EP4663309A1 - Vorrichtung und verfahren zur extraktion von feinpartikeln aus einem materialstrom - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur extraktion von feinpartikeln aus einem materialstrom

Info

Publication number
EP4663309A1
EP4663309A1 EP24181526.5A EP24181526A EP4663309A1 EP 4663309 A1 EP4663309 A1 EP 4663309A1 EP 24181526 A EP24181526 A EP 24181526A EP 4663309 A1 EP4663309 A1 EP 4663309A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
particles
control
extraction
fine particles
control device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24181526.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Torsten KRÜGER
Michael ZÄUNER
Tobias Daniel
Reto RECHSTEINER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Buehler GmbH
Original Assignee
Buehler GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Buehler GmbH filed Critical Buehler GmbH
Priority to EP24181526.5A priority Critical patent/EP4663309A1/de
Priority to PCT/EP2025/065400 priority patent/WO2025256972A1/de
Publication of EP4663309A1 publication Critical patent/EP4663309A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07B—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS BY SIEVING, SCREENING, SIFTING OR BY USING GAS CURRENTS; SEPARATING BY OTHER DRY METHODS APPLICABLE TO BULK MATERIAL, e.g. LOOSE ARTICLES FIT TO BE HANDLED LIKE BULK MATERIAL
    • B07B4/00—Separating solids from solids by subjecting their mixture to gas currents
    • B07B4/02—Separating solids from solids by subjecting their mixture to gas currents while the mixtures fall
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07B—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS BY SIEVING, SCREENING, SIFTING OR BY USING GAS CURRENTS; SEPARATING BY OTHER DRY METHODS APPLICABLE TO BULK MATERIAL, e.g. LOOSE ARTICLES FIT TO BE HANDLED LIKE BULK MATERIAL
    • B07B11/00—Arrangement of accessories in apparatus for separating solids from solids using gas currents
    • B07B11/04—Control arrangements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07B—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS BY SIEVING, SCREENING, SIFTING OR BY USING GAS CURRENTS; SEPARATING BY OTHER DRY METHODS APPLICABLE TO BULK MATERIAL, e.g. LOOSE ARTICLES FIT TO BE HANDLED LIKE BULK MATERIAL
    • B07B9/00—Combinations of apparatus for screening or sifting or for separating solids from solids using gas currents; General arrangement of plant, e.g. flow sheets

Definitions

  • the present invention relates to a device and method for extracting fine particles from a material stream, wherein the material stream comprises a mixture of product particles and fine particles.
  • Such devices in particular machines or separators for extracting and/or purifying a material stream, are known, for example, a light grain separator for extracting or separating lighter components from a mixture of grains.
  • Conventional devices for extracting fine particles from a material stream comprise a suction device with a suction duct for extracting partial particles from the material stream by means of a controllable airflow or suction in the suction duct. Furthermore, the conventional device includes a control device for regulating the suction device, in particular the suction power of the suction device, wherein the extracted partial particles can be measured by the control device using an accelerometer connected to the control device.
  • the extraction of fine particles from the material stream is used, for example, in sorting and screening machines for sorting and/or screening grain, seeds, and similar materials in order to extract or separate chaff, hulls, empty kernels, and other fine particles from the material stream.
  • the fine particles differ from the product particles, among other things, in their aerodynamic properties, in particular in particle weight and/or particle size and/or particle density.
  • the control device for regulating the suction device or the airflow must therefore be precise and must be carefully adjusted to extract as few product particles as possible, including fine particles, from the material stream.
  • Extraction systems with sorting and screening machines for sorting and/or screening typically feature a central extraction unit with one or more extraction channels.
  • This extraction unit usually includes a central fan whose suction air, via a network of extraction channels, removes fine particles from the product streams of the various process steps.
  • the extraction capacity for the different product streams of the individual process steps is typically adjustable by means of several adjustable throttle valves.
  • the throttle valves can be adjusted individually, either manually or via actuators, thus allowing for local regulation of the extraction capacity.
