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Stauchsetzmaschine
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Die Erfindung betrifft eine Stauchsetzmaschine entsprechend dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Es sind luftgepulste Setzmaschinen bekannt, bei denen durch periodisches
öffnen und Schließen eines Ventils ein Luftpuls erzeugt wird, mit dem die Wasseroberfläche
in einc schwingende Bewegung gebracht wird. Da die Diagrammform der Hubbewegung
von Einfluß auf die Geschwindigkeit des Trennvorganges und die Trennschärfe ist,
versucht man, die im wesentlichen sinusförmige Pulsbewegung durch unterschiedlich
schnelles Öffnen und Schließen des Lufteinlaßventils zu verzerren. Der Erfolg dieser
Maßnahme ist jedoch sehr unvollkommen, da die Luft ein kompressibles Medium darstellt
und die Geschwindigkeit der Luftbewegung nicht identisch mit der Geschwindigkeit
der Wasserbewegung ist.
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Es sind weiterhin Membran-Setzmaschinen bekannt, bei denen durch einen
Exzenter- oder Hydraulik-Antrieb Gummimembranen bewegt werden, die eine Wassersäule
verdrängen und so einen Trennimpuls auf das zu setzende Material ausüben. Bei diesen
bekannten Setzmaschinen ist zwar ein beliebig verzerrtes Diagramm möglich; das einmal
gewählte Diagramm kann jedoch nicht ohne großen Aufwand verändert werden.
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In den Anfängen der Setzmaschinen-Entwicklung
wurden
ferner auch Stauchsetzmaschinen benutzt, bei denen durch einen Exzenter-Antrieb
ein Setzgutträger in einem mit Wasser gefüllten Setzfaß auf- und abbewegt und auf
diese Weise die Voraussetzung für eine Trennung des Materials geschaffen wurde.
Da man bei derartigen Stauchsetzmaschinen ein unsymmetrisches Diagramm nur mittels
einer aufwendigen Hebelmechanik verwirklichen konnte, wurde diese Bauart seit längerem
verlassen.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der
Mängel der bekannten Ausführungen eine Stauchsetzmaschine der im Oberbegriff des
Anspruches 1 genannten Art so auszubilden, daß das Hubdiagramm beliebig einstellbar
ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruches 1 gelöst.
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Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche
und werden im Zusammenhang mit der Beschreibung eines in der Zeichnung veranschaulichten
Ausführungsbeispieles näher erläutert.
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In der Zeichnung zeigen Fig.1 bis 5 verschiedene Hub-Diagramme, Fig.
6 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Stauchsetzmaschine.
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Wie eingehende Untersuchungen der Erfinder mit künstlichen Gemischen
aus Kohle und Quarzsand sowie mit natürlicher Roh-Fein-Kohle zeigten, gibt es keine
einheitliche optimale Diagrammform der Hubbewegung für die in einer Setzmaschine
nacheinander erfolgenden Trennvorgänge. Die Diagrammform muß vielmehr den sich in
der Maschine von der Aufgabe zum Austrag hin ändernden Bedingungen angepaßt werden.
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Die Fig. 1 bis 4 veranschaulichen vier idealisierte theoretische Grundformen
des Hub- -Diagrammes, wobei in der Ordinate jeweils die Hubhöhe (mm) und in der
Abszisse die Zeit (ms) aufgetragen ist.
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Das Hubdiagramm gemäß Fig. 1 enthält eine rasche Abwärtsbewegung mit
konstanter Geschwindigkeit und eine langsameAufwärtsbewegung mit gleichfalls konstanter
Geschwindigkeit. In Fig. 2 sind die Verhältnisse umgekehrt.
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Fig. 3 zeigt ein trapezförmiges Hub-Diagramm mit rascher kostanter
Abwärtsgeschwindigkeit, einer bestimmten Haltezeit und einer raschen, konstanten
A.ufwUrtsgeschwindigkeit.
