DE69312937T2 - Verfahren und vorrichtung zum vacuum transport - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum vacuum transportInfo
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Description
- Diese Erfindung stellt eine Methode und eine Einrichtung zum Unterdrucktransport dar. Genauer gesagt bezieht sie sich auf eine Transportmethode und eine Einrichtung, die eine Unterdruckkraft verwenden, um feste und flüssige Partikel mittels eines Trägerstoffes zu transportieren.
- Unterdrucktransportmethoden und -einrichtungen sind allgemein bekannt. Bei bekannten Methoden und Einrichtungen wird normalerweise Luft und Wasser aus der Umgebung als Trägerstoff verwendet. Ein Beispiel hierfür ist ein Trocken-Naß-Staubsauger, bei dem Luft als Trägerstoff zum Transport von festen und flüssigen Partikeln verwendet wird. Ein weiteres Beispiel ist ein Saugbagger, der Wasser als Trägerstoff für den Transport von festen Partikeln verwendet. Eine konventionelle Transportmethode und -einrichtung verwendet normalerweise eine Unterdruckquelle, zum Beispiel einen Ventilator, der von einem Elektromotor betrieben wird, und eine Transportleitung, die aus einem hohlen, länglichen Körper besteht. Eine Saugdüse kann am vorderen Ende der Transportleitung angebracht und so angepaßt werden, daß der Trägerstoff mit dem zu Transportierenden Material eingesaugt wird. Die transporteffizienz wird hier vor allem durch die Größe der Unterdruckkraft bestimmt, die auf die Oberfläche angewandt wird, von der das Material durch die Saugdüse aufgenommen wird. Die größte Unterdruckkraft in einer bestimmten Unterdruckmethode und -einrichtung wird erreicht, wenn die Kante der Saugdüse einen guten Kontakt mit der Oberfläche hat. Aufgrund der von einer solchen Düse entwickelten hohen Unterdruckkraft haftet die Düse jedoch an der Oberfläche, und es kann sehr schwierig und manchmal sogar unmöglich sein, die Düse entlang der Oberfläche zu bewegen.
- Es werden verschiedene Verfahren verwendet, um das Haften auf der Oberfläche zu reduzieren und eine bessere Mobilität einer Saugdüse zu erzielen. Zum Beispiel werden an den Kanten der Düse oft besondere Einschnitte vorgenommen, oder die Düse wird über der Oberfläche gehalten. Werden die Einschnitte oder das erhöhte Halten der Saugdüse nicht erwünscht, wird ein einstellbarer Schlitz mit einem Ventilkörper, wie zum Beispiel in US-A-3,048,876 veröffentlicht, in der Transportleitung angebracht. Dadurch wird die Mobilität der Saugdüse erhöht, doch gleichzeitig wird die Unterdruckkraft auf die Oberfläche, von der Material aufgenommen wird, permanent reduziert, wodurch die Effizienz des Unterdrucktransports permanent reduziert wird. Eine weitere konventionelle Einrichtung, die über eine Öffnung in der Transportleitung verfügt, deren Größe manuell eingestellt werden kann, um den Luftstrom an einer Saugdüser zu regulieren, wurde in US-A-2,176,139 veröffentlicht.
- Ein Ziel dieser Erfindung besteht darin, eine Methode und eine Einrichtung zum Unterdrucktransport zu liefern, bei der das Haften einer Saugdüse auf der Oberfläche eliminiert und dadurch die Transporteffizienz erhöht wird. Gleichzeitig wird auf der Oberfläche, von der das zu transportierende Material aufgenommen wird, ein Rühreffekt erzeugt.
- Ein Aspekt dieser Erfindung liefert eine Methode zum Unterdrucktransport, wie unter Anspruch 1 aufgeführt.
- Ein weiterer Aspekt dieser Erfindung liefert eine Einrichtung, wie unter Anspruch 5 aufgeführt. Günstigerweise umfaßt die Einrichtung ein Einstellelement für die Einstellung einer Anfangsfläche und -form des kleinsten Querschnitts des Durchgangs, und die Leistungsantriebsmittel ändern die eingestellte Anfangsfläche und -form des kleinsten Querschnitts des Durchgangs periodisch. Wird die Methode durchgeführt und die Einrichtung entsprechend unserer Erfindung konstruiert, werden die obengenannten Vorteile erzielt.