  • the performance or quality of the device is typically determined by measuring the extraction of unwanted fine particles from the material stream, for example, chaff, hulls, empty kernels, and other fine particles from grain.
  • Another performance factor is ensuring the quality of the processed material stream, particularly the processed grain. This includes minimizing damage to the product material caused by the extraction of fine particles and/or minimizing the number of product particles extracted from the material stream.
  • food safety is of paramount importance, especially in the processing of food raw materials. For example, when processing grain, the outer layers of the grain kernel are separated, and these outer layers are extracted from the material stream as fine particles by the device. These outer layers may be partially contaminated, for example, by fungi or chemicals used in grain cultivation, making the most complete possible extraction of fine particles from the material stream essential.
  • the DE 10 2004 054 275 A1 discloses such a conventional device for extracting fine particles from a material stream containing product particles and fine particles, in particular a universal cleaning machine for extracting unwanted fine particles from a material stream comprising one or more Grain varieties.
  • the cleaning machine has one or more manually adjustable throttle valves.
  • the EP0082125B1 Disclosing such a conventional device includes an accelerometer that generates an electrical signal depending on the number of product particles impacting the accelerometer.
  • the control device regulates the airflow based on this electrical signal.
  • the control device regulates the airflow such that the number of product particles impacting the accelerometer remains below a predetermined value.
  • Known devices for extracting fine particles from a material stream have the disadvantage that the airflow must be adjusted manually, or at least by an operator, at the device itself, or at least a setpoint must be evaluated by the operator and specified to the control device.
  • Manual adjustment of the control device is particularly necessary when the device is used for different product particles and fine particles, or for a material stream with time-varying material properties, such as product moisture content, or when dealing with product particles and/or fine particles. Otherwise, the device's performance will be reduced, or the end product will not meet quality requirements. If the airflow is too weak, the cleaning effect, especially the extraction of fine particles from the material stream, will be insufficient, and consequently, the end product will have a high proportion of undesirable fine particles and thus be of inferior quality.
  • controlling the extraction rate based on counting product particles with a predetermined impact impulse or a specific value range is disadvantageous, since the control regulates the extraction rate based on the number of individual partial particles with a predetermined impact impulse and thus represents an inaccurate and unstable method of measuring the proportion of product particles in the partial stream.
  • the present invention aims to provide a new device or a new method for extracting fine particles from a material stream, wherein the material stream comprises a mixture of product particles and fine particles.
  • the control of the extraction device is automated, thereby increasing the performance and efficiency of the device compared to the prior art.
  • the goal is to extract the highest possible proportion of the fine particles present in the material stream while extracting the lowest possible proportion of product particles from the material stream.
  • Manual intervention by an operator to operate the device is minimized, even when the device is used for different material streams with time-varying product properties of the product particles and/or fine particles, thereby increasing the performance of the device and the method.
  • the present invention aims to provide the most stable possible control of the extraction device.
  • the objectives are achieved by the accelerometer encompassing a measuring range, the measuring range of which extends into a region of the airflow containing the extracted particles.
  • a pulse-dependent sensor signal can be generated by the accelerometer using the particles transported in the airflow and impacting the accelerometer with an impact impulse, and this sensor signal can be transmitted to the control device.
  • the generated airflow can be controlled by the control device via the extraction device based on the measured sensor signals and/or the impact impulses of the particles on the accelerometer measured by the sensor signals.
  • the extraction device can be controlled by the control device such that the extracted particles comprise a definable mixture of product particles and fine particles, so that the measured sensor signals and/or the impact impulses measured by the sensor signals are
  • the particle size on the accelerometer is characteristic of the entire partial flow, and accordingly, the extraction device can be stably controlled by the control device based on the time-varying sensor signal.
  • the accelerometer uses, for example, optical, electrostatic, mechanical measurement methods, or a combination thereof, to generate the sensor signal.