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Fig. 4 veranschaulicht ein Hub-Diagramm mit gleicher Auf- und Abwärtsgeschwindigkeit.
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Bei den der Erfindung zugrundeliegenden eingehenden Untersuchungen
hat es sich nun weiterhin als wesent-
lich erwiesen, daß die für
den Setzvorgang notwendige Auflockerung des zu trennenden Materiales dadurch verbessert
werden kann, daß einem Grunddiagramm noch eine höherfrequente Oberschwingung überlagert
wird. Auf diese Weise entsteht vor allem im Nahbereich um die einzelnen Körner des
zu trennenden Korngemisches eine verbesserte Auflockerung.
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Fig. 5 zeigt ein solches Diagramm, bei dem dem trapezförmigen Grunddiagramm
der Fig. 3 im Bereich der Haltezeit noch eine höherfrequente Oberschwingung überlagert
ist.
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Fig. 6 veranschaulicht nun ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Stauchsetzmaschine, mit der sich beliebige Hub-Diagramme erzielen lassen.
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Die dargestellte Stauchsetzmaschine 1 enthält ein mit Wasser gefülltes
Setzfaß 2 und einen im Setzfaß 2 mechanisch bewegten Setzgutträger mit einem Setzsieb
3. Der Setzgutträger mit dem Setzsieb 3 ist mit der Kolbenstanae 4 eines doppelt
wirkenden hydraulischen Zylinders 5 verbunden, der eine elektronisch gesteuerte
hydraulische Antriebseinrichtung für den Setzgutträger bildet.
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Mit dem bewegten Setzgutträger ist ein Austragsschieber 6 verbunden,
der mit der Kolbenstange 7 eines doppelt wirkenden hydraulischen Zylinders 8 verbunden
ist, der mit dem Setzgutträger durch die
Kolbenstange 4 des hydraulischen
Zylinders 5 auf-und abbewegt wird.
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Zur Stauchsetzmaschine 1 gehören ferner zwei Schwimmer 9 und 10 sowie
Probenehmer 11, 12,13 im Bereich des Materialzulaufs, des Materialabzugs aus dem
dargestellten ersten Setzbett und aus dem Bereich des ueberganges zum folgenden,
nicht dargestellten Setzbett.
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Der doppelt wirkende hydraulische Zylinder 5 wird über ein Proportionalventil
14 von einem PID-Regler 15 gesteuert, der mit einem Sollwertgeber und einem an den
Kolben des hydraulischen Zylinders 5 angeschlossenen Wegaufnehmer 16 zu einem geschlossenen
Lage-Regelkreis verbunden ist. Der Sollwertgeber wird durch einen Kurvenbildner
17 und einen spannungsgesteuerten Oszillator 18 gebildet, deren Ausgänge mit dem
Sollwerteingang des PID-Reglers 15 verbunden sind.
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Der Weg des Kolbens des hydraulischen Zylinders 5 folgt damit dem
zeitlich veränderlichen Sollwert entsprechend dem gewählten Hubdiagramm. Die Bewegung
des Arbeitskolbens kann dabei hinsichtlich des Aufhubes, der Haltezeit, des Abhubes,
einer etwaigen sinusförmigen Oberlagerung (nach Frequenz und Amplitude) synthetisch
zusammengesetzt werden.
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Die Eingabe der Sollwerte erfolgt über eine Tastatur 19 in einen Rechner
20. Dabei können beispielsweise zwei verschiedene Eingabemodi zur Wahl sehen:
Bei
einem ersten Modus (Hubregelung) werden die Sollwerte für die Hubzahl (Hübe pro
Minute), die Auf- und Abwärtsgeschwindigkeit (min/s), die Haltezeit (s) sowie die
Oberlagerungsfrequenz über die Tastatur 19 in den Rechner 20 eingegeben. Dieser
errechnet aus den eingegebenen Werten den Sollwert für die Hubhöhe und gibt diesen
über einen Digital-Analog-Converter 21 an einen Komparator 22.