- Die Einzelheiten unserer Erfindung werden in Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen beschrieben. Abbildung 1 ist eine Ansicht des Längsschnitts einer Unterdrucktransporteinrichtung entsprechend unserer Erfindung. Abbildung 2a ist ein vergrößerter Senkrechtschnitt eines Unterdruckkraft-Modulators der Erfindungseinrichtung, während Abbildung 2b einen Schnitt des Modulators darstellt, der entlang der Linie II-II von Abb. 2a unternommen wurde. Abb. 3 ist ein Schnitt einer Saugdüse der Einrichtung in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführung der Erfindung, Abb. 4 stellt einen Graphen der maximalen Unterdruckkraft und einer reduzierten Unterdruckkraft als Funktion der Zeit für eine konventionelle Unterdrucktransporteinrichtung dar. Abbildung 5 schließlich stellt einen Graphen der Veränderung der Unterdruckkraft im Verhältnis zur Zeit in einer Unterdrucktransporteinrichtung dar, die die vorliegende Erfindung verwendet.
- Eine Unterdrucktransporteinrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführung der vorliegenden Erfindung wird in Abbildung 1 dargestellt. Sie verfügt über eine Unterdruckleitung 1 und eine Pumpleitung 2. Die Unterdruckleitung 1 hat eine Saugdüse 3, eine Quelle zur Unterdruckbildung, z.B. einen Ventilator mit einem Motor 4 und einem hohlen Körper 5, der die Saugdüse 3 mit einer Unterdruckquelle verbindet. Werden die Unterdrucktransporteinrichtung und -methode zum Unterdruckreinigen (z.B. Staubsauger) verwendet, wird die Einrichtung normalerweise mit einem Beutel oder Behälter ausgestattet, in dem die transportierten Partikel gesammelt werdem. Solche Mittel sind allgemein bekannt und werden daher in den Zeichnungen nicht dargestellt.
- Die Unterdrucktransporteinrichtung der Erfindung verfügt über einen Underdruckkraft-Modulator, der in seiner Gesamtheit mit Referenznummer 6 bezeichnet wird. Der Modulator hat ein Gehäuse 7 mit einem Einlaß 9, der has Innere des Modulators mit der Umgebung verbindet, und ein hohles Glied 8, das das Innere des Gehäuses 7 mit dem Inneren der Unterdruckleitung 1 verbindet. Der Modulator umfaßt außerdem ein Ventilelement für die Einstellung einer Form und der Abmessungen des Einlasses 9. Das Ventilelement umfaßt die Ventilglieder 10 und 11. In der dargestellten Ausführung wird das Ventilglied 10 als geschlossener Ring geformt, dessen Höhe der Höhe des Einlasses 9 entspricht, wobei das Ventilglied 11 als Ring mit einer Aussparung oder einem Schlitz 11 geformt ist. Das Ventilglied 10 ist der Länge nach im Verhältnis zum Gehäuse 7 oder in der Richtung der Achse des Gehäuses 7 verschiebbar. Das Ventilglied 11 ist drehbar und der Lange nach entlang der Achse des Gehäuses 7 verschiebbar. Der Modulator 6 verfügt außerdem über einen Körper 12, der sich im Gehäuse 7 befindet und eine Einlaßöffnung 13 an seiner Wand und viele Löcher an der Unterseite hat. Ein Antrieb 15, z.B. aus einem Elektromotor bestehend, wird mit der Unterseite des Körpers 12 verbunden und dreht letztgenannten. Der Antrieb 15 hat einen Regler 16 zur Einstellung seiner Geschwindigkeit. Der Schlitz 11 im Ventilglied 11, der Einlaß 9 des Gehäuses 7, die Öffnung 13 im Ventilkörper 12, die Löcher 14 im Ventilkörper 12 und die mittlere Öffnung von Glied 8 bilden zusammen einen Durchgang, der das Innere der Unterdruckleitung 1 mit der Atmosphäre verbindet. Es muß hervorgehoben werden, daß der Antrieb für den Ventilkörper 12 auf andere Art und Weise gebildet werden kann, z.B. mittels eines Pneumatik- oder Hydraulikmotors, einer kleinen Turbine, die durch einen Materialfluß betrieben wird, der von der Umgebung durch eine kleine, zusätzliche, einstellbare Öffnung in das Gehäuse oder den Modulator erfolgt, usw. Der Ventilkörper 12 kann auch anders gebildet werden, z.B. als elektromagnetisches Ventil, das über Mittel zur Regulierung der Frequenz und der Dauer der Öffnungszeit verfügt.