  • the sensor signal contains information about the impact behavior of the particle size on the accelerometer's measuring range.
  • the frequency profile of the sensor signal implicitly contains information about the particle size and material properties such as elasticity and moisture content, thus ensuring precise and automatic control of the extraction device by the control device.
  • the control device Based on the vibration frequencies of the sensor signal, different material types of the particle size can be detected by the control device.
  • a further advantage is that the sensor signal can be stored and used for further analysis of the particle size impact behavior on the accelerometer.
  • the control device analyzes the sensor signal to detect changes in the fractional particles and generates corresponding control signals based on control criteria, enabling the device to react to changes in the fractional particles in real time.
  • the ratio of product particles to fine fractional particles is crucial, as this ratio defines both the quality and the yield of the material stream cleaned and/or sorted by the device, since quality and yield have varying degrees of importance depending on the application. Accordingly, the optimal ratio of product particles to fine particles in the fractional stream can differ depending on the application. High quality requirements for the cleaned end product usually mean a lower yield, as a higher proportion of product particles in the fractional stream is necessary to achieve higher quality and to extract as many fine particles as possible from the material stream using the extraction device.
  • the sensor signal exhibits time-varying oscillations with time-varying amplitudes and/or time-varying frequencies, wherein the oscillations are generated by the impact impulse from the product particle and/or fine particles of the subparticles onto the accelerometer, wherein the control device, a
  • the control device comprises a vibration characteristic value generable from the sensor signal at a sampling frequency, and a control signal value generable from the vibration characteristic value for controlling the airflow of the extraction device.
  • the vibration characteristic value generated during each sampling period characterizes the subparticles contained in the partial flow and impacting the accelerometer during that period, particularly the product particles and/or fine particles contained in the partial flow.
  • the sensor signal measured by the accumulation of impact pulses of these subparticles and varying over time, is measured by means of the vibration characteristic value and characterizes the different subparticles detected by the accelerometer and their properties, such as their velocity in the extraction duct. This allows the ratio of product particles to fine particles in the partial stream to be controlled by the control device based on the sensor signal, which contains particle properties such as composition, size, shape, and other material-specific characteristics.
  • control device ensures high accuracy in the identification and quantification of the product particles and/or fine particles in the partial stream, thus minimizing the probability of errors in quantifying these particles. Additionally, the control device enables automatic control of the extraction device for various material streams and partial stream particles based on the sensor signal, making the device according to the invention highly adaptable to different material streams and time-varying particle properties. Based on the sensor signal with the sampling frequency f, the control device generates the vibration characteristic value, allowing the control signal to be processed by the control device in real time, and the vibration characteristic value characterizes the control signal within the corresponding time window 1/f.
  • control device can generate several different vibration parameters, allowing for the economical quantification of various pieces of information contained in the sensor signal, such as the following vibration parameters: a peak amplitude value, as an indication of the Fine particle size, an amplitude mean, a rate of change of the sensor signal as an indicator of disturbances, a standard deviation to characterize the uniformity of the extracted partial particles, a harmonic distortion of the sensor signal and/or a Fast Fourier Transform for further analysis of the frequency components of the sensor signal.
  • vibration parameters such as the following vibration parameters: a peak amplitude value, as an indication of the Fine particle size, an amplitude mean, a rate of change of the sensor signal as an indicator of disturbances, a standard deviation to characterize the uniformity of the extracted partial particles, a harmonic distortion of the sensor signal and/or a Fast Fourier Transform for further analysis of the frequency components of the sensor signal.
  • the vibration characteristic includes a power characteristic for quantifying the average power of the sensor signal for a sampling period 1/f. This allows for a differentiated quantification of the impact energy of product particles and/or fine particles from the partial stream onto the measuring range of the accelerometer, and thus enables the detection of trends and/or changes in the mixture of product particles and fine particles in the partial stream over time. This characterizes the total number of particles extracted from the partial stream within the sensor signal during a sampling period using a vibration characteristic, thereby ensuring stable and