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Dieser vergleicht den Soll- mit dem Istwert des Hubes und beendet
die jeweils angewählte Bewegung über Schalter 23, 24. Der Sollwert für die Hubbewegung
wird zunächst so lange eingefroren, d.h.
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auf dem Wert des Stopaugenblickes gehalten, bis alle parallel laufenden
Setzbettantriedbç (von sind mehreren Setzbetten)synchronisiert/und die Haltezeit
abgelaufen ist. Dadurch wird ein absoluter Parallellauf mehrerer Setzbetten im Dauerbetrieb
gewährleistet.
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Die in den Digital-Analog-Convertern 25, 26 gespeicherten Sollwerte
für die Auf- und Abwärtsgeschwindigkeit werden durch LED-Anzeigen absolut in mm/s
angezeigt.
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Nach Eingabe der Sollwerte für Hubzahl und Haltezeit wird der berechnete
Hub (mm) vom Converter 21 angezeigt. Entsprechendes gilt für die Hubhöhe parallel
laufender Setzbetten. Der Digital-Analog-Wandler 27 versorgt den Oszillator 18,
der die höherfrequente Überlagerungsschwingung erzeugt.
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Die Hubhöhe kann in Abhängigkeit der durch den Schwimmer 10 gemessenen
Schichthöhe verändert werden, so daß der Hub automatisch durch die Schichthöhe optimiert
wird.
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Bei einem zweiten möglichen Modus (Frequenzregelung) werden die Sollwerte
für den Hub, die Auf- und Abwärtsgeschwindigkeit, die Vberlagerungsfrequenz und
die Haltezeit vorgegeben. Die Hubzahl wird aus diesen Sollwerten errechnet.
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Wie bei der Hubregelung ist auch bei der Frequenzregelung die selbsttätige
Optimierung der Hubhöhe in Abhängigkeit von der Schichthöhe möglich. Der Proportionalfaktor
läßt sich an einem Stellglied 28 einstellen.
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Abschließend sei noch die Austragsregelung erläutert.
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Sie dient dem Zweck, die durch den Setzvorgang getrennten Materialien
unterschiedlichen Ausläufen zuzuführen.
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Stellglied ist der bereits erwähnte Austragsschieber 6, der mit dem
Kolben des doppelt wirkenden hydraulischen Zylinders 8 verbunden ist. Dieser Zylinder
8 wird über ein Proportionalventil 29 von einem PID-Regler 30 gesteuert, der mit
dem als Sollwertgeber arbeitenden Schwimmer 9 und einem an den Kolben des hydraulischen
Zylinders 8 angeschlossenen Wegaufnehmer 31 zu einem geschlossenen Lage-Regelkreis
verbunden ist. Der Schwimmer 9 ist so eingestellt, daß er schwerer als die obere
und leichter als die
untere Materialschicht ist.
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Dieser Lage-Regelkreis kann durch eine überlagerte Kaskade geführt
werden, die einen Verstärker 32 und einen Digital-Analog-Converter 33 enthält und
als Regelgröße das Verhältnis der spezifischen Wichten der beiden zu trennenden
Materialien benutzt.
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Der optimale Trennungsgrad ist erreicht, wenn dieses Verhältnis ein
Maximum ist. Das setzt jedoch Probenentnahmen, Probenaufbereitung und Probenauswertung
voraus. Hierzu dienen Probenaufbereiter 35, 36, 37, eine Probenanalyse-Einrichtung
38 sowie ein Analog-Digital-Converter 39.
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In jedem Falle ist es möglich, über eine Sollwertkorrektur den Trennschnitt
zu verschieben, wenn dies aufgrund von Handproben erforderlich ist.
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Hierbei wird über eine Tastatur 40 ein Korrekturwert über den Converter
33 auf den Regler 30 geschaltet.
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