- Die Saugdüse 3 wird gemäß einer anderen Ausführung der Erfindung in Abb. 3 dargestellt, und verfügt über einen hohlen, geschlossenen Kanal 17. Seine Form entspricht der Form der Unterseite der Saugdüse 3. Der Kanal 17 verfügt über eine Vielzahl von Durchgängen 18, die durch seine Innenwand in das Innere der Unterdruckleitung nahe der Unterseite der Saugdüse 3 führen. Der Kanal 17 ist durch Glied 8 mit dem Inneren des Modulators 6 verbunden. Die Unterdrucktransportmethode der Erfindung wird auffolgende Weise durchgeführt, und die Unterdrucktransporteinrichtung der Erfindung funktioniert wie folgt:
- Befindet sich die Unterdrucktransporteinrichtung nicht in Betriebsposition, ist der Druck in der Unterdruckleitung 1 und der Druck in der Umgebung derselbe. Wird die Unterdruckquelle 4 eingeschaltet, wird der Druck in der Unterdruckleitung 1 niedriger als der Druck in der Umgebung. Der in Abbildung 1 durch kleine Pfeile dargestellte Trägerstoff wird von der Umgebung unter der Saugdüse 3 angesaugt, wobei die Materialpartikel, die sich auf der Oberfläche angesammelt haben, auf die die Saugdüse angewandt wird (kleine Kreise in Abbildung 1), ebenfalls aufgenommen werden. Befindet sich der Modulator 6 nicht in Betriebsposition, funktioniert die Unterdrucktransporteinrichtung auf konventionelle Art und Weise. In diesem Fall ist der Antrieb 15 abgeschaltet, und die Öffnung 13 des Ventilkörpers 12 befindet sich am Einlaß 9. Der Einlaß 9 kann ganz oder teilweise geöffnet werden, indem entweder das Glied 10 oder das Glied 11 betätigt wird, um eine gewünschte permanente Reduzierung der Unterdruckkraft zu erzielen. Ist der Einlaß 9 geöffnet, wird die Substanz (z.B. Luft) aus der Umgebung durch den Einlaß 9, die Öffnung 13, die Löcher 14 und das verbundene hohle Glied 8 in die Unterdruckleitung 1 transportiert, wie in Abb. 2a dargestellt. In der zweiten Ausführung, die auf Abb. 3 dargestellt ist, wird die Substanz aus der Umgebung durch die Glieder 9, 13, 14 und 8 und durch den Kanal 17 und die Durchgänge 18 transportiert und kommt dann in die Unterdruckleitung 1. Die Substanz, die von der Umgebung eingeführt wird, ist normalerweise ein Trägerstoff, wie das auch bei konventionellen Staubsaugern der Fall ist. Im Fall eines Saugbaggers kann diese Substanz Wasser oder Luft sein, je nachdem, wo der Modulator installiert ist. Ist der Einlaß 9 permanent geöffnet, wird die Unterdruckkraft permanent reduziert Dieser Vorgang wird in Abb. 4 graphisch dargestellt. Die Kurven SFmax und SFred stellen die Unterdruckkraft jeweils bei geschlossenem und geöffnetem Einlaß 9 dar. Der schraffierte Bereich zwischen den beiden Linien zeigt den Transporteffizienzverlust an, der während der Betriebszeit wie bei einer konventionellen Einrichtung auftritt.
