Mechanik eine ganze Reihe von Problemen mit sich. Hauptproblem
ist aber die sehr geringe Genauigkeit des ganzen Systems.
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Deshalb hat man weitere Steuerungssysteme in der Theorie untersucht,
aber in der Praxis bisher noch nie eingeführt. Unter anderem versuchte man mittels
kapazitiven Elektroden zu messen. Dabei ist aber die unvermeidlich auftretende Verschmutzung
im Zentrifugenein
ein entscheidendes Problem Man hat dann auch
die Möglichkeit der Gewichtsbestimmung untersucht. Bei diesen Überlegungen ist man
vom Differenzgewicht zwischen der leeren und der mit optimalem Feststoff-Inhalt
gefüllten Zentrifugentrommel ausgegangen. Bei Zentrifugen mit horizonteler Trommelachse
sind diese Überlegungen jedoch letztlich daran gescheitet, daß die unvermeidlich
auftretenden Vibrationen und Unwuchten die Meßergebnisse unbrauchbar werden ließen.
Es ist ja davon auszugehen, daß das erwähnte Differenzgewicht v-erschwindend klein
ist in bezug auf das Gesamtgewicht der Maschine, das letztlich gemessen werden muß
Bei bestimmten Bauarten von Zentrifugen -mit horizontaler Trommelachse können u
die vorgenannten Methoden überhaupt nicht angewendet werden, da im Trommel-Inneren
sich mitdrehende Hilfskonstruktionen zwischen der zentralen Einlauföffnung und dem
zu bestimmenden Flüssigkeitsniveau befinden. Insbesondere gilt dies fiJr die Steuerung
mit Tastern und mit Elektroden. Bei solchen 7entrifugen hat man die Möglichkeit
zur Messung mit radioaktiven Strahlungsquellen untersucht, wobei die Strahlungsabnahme
bei gefüllter Trommel eine Indikation für das erreichte Füllniveau der Zentrifuge
liefert.
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Solche Verfahren sind aber technisch sehr aufwendig und bei -verschiedenen
Materialien und Anwendungsföllen wegen der Radioaktivität unterwünscht oder Uberhaupt
-nicht anwendbar.
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Die'Erfindung hat sich nun ausgehend von der Gewichtsbestimmungsmethode
die Aufgabe gestellt7 eine Vorrtchtung und ein Verfahren zur automatischen Steuerung
des Speisungszyklus von diskontinuierlich arbeitenden Zentrifugen zu schaffen, bei
dem mit einfachsten Mifteln eine so weitgehende Beseitigung der bei der Gewichtsbestimmung
bei laufender Maschine auftretenden Störfaktoren erreichbar ist, daß diese Reststörungen
nicht mehr in ungUnstiger Weise das Meßergebnis beeinflüssen. Die Vorrichtung und
das Verfahren sollten darüberhinaus gewöhrleisten, daß bei jedem Arbeitszyklus der
Zentrifuge eine optimale Trommelfüllung gewährleistet werden kann Die Erfindung
löst die ihr zugrundeliegende Aufgabe dadurch, daß die mit einer Trommel mit horizontaler
Trommelachse versehene Zentrifuge auf mindestens zwei Ddmpfungselementen
gelagert
ist, von denen mindestens eines direkt mit einem Fundament verbunden ist und mindestens
ein weiteres mit einem in Horizontalrichtung starren, jedoch in Vertikalrichtung
beweglichen Gestell zusammenwirkt und daß mindestens ein die Vertikalbewegungen
in Folge von Gewichtsönderungen der Zentrifugentrommel aufnehmendes Meßelement am
Gestell angeordnet ist.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß das Gestell aus zwei im wesentlichen parallel zur Trommelachse der Zentrifugentrommel
und im Abstand voneinander angeordneten, auf dem der Zentrifugentrommel abgewandten
Ende einseitig starr mit dem Fundament verbundenen Längsblattfedern mit einer an
ihrem freien Ende etwa in Höhe der Zentrifugentrommel angreifenden Quertravene mit
integrierter, über einen Schemel auf dem Fundament abgestützter Blattfeder besteht.
