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Bundesrepublik Deutschland
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*Überwachungsverfahren und Vorrichtung zur Kontrolle des Sirupablaufes
bei periodisch arbeitenden Zuckerzentrifugen"
Beschreibung Die Erfindung
betrifft ein Überwachungsverfahren zur Kontrolle des Sirupablaufes bei periodisch
arbeitenden Zuckerzentrifugen, bei dem nach dem Füllen und Verteilen der Füllmasse
das Verschwinden des Sirups aus der Schleudertrommel überwacht und erst danach das
Schleuderprogramm durch Erhöhen der Schleuder- bzw. Trommeldrehzahl fortgesetzt
wird.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Überwachungevorrichtung zur Kontrolle
des Sirupablaufes bei periodisch arbeitenden Zuckerzentrifugen, die eine automatisch
arbeitende Steuereinrichtung zum Durchführen eines Schleuderprogrammes aufweisen,
wobei eine innen mit einem Trennsieb ausgerüstete im wesentlichen zylindrisch ausgebildete
Schleudertrommel, die in einem Gehäuse angeordnet und programmgemäß mit unterschiedlichen
Drehzahlen antreibbar ist, bei Füll- und Verteildrehzahl Sirup aus der Füllmasse
abschleudert, während eine Sicherheitseinrichtung das Vorhandensein und die Menge
des abgeschleuderten Sirups kontrolliert und bei Fehlen von ablaufendem Sirup oder
zu geringer Menge des abgeschleuderten Sirups die Fortsetzung des Schleuderprogrammes
unterbricht.
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Beim Arbeiten mit Zentrifugen der eingangs genannten Art kann sich
das Sieb verstopfen und damit Flüssigkeit nicht mehr oder nicht mehr in ausreichender
Menge hindurchlassen. Es kann aber auch vorkommen, daß die Füllmasse ein derart
ungünstiges Kristall- oder Korngrößenspektrum aufweist, daß sie beim Zentrifugieren
eine
weitgehend flüssigkeitsundurchlässige Schicht auf dem Sieb
der Zentrifuge bildet, bevor der Sirup abgeschleudert ist. In beiden Fällen legt
sich der Zuckeranteil der Füllmasse als spezifisch schwerere Komponente schichtförmig
an das Sieb an, während der Sirup als leichtere Komponente auf der inneren Seite
dieser Zukkerschicht verbleibt.
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Wird die Zentrifugentrommel unter solchen Bedingungen programmgemäß
auf Schleuderdrehzahl beschleunigt, dann entstehen im flüssigen Sirup entweder Schwingungen
oder die Zuckerschicht wird dort, wo sie am dünnsten ist, vom Sirup durchbrochen.
In beiden Fällen entstehen ungleichmäßige Massenverteilungen in der Schleudertrommel;
die verhältnismäßig große Unwucht kann zu Beschädigungen der Zentrifuge führen.
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Dieses, an sich sehr alte Problem beim Betreiben periodisch arbeitender
Zentrifugen der Zuckerindustrie, wurde bisher nicht befriedigend gelöst.
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Es wurde z. B. vorgeschlagen, im Ablaufrohr des Sirups den Durchfluß
zu messen. Ein weiterer Vorschlag bestand darin, die Menge des ablaufenden Sirups
durch Volumenmessung oder Gewichtsbestimmung zu erfassen. Man hat auch versucht,
die Abnahme des Massenträgheitsmomentes beim Hochfahren der Zentrifugentrommel durch
Messung der Hochfahrbeschleunigung zu bestimmen. Schließlich wurde auch vorgeschlagen,
die Dicke der Schleudergutschicht in der Schleudertrommel abzutasten und abhängig
vom freien Innendurchmesser den Ablauf des Sirups zu erfassen.
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Alle diese Vorschläge funktionieren aber nur dann, wenn der prozentuale
Gewichts- oder Volumenanteil des Sirups am Gesamtgewicht oder -volumen der Füllmasse
eine konstante Größe ist. tun der Praxis ist dies aber nicht der Fall und es besteht
auch keine Möglichkeit, den prozentualen Anteil des Sirups an der Füllmasse konstant
zu halten.