- Abb. 5 illustriert graphisch den Betrieb des Modulators gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn der Antrieb 15 eingeschaltet ist und der Ventilkörper gedreht wird. Die Kurve SF zeigt die Veränderung einer Unterdruckkraft als Funktion der Zeit an. Die Zeit T ist ein Zeitraum von einem Kurvenzyklus und entspricht einer Umdrehung des Ventilkörpers 12. Innerhalb des Zeitraums T ist der Modulator 6 während der Exponierungszeit Tc geöffnet und den Rest des Zeitraums geschlossen. Während der Exponierungszeit kann der Trägerstoff, wenn die Öffnung 13 des Ventilkörpers 12 am Einlaß 9 vorbeiläuft, von der Umgebung durch den Einlaß 9 und die Öffnung 13 in das Innere des Modulators und weiter durch die Löcher 14 und das Glied 8 in das Innere der Transportleitung 1 transportiert werden. Während dieses Teils des Zyklus fällt die Unterdruckkraft von ihrem Maximalwert bei komplett geschlossenem Einlaß 9 auf einem Minimalwert, wenn der Einlaß 9 vollständig geöffnet ist, und kehrt nach dem Vorbeilaufen der Öffnung 13 am Einlaß 9 wieder zu ihrem Maximalwert zurück, und der Einlaß 9 wird vom Ventilkörper 12 wieder verschlossen. Während der übrigen Zeit des Zyklus (Tc) bleibt der Einlaß 9 geschlossen, der Trägerstoff kann nur durch die Saugdüse 3 in die Transportleitung gelangen, und die Unterdruckkraft bleibt bei ihrem Maximalwert, bis die Öffnung 13 am Einlaß 9 vorbeiläuft und ein neuer Zyklus beginnt. Der schraffierte Bereich in Abb. 5 stellt den Transporteffizienzverlust während der Teile des Zyklus dar, bei denen der Modulator 6 geöffnet ist.
- Der gesamte Effizienzverlust in der dargestellten Transporteinrichtung ist bedeutend niedriger als der bei konventionellen Einrichtungen verzeichnete, da die Unterdruckkraft nicht permanent, sondern vielmehr nur kurzzeitig reduziert wird. Gleichzeitig ist die Mobilität der Saugdüse in der hierin geschilderten Unterdrucktransporteinrichtung nicht niedriger als bei konventionellen Einrichtungen, da das äußerst kurzzeitige Haften der Saugdüse an der Oberfläche (Sekundenbruchteile) für einen Benutzer nicht festellbar ist. Sowohl die Mobilität der Saugdüse als auch die Effizienz des Transports hängen von den folgenden Parametern ab:
- - Verhältnis zwischen der Exponierungszeit (Te) und der Schließzeit Tc innerhalb eines Zyklus, beide hängen wiederum vom Verhältnis zwischen der Breite von Einlaß 9 und der Breite der Öffnung 13 ab. Dieses Verhältnis kann durch Einstellen der Anfangsbreite des Einlasses 9 geändert werden, indem das Glied 11 um das Gehäuse 7 gedreht wird.
- - Zeitraum T eines Zyklus, der von der Drehgeschwindigkeit des Ventilkörpers 12 abhängt. Er kann geändert werden, indem die Geschwindigkeit des Antriebs 15 mittels des Reglers 16 eingestellt wird.
- - Maximale Reduzierung der Unterdruckkraft, die von der Gesamtfläche des Querschnitts des Einlasses 9 abhängt. Diese Fläche kann durch Verschieben des Glieds 10 zusammen mit dem Glied 11 entlang des Gehäuses nach oben oder unten eingestellt werden. Dieses Verfahren stellt die Anfangsfläche des Querschnitts von Einlaß 11 ein, ohne seine Anfangsbreite zu verändern, die bereits voreingestellt werden kann.