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Die direkt zwischen Zentrifugen-Grundrahmen und Fundament angeordneten
Dämpfungselemente können in zweckmäßiger Weise in der Nähe der Befestigungspunkte
der Längsblattfedern mit dem Fundament angeordnet sein. Die zwischen Zentrifugen-Grundrahmen
am Gestell angeordneten Dämpfungselemente sollten in der Nähe der Verbindungsstellen
zwischen Löngsblattfedern und Quertroverse vorgesehen werden.
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Es hat sich-als zweckmäßig erwiesen, als Meßelemente Druckmeßdosen
zu verwenden und diese in der Nähe der Enden der Quertraverse anzuordnen.
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Für kleinere und leichtere Maschinen ist es besonders vorteilhaft,
wenn das Dämpfungselement einerseits an einem an der Trommel abgewandten Ende der
Zentrifuge angebrachten Halteelement und andererseits auf dem freien Ende einer
Horizontal-Blattfeder festgelegt ist, die über einen Lagerbock auf dem Fundament
angeordnet ist. Das Mee element kann dann vorteilhafterweise eine auf Zug bzw. Biegung
ansprechende Meßdose sein, deren Fühlorgan mit einem am freien Ende der Blattfeder
angebrachten Meßpunkt in ständiger Berührung steht.
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Das Verfahren zur automatischen Steuerung des Speisungszyklus von
diskontinuierlich arbeitenden Zentrifugen mittels einer Vorrichtung nach der Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Uber die Meßelemente ermittelten
Gewichtszunahme-Werte der Zentrifuge beim Zulauf von Suspension und/oder Waschflüssigkeif
einer Steuerungseinheit zugeleitet und zur Zu- und Abschaltung des Zulaufs nach
voreinstellbaren Werten verwendet werden.
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Versuche haben gezeigt, daß mit dieser einfachen Methode eine sehr
genaue Bestimmung des während des Betriebes in der Trommel vorhandenen Materials
erzielt werden kann. Damit kann der Speisungszyklus genauestens gesteuert und in
jedem Fall die optimale Auslastung der Maschine erreicht werden. Voraussetzung dazu
ist, daß die Geräte zur Gewichtsbestimmung in einer derartigen Weise mit der Zentrifuge
verbunden sind, daß die unvermeidlich beim Laufen der Maschine auftretenden Vibrationen
und Unwuchten auf sie so wenig wie möglich Einfluß ausüben können, d. h. zuvor durch
entsprechende Einrichtungen gedämpft werden. Bei der Erfindung geschieht dies durch
das Gestell und die Dömpfungselemente. Bei der Vorrichtung und der Durchführung
des Verfahrens nach der Erfindung können zusätzlich-alle denkbaren Möglichkeiten
zur Steuerung des Speisungszykluses mit vorgesehen werden. Es kann zunächst vor
jedem einzelnen Arbeitszyklus eine Vortarierung des maßgeblichen Zentrifugengewichts
erfolgen, so daß auch hier kleinste Ungenauigkeiten, wie etwa Reste von nicht ausgeschleudertem
Feststoff im Zentrifugen-lnnern, mitberücksichtigt werden können. Es kann weiter
eine kontinuierliche Messung der Füllung über den gesamten Arbeitsvorgang durchgeführt
werden. Die Füllung kann dabei chargenweise oder kontinuierlich erfolgen.
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Die Merkmale der Erfindung sollen nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen
naher erläutert werden.
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Es zeigt Fig. 1 eine Seitenansicht einer Filterzentrifuge mit horizontaler
Trommelachse, Fig. 2 eine Ansicht einer solchen Filterzentrifuge, Fig. 3 einen Querschnitt
nach Linie l - 1 nach Fig. 1, Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel in Seitenansicht
und Fig. 5 eine Ansicht des Trommel-abgewandten Endes der Zentrifuge nach Fig. 4
in größerem Maßstab.
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Die schematisch dargestellte Filterzentrifuge mit horizontaler Trommelachse
besteht aus einer Zentrifugentrommel 1 mit zum Abschleudern des zentrifugierten
Feststoffes umkehrbarem Filtertuch und einer Antriebseinrichtung 2. Zur Verdeutlichung
sei gesagt, daß das Gesamtleergewicht der Zentrifuge iim beschriebenen Beispiel
ca 5000 kp beträgt; bei einem Trommeldurchmesser von ca. 800 mm ist das maximal
zulässige Füllgewicht ca. 50 kp. Dabei ist die Drehzahl der Zentrifugentrommel ca.