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Deshalb liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Überwachungsverfahren
sowie eine Überwachungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche
das Verschwinden des Sirups aus der Schleudertrommel unabhängig von dessen prozentualem
Anteil an der Füllmasse zuverlässig erfaßt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich das eingangs genannte
Überwachungsverfahren erfindungsgemäß dadurch1 daß das in der Schleudertrommel verteilte
Schleudergut mit diffusem Licht oder Infrarotlicht rechtwinklig zur Trommeldrehachse
beleuchtet wird, daß die dadurch auf der Schleudergutoberfläche erzielte Helligkeit
außerhalb des Reflektionsbereiches der beleuchteten Stelle elektronenoptisch gemessen1
das Schleuderprogramm bei großer gemessener Helligkeit weitergeschaltet bzw. fortgesetzt
wird und bei im Vergleich geringerer Helligkeit unterbrochen wird.
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Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe kennzeichnet sich eine Überwachungsvorrichtung
der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch, daß im Inneren der Schleudertrommel
eine mit ihrer optischen Achse rechtwinklig zum zylindrischen Trommelmantel angeordnete,
diffuses Licht oder Infrarotlicht ausstrahlende Lichtquelle angeordnet ist, daß
eine außerhalb des Bereiches unmittelbarer Reflektion, mit im Winkel zu dem, auf
der Oberfläche des Schleudergutes, von der Lichtquelle erzeugten hel-
len
Fleckes verlaufender optischer Achse angeordnete Fotodiode vorgesehen ist und daß
die Fotodiode mit einer elektronischen Steuereinrichtung verbunden ist, welche außerhalb
des Zentrifugengehäuses angeordnet ist, wobei das Schleuderprogramm bei vorschriftsmäßig
abgelaufenem Sirup und infolgedessen während mehrerer Trommelumdrehungen gemessener
großer Helligkeit des auf der Zuckerschicht liegenden hellen Fleckes fortschaltbar
ist, während bei nicht abgelaufenem Sirup und auf der Sirupschicht befindlichem
beleuchtetem Fleck sowie infolgedessen wesentlich geringerer Helligkeit das Steuerprogramm
mittels der Steuereinrichtung blockierbar ist.
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Erfindungsgemäß wird die Tatsache genutzt, daß Sirup im Vergleich
zu Zucker relativ dunkel ist, so daß ein auf Zucker erzeugter Lichtfleck eine größere
Helligkeit hat als ein mit gleicher Lichtquelle auf Sirup erzeugter Lichtfleck.
Im Gegensatz zu den vorgeschlagenen Versuchen ist diese Art der Überwachung des
Sirupablaufes vom Mengenanteil des Sirups an der Füllmasse völlig unabhängig, denn
es wird erst dann große Helligkeit gemessen, wenn der Sirup völlig abgelaufen ist
und umgekehrt bleibt die gemessene Helligkeit solange wesentlich geringer, wie sich
noch Sirup in der Schleudertrommel befindet. Da eine Flüssigkeit, um die es sich
bei Sirup handelt, eine besonders glatte Oberfläche hat, könnte Reflektion eine
große Helligkeit vortäuschen, die gar nicht vorhanden ist. Deshalb wird der helle
bzw. beleuchtete Fleck mit diffusem Licht erzeugt, das keine einheitliche Strahlrichtung
hat und die Fotodiode wird außerdem noch außerhalb des Reflektionsbereiches angeordnet,
so daß zusätzlich die Möglichkeit einer Reflektion vermieden wird. Das ist möglich,
wenn die Fotodiode mit ihrer optischen Achse winklig zum beleuchteten Fleck und
die Lichtquelle mit ihrer optischen
Achse rechtwinklig zur Oberfläche,
auf der der beleuchtete Fleck erzeugt werden soll, angeordnet sind. Da die Oberfläche
des Schleudergutes im wesentlichen zylindrisch ist, kann das eventuell reflektierte
Licht nur in Richtung Trommelachse linienförmig fokussiert werden, während der zentrale
Bereich in der optischen Achse der Lichtquelle reflektieren kann. Wenn die Fotodiode
in Trommelachsrichtung weit genug von der Lichtquelle entfernt angeordnet ist, dann
kann sie von eventuellen Restreflektionen nicht beeinflußt werden.