- Die Experimente mit dem normalen Kesselstaubsauger mit Modulator gemäß der vorliegenden Erfindung zeigten, daß die Einstellung aller Parameter lediglich ein bis zwei Minuten und keinerlei besondere Fähigkeiten erfordert. Die für die Betriebsoptimierung für eine bestimmte Konstruktion einer Unterdrucktransporteinrichtung erfolderlichen Einstellungsbereiche hängen vom Anwendungsbereich, der Art des Trägerstoffes, den verschiedenen Größen und Gewichte der zu transportierenden Partikel usw. ab. Die von den Erfindern mit der Unterdruckreinigungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführten Experimente zeigten, daß der Bereich der erforderlichen Frequenzregelung zwischen 0 und 30 Hertz lag, der Bereich der erforderlichen Regelung der Exponierungszeit lag zwischen 5% und 60% des gesamten Zeitraums., d.h. das Verhältnis Te/Tc lag zwischen 5/95 und 60/40. Der Bereich der Regelung der Unterdruckkraftreduzierung lag zwischen 0% und 35% der maximalen Unterdruckkraft, die in der Düse des Staubsaugers erzeugt wird.
- Die Unterdrucktransportmethode und -einrichtung dieser Erfindung sind beträchtlich effizienter als konventionelle Methoden und Einrichtungen, bei denen die Unterdruckkraft stark reduziert wird. Die Effizienz ist in der zweiten Ausführung höher, da praktisch 100% des Trägerstoffes durch die Unterdruckeinrichtung geführt werden und ihre Aufgabe erfüllen, bevor der Trägerstoff zurück in die Umgebung gelangt. Der Vorteil der ersten Ausführung besteht darin, daß der Unterdruckkraft-Modulator als verbessernder Zusatz mit vielen vorhandenen Unterdrucktransporteinrichtungen verwendet werden kann. Eine weitere Steigerung der Effizienz der Unterdrucktransporteinrichtung der Erfindung ist aufgrund des verursachten Rühreffekts festzustellen, der aufgrund der Amplitudenvaruerung zumindest durch den Antriebsregler der Unterdruckkraft, die auf das Material angewandt wird, auftritt. Periodische Steigerungen und Verringerungen der Kräfte, die auf die zu transportierenden Partikel wirken, verursachen eine Schwingbewegung. Aufgrund dieser Handlung können die Partikel besser von der Oberfläche, auf der sie sich angesammelt haben, und voneinander getrennt werden. Der Rühreffekt ist in der zweiten Ausführung der Erfindung stärker, da sich nicht nur die Stärke, sondern auch die Richtung oder anders ausgedrückt der gesamte Vektor der Unterdruckkraft periodisch ändert.
Claims (12)
1. Verfahren zum Unterdrucktransport, das die
Schritte des Anlegens eines Unterdrucks an eine
Transportleitung (1, 2) durch Unterdruckmittel (4), so daß ein
Material durch die Transportleitung (1, 2) von seinem
Einlaß bis zu seinem Auslaß transportiert wird, und des
Regulierens einer Unterdruckkraft des in der
Transportleitung (1, 2) erzeugten Unterdrucks durch Verbinden des
Innenraums der Transportleitung mit der Atmosphäre durch
einen Durchgang (11', 9, 13, 14, 8) umfaßt, dadurch
gekennzeichnet, daß die Fläche und die Form des
Durchgangs (11', 9, 13, 14, 8) während des
Unterdrucktransports periodisch durch Leistungsantriebsmittel (15)
verändert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Durchgang (11', 9, 13, 14, 8) durch Betrieb
des Leistungsantriebsmittels (15) periodisch geöffnet und
geschlossen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Anfangsfläche und -form mit kleinstem
Querschnitt des Durchgangs (11', 9, 13, 14, 8)
eingestellt wird und daß der Schritt des periodischen
Veränderns das periodische Verändern der eingestellten
Anfangsfläche und -form des kleinsten Querschnitts des
Durchgangs beinhaltet.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Fläche und Form des Durchgangs
(11', 9, 13, 14, 8) mit gesteuerter Geschwindigkeit
periodisch verändert wird.