1500 l/min.
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Der Zentrifugentrommel wird die zu zentrifugierende Suspension zugeführt
durch die Speiseleitung 3. Der abgeschleuderte Feiststoff wird abgeführt durch die
Austragsöffnung 4; das Filtrat, also die vom Feststoff befreite Restflüssigkeit
ihrer Suspension, wird abgeführt über die Leitung 5. Mit Z ist der Schwerpunkt der
leeren Zentrifuge -angedeutet.
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Die Zentrifuge ist trommelseitig auf zwei schwingungsdämpfenden Elementen
6 und 6' und motorseitig ebenfalls auf zwei Dämpfungselementen 7 und 7' gelagert.
Die Dämpfungselemente 7 und 7' stUtzen sich unmittelbar auf ein Fundament 8, während
die beiden Dämpfungselemente 6 und be auf ein Gestell 20 wirken. Dieses Gestell
20 ist aufgebaut aus einem Querträger 9, der mit zwei Längsblattfedern 10 und 10'
verbunden ist. In den Querträger 9 ist eine Blattfeder 11 aufgenommen, die auf einem
auf dem Fundament 8 installierten Schemel 12 ruht. An seinen beiden äußeren Enden
at der Querträger 9 auf zur Gewichtsbestimmung dienenden Druckmeßgeräten 13 und
13' aufgelegt, die sich auf das Fundament 8 stützen.
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Als Druckmeßgeräte 13 und 13' sind elektronische Druckdosen bekannter
Bauart verwendet, die im beschriebenen Ausführungsbeispiel eine nominale Kapazität
von 2000 kp aufweisen. Die von den Druckdosen aufgenommenen Signale werden über
ein Filter dem elektronischen Steuerungssystem eingegeben, das nach vorgegebener
Programmierung unter Berücksichtigung der von den Druckmeßdosen zugeleiteten Meßwerte
die vollautomatisch. Steuerung des Speisungszyklus der Maschine durchführt.
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Ein solcher Speisungszyklus läuft etwa wie folgt ab: Nach dem Anfahren
der Zentrifuge werden die auf die Druckmeßgeräte 13 und 13' ausgeübten Kräfte in
einer entsprechenden Einrichtung auf Null
tariert (Whiteston'sche
Brücke mit Versteilpotentiometer). Nach der Nulltorierung wird die Zufuhr der zu
zentrifugierenden Suspension eingeschaltet.
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Nach einer voreinstellbaren Druckzunahme auf die Druckmeßgeräte wird
die Zufuhr automatisch ausgeschaltet. Nach einer ebenfalls voreinstellbaren Abnahme
der auf die Druckmeßgeräte einwirkenden Kräfte wird der Zulauf der Suspension erneut
zugeschaltet. Dieses Zu- und Abschalten des Suspensionszulauts kann sich so oft
wiederholen bis ein voreingestelltes Maximalgewicht an in der Trommel enthaltenem
Feststoff erreicht ist. Dann wird automatisch auf Abwurf des abgeschleuderten Feststoffes
geschaltet und der gesamte Zyklus kann von vorne beginnen. Selbstverständlich können
nach ebenfalls über die elektronische Steuerung vorwahlbaren Zeitspannen Zwischenprozesse
- wie z. B. ein Waschvorgang mittels einer Waschflüssigkeit - gesteuert werden.
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In dem in den Figuren 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist
eine Einrichtung nach der Erfindung gezeigt, die vorzugsweise bei kleineren und
leichteren Maschinen Anwendung finden kann. Diese Einrichtung zeichnet sich dadurch
aus, daß sie nur mit drei Dämpfungselementen und mit einem einzigen Meßelement arbeitet.
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Dabei ist die Zentrifuge im Bereich der Trommel über zwei Dämpfungselemte
30 und 30' direkt auf einem Fundament 34 gelagert. An dem der Trommel 35 abgewandten
Ende der Zentrifuge ist ein Halteelement 36 in Form eines Winkels angebracht. Der
eine Schenkel des winkelförmigen Halteelements ist an der Zentrifuge befestigt;
in den freien Schenkel ist ein Dämpfungselement 31 integriert. Das winkelförmige
Halteelement 36 sollte als total starrer Körper ausgeführt sein, damit die von der
Zentrifuge kommenden Vibrationen und Unwuchten direkt in das Dämpfungselement 31
zur Vernichtung eingeleitet werden können. Das Dämpfungselement 31 ist eingespannt
zwischen dem Halteelement 36 und dem freien Ende einer Horizontal-Blattfeder 37.