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Wenn im Störungsfall der Sirup nicht abläuft, dann fällt das Licht
der Lichtquelle auf eine Flüssigkeitsoberfläche, die infolge der Drehbeschleunigung
durch die Schleudertrommel auf der Oberfläche ein unregelmäobiges wechselndes Wellenmuster
haben kann. Unter solchen Umständen sind kurzfristige blitzartige Lichtreflektionen
an den Flanken solcher Wellen in Richtung Fotodiode möglich. Eine Beeinträchtigung
des Überwachungsergebnisses findet aber nicht statt, weil erfindungsgemäß vorgesehen
ist, daß die Helligkeit eine bestimmte Zeit lang gemessen wird. Die Steuereinrichtung
gibt das Kommando zur Weiterführung des Schleuderprogrammes nämlich nur dann, wenn
die vergleichsweise große Helligkeit im wesentlichen unverändert diese Zeitspanne
lang gemessen wird; irgendein krasser Helligkeitswechsel gilt als Zeichen noch vorhandenen
Sirups1 so daß die Steuereinrichtung den Fortgang des Schleuderprogrammes verhindert.
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Die erfindungsgemäß vorgesehene *zeitliche" Messung der Helligkeit
hat auch den Vorteil, daß der Überwachungsvorgang von stark schwankenden Sirupanteilen
der Füllmasse unabhängig ist. Dauert der Ablauf des Sirups infolge größeren Sirupgehaltes
der Füllmasse einmal länger als üblich, dann gewährleistet der Zeitfaktor, daß
auch
der verspätet eintretende Zustand einer sirupfreien Oberfläche des Schleudergutes
in der Schleudertrommel zuverlässig erfaßt wird.
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Verfahren und Vorrichtung gemäß der Erfindung haben auch noch den
Vorteil, daß sie bei irgendwelchen unvorhergesehenen Störungen in den sicheren Bereich
hinein ausfallen. D. h. z. B., wenn die Lichtquelle oder die Fotodiode verschmutzt
sind, wenn die Steuereinrichtung ausfällt usw., dann kann keine, eine bestimmte
Zeit anhaltende Helligkeit gemessen bzw. kein Fortschaltkommando abgegeben werden
und die Zentrifuge führt das Schleuderprogramm nicht fort. Es kann also nicht vorkommen,
daß die Störung unbemerkt bleibt.
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Die Unteransprüche 2 bzw. 4 bis 6 offenbaren vorteilhafte Weiterbildungen
des Überwachungsverfahrens bzw.
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der Überwachungsvorrichtung nach der Erfindung.
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Eine zur Ausübung des erfindungsgemäß ausgebildeten Überwachungsverfahrens
geeignete, erfindungsgemäß ausgebildete Überwachungsvorrichtung ist in der Zeichnung
dargestellt.
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Die Figur zeigt eine Achsialschemaschnittansicht eines Teiles einer
periodisch arbeitenden Zuckerzentrifuge mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Überwachungsvorrichtung.
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Von einer periodisch arbeitenden Zuckerzentrifuge ist in der Figur
nur das Gehäuse 1 mit der darin rotierend antreibbaren, hängenden, im wesentlichen
zylindrischen Schleudertrommel 2, die mit einer Zentrifugen- oder Trommelwelle 3
verbunden ist, gezeigt.
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Wenn in die mit Fülldrehzahl rotierende Schleudertrommel 2 Füllmasse
eingespeist wird, dann verteilt sich
diese unter dem Einfluß der
Zentrifugalkraft gleichmäßig auf einem innen auf der Trommelwandung 4 angeordneten
Sieb 5. Die Fliehkraft trennt dabei die Füllmasse in Sirup und Zucker, indem der
Sirup durch die Löcher des Siebes 5 in das Gehäuse 1 über Löcher 6 in der Trommelwandung
4 abläuft und durch ein Ablaufrohr 7 abgeführt wird. Auf dem Sieb bleibt eine Zuckerschicht
8 zurück, die gemäß Schleuderprogramm weiterbehandelt wird, wobei die Schleudertrommel
2 auf hohe Drehzahlen beschleunigt wird.
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Die Figur zeigt den Zustand, der in der Zuckerindustrie gelegentlich
dadurch auftritt, daß infolge verstopfter Löcher des Siebes 5 oder infolge ungünstigen,
d. h.
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flüssigkeitsundurchlässigen Kristall- oder Korngrößenspektrums des
Zuckers, kein Sirup ablaufen kann. Da der Sirup spezifisch leichter als der Zucker
ist, bildet sich auf dem Sieb die gezeigte Zuckerschicht 8 und innen liegt darauf
dann eine Sirupschicht 9. Sirup als Flüssigkeit hat keine hinreichend feste Konsistenz,
um eine Beschleunigung der Schleudertrommel 2 zuzulassen.
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Es entstehen Eigenschwingungen der Sirupschicht 9, die zu großen Unwuchten
der Schleudertrommel 2 führen und diese zerstören können. Es kann sich aber auch
eine ungleichmäßige Zuckerschicht 8 ausbilden, durch die der Sirup beim Beschleunigen
der Schleudertrommel 2 an der schwächsten Stelle plötzlich durchbricht. Auch dabei
entsteht eine plötzliche große Unwucht, die zur Beschädigung der Zentrifuge führen
kann.
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Abhilfe schafft eine Überwachungsvorrichtung 10. Sie besteht aus einer
Lichtquelle 11, einer Fotodiode 12 und einer Steuereinrichtung 13. Lichtquelle 11
und Fotodiode 12 sind gemeinsam an einem Stab 14 befestigt, der am Gehäuse 1 bzw.
dessen Deckel hängt die Steuerrichtung ist außerhalb des Gehäuses 1 z. B. im nicht
gezeigten
Steuerkasten der Zentrifuge untergebracht.
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Lichtquelle 11 und Fotodiode 12 sind gegen Wärme und Feuchtigkeit
gekapselt und wenigstens mit ihren lichtdurchlässigen Teilen im Wirkbereich der
nicht gezeigten üblichen Waschdüsen der Zentrifuge angeordnet.
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Die Lichtquelle 11 sendet diffuses Licht oder Infrarotlicht rechtwinklig
auf die Oberfläche der Sirup- oder Zuckerschicht 9 bzw. 8. Diffuses Licht ist weitgehend
reflektionsarm, der rechte Abstrahlwinkel garantiert Restreflektionen, die innerhalb
des ausgesandten Lichtstrahles verbleiben. Die Fotodiode 12 ist achsial oberhalb
der Lichtquelle 11 am Stab 14 gehalten, außerhalb des Reflektionsbereiches des beleuchteten
Fleckes 15 auf der Oberfläche des Schleudergutes 8, 9, also mit im Winkel auf den
beleuchteten Fleck 15 verlaufender optischer Achse angeordnet.
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Im Normalfall des Zentrifugenbetriebes ist der Sirup abgelaufen und
der beleuchtete Fleck 15 befindet sich auf der Oberfläche der Zuckerschicht 8 und
hat eine vergleichsweise große Helligkeit. Die Steuereinrichtung sorgt dafür, daß
die Messung der Helligkeit durch die Fotodiode 12 wenigstens mehrere Trommelumdrehungen
lang durchgeführt wird. Bleibt die Helligkeit während dieser Meßzeit unverändert
in einem gewissen Schwankungsbereich konstant, dann gibt die Steuereinrichtung 13
das Fortschaltkommando für das Schleuderprogramm und die Schleudertrommel 2 wird
beschleunigt.
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Bei dem Zustand in der Figur, ist der Sirup nicht abgelaufen. Weil
Sirup wesentlich dunkler als Zucker ist, mißt die Fotodiode 12 nun eine erheblich
geringere Helligkeit des beleuchteten Fleckes 15, die Steuereinrichtung 13 gibt
kein Fortschaltkommando.
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Da der beleuchtete Fleck 15 auf einer Flüssigkeitsober fläche, nämlich
der Sirupschicht 9 liegt, kann diese unter dem Einfluß der Rotation der Schleudertrommel
2 unregelmäßige Wellenstrukturen haben. Die Wellenflanken können gelegentlich unkontrollierte
blitzartige Lichtreflektionen zur Fotodiode 12 lenken. Die Steuereinrichtung 13
gibt jedoch nur dann das Fortschaltkommando, wenn große Helligkeit innerhalb einer
gewissen Schwankungsbreite während der Kontrollzeit ununterbrochen gemessen wird;
die gelegentlich möglichen Helligkeitsblitze haben daher keinen Einfluß auf den
Überwachungsvorgang. Wesentlich geringere Helligkeit des beleuchteten Fleckes 15
blockiert den Fortlauf des Schleuderprogrammes.
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So werden Schäden der Zentrifuge verhindert, wenn der Sirup aus irgendwelchen
Gründen nicht abläuft, indem das Beschleunigen der Schleudertrommel 2 verhindert
wird.
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Um den Einfluß unterschiedlicher Schichtdicken des Schleudergutes
8, 9 auszugleichen, braucht lediglich dafür gesorgt zu werden, daß der beleuchtete
Fleck 15 einen ausreichend großen Durchmesser hat, damit ihn die optische Achse
der Fotodiode 12 auch dann trifft, wenn er extrem weit oder nahe vom bzw. am Sieb
5 liegt, weil die Gutschicht 8, 9 extrem dick oder dünn ist.
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