5. Einrichtung zum Unterdrucktransport, mit einer
Transportleitung (1, 2) mit einem Einlaß und einem
Auslaß; Unterdruckmitteln (4), die mit der
Transportleitung (1, 2) verbunden sind und in ihr einen Unterdruck
erzeugen, der ein Material durch die Transportleitung
(1, 2) von dem Einlaß zum Auslaß transportiert; und
Mitteln (6) zum Regulieren einer Unterdruckkraft des in
der Transportleitung (1, 2) erzeugten Unterdrucks und mit
einem Durchgang (11', 9, 13, 14, 8), der den Innenraum
der Transportleitung (1, 2) mit Atmosphäre verbindet, und
ein Ventilmittel (7, 12), das betätigbar ist, um eine
Fläche und Form des Durchgangs (11', 9, 13, 14, 8) zu
verändern, so daß die Luftmenge, die von der Atmosphäre
durch den Durchgang (11', 9, 13, 14, 8) und in die
Transportleitung (1, 2) fließt, gesteuert wird; dadurch
gekennzeichnet, daß die Einrichtung weiterhin
Leistungsantriebsmittel (15) zum Betätigen des Ventilmittels (7,
12) enthält, um während des Transports die Fläche und
Form des Durchgangs (11', 9, 13, 14, 8) periodisch zu
verändern.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß das Ventilmittel (7, 12) einen beweglichen
Ventilkörper (12) umfaßt, der von dem
Leistungsantriebsmittel (15) angetrieben wird, um die Fläche und Form des
Durchgangs (11', 9, 13, 14, 8) zu verändern.
7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Einstellelement (10, 11)
vorgesehen ist, das dazu dient, eine Anfangsfläche und -form
des Durchgangs (11', 9, 13, 14, 8) mit einem kleinsten
Querschnitt einzustellen, und daß das Leistungsantriebs
mittel (15) die eingestellte Aufangsfläche und -form des
kleinsten Querschnitts des Durchgangs periodisch
verändert.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Regulierungsmittel
weiterhin eine Geschwindigkeitssteuerung zum Steuern
einer Geschwindigkeit des von dem Leistungsantriebsmittel
(15) betätigten beweglichen Ventilkörpers (12) enthalten.
9. Einrichtung nach Anspruch 6 oder Anspruch 7 oder
8 bei Abhängigkeit von Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Regulierungsmittel weiterhin ein Gehäuse (7)
um den Durchgang (11', 9, 13, 14, 8) herum und mit einem
Gehäuseeinlaß (9) und einem Gehäuseauslaß, die Teil des
Durchgangs bilden, und ein Ventilelement mit einem ersten
Ventilteil (10), das relativ zu dem Gehäuseeinlaß (9) in
Längsrichtung verschoben werden kann, und ein zweites
Ventilteil (11), das relativ zu dem Gehäuseeinlaß (9)
gedreht werden kann, enthalten.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (12) von dem
Leistungsantriebsmittel gedreht werden kann und einen Einlaß (13), der mit
dem Gehäuseeinlaß (9) zusammenwirkt, und einen Auslaß,
der mit dem Innenraum der Transportleitung (1, 2)
verbunden ist, enthält.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, daß das zweite Ventilteil (11) und der
Ventilkörper (12) um die gleiche Achse drehbar sind und daß das
erste Ventilteil (10) und das zweite Ventilteil (11)
entlang der Achse in Längsrichtung verschoben werden
können.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Ventilkörper
(12) zur Drehbewegung befestigt ist, innerhalb des
Durchgangs (11', 9, 13, 14, 8) angeordnet ist und einen
Einlaß (13) aufweist, wobei die Drehung des Ventilkörpers
(12) durch das Leistungsantriebsmittel (15) den Durchgang
(11', 9, 13, 14, 8) öffnet und schließt, wodurch sich
seine Fläche und Form verändern, wenn der Einlaß (13) mit
dem Durchgang (11', 9, 13, 14, 8) zur Deckung gebracht
und diese Deckung wieder rückgängig gemacht wird.
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