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Die Horizontal-Blattfeder 37 bildet zusammen mit einem Lagerbock38,
über den sie auf dem Fundament 34 befestigt ist, das Gestell 32, das im Sinne der
Erfindung in Horizontalrichtung starr jedoch in Vertikalrichtung beweglich sein
muß.
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Als Meßelement ist eine auf Zug bzw. Biegung ansprechende Meßdose
33 vorgesehen, deren Fühlorgan 39 mit einem am freien Ende der Blattfeder 37 angebrachten
Meßpunkt 40 in ständiger Berührung steht.
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Während beim Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 bis 3 die Meßwerte
für die Füllstandsteuerung dadurch vermittelt werden, daß infolge der Gewichtszunahme
der Trommel das geringfügige Absenken des trommelseitigen Endes der Zentrifuge über
die Druckmeßdosen 13 und 13' registriert wird, wird beim Ausführungsbeispiel nach
den Figuren 4 und 5 das Anheben der Zentrifuge an ihrem der Trommel abgewandten
Ende von dem Meßelement 33 registriert. Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß mit
dieser Lösung eine noch feinfühligere Messung - insbesondere bei kleineren und leichteren
Maschinen -erreicht werden kann. Besonders vorteilhaft ist dabei der wesentlich
einfachere Aufbau und die geringere Anzahl an Dämpfungs- und Meßelementen.
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Von entscheidender Bedeutung bei der Erfindung ist, daß die Anordnung
der Dämpfungselemente, des Gestells und der Druckmeßgeräte bzw. die konstruktive
Auslegung der genannten Bauelemente so gewählt ist, daß störende Fremdeinflüsse
auf das Meßergebnis weitgehend ausgeschaltet werden können. Es hat sich gezeigt,
daß mit Standard-Gummi-Federelementen als Dämpfungselemente optimale Ergebnisse
erzielt werden können, wenn diese eine vertikale Eigenfrequenz von etwa 6 Herz oder
weniger pro Sekunde bei einer Maschine, wie sie in der Beispielsbeschreibung beschrieben
ist, aufweisen. Das Gestell muß so ausgelegt sein, daß es zwar kleine vertikale
Bewegungen zuläßt, die ja für die Feststellung der Gewichtsveränderung mittels der
Druckmeßdosen notwendig sind, daß es aber horizontale Bewegungen vollkommen absorbiert.
Zu diesem Zweck sind die erfindungsgemäß verwendeten Längsblattfedern besonders
geeignet, die mit ihrer starren einseitigen Einspannung und aufgrund ihrer konstruktiven
Auslegung die an sie gestellten Forderungen weitestgehend erfüllen können.
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Es versteht sich von selbst, daß die Anordnung der Dämpfungselemente,
die Gestellauslegung und die Anordnung der Druckmeßgeräte noch über die gezeigten
Beispiele hinaus in gewissen Bereichen variiert werden können.
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Auf die Steuerungseinheit, in der die von den Druckmeßgeräten aufgenommenen
Werte
verarbeitet werden, braucht hier nicht weiter eingegangen
zu werden. Sie ist je nach den an sie steuerungsmäßig zu stellenden Anforderungen
auf- und ausbaubar und besteht im wesentlichen aus an sich bekannten Bauelementen.
Insbesondere enthält sie einen Verstärker für die von den Druckmeßgeräten kommenden
Meßwerte mit vorgeschaltetem Filter zur Absorption der sinusförmigen Signale.
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Ferner werden Einrichtungen für einen Automatikabgleich, Summiereinheiten,
Begrenzungsverstärker, Spannungs-S trom-Umsetzer, eine Netzversorgungs-Einheit mit
-Schaltungsmöglichkeiten und Analoganzeigen usw. vorgesehen werden müssen. Dies
alles sind aber, wie bereits gesagt, hinlänglich bekannte Bauelemente, die nicht
erfindungswesentlich sind.
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L e e r s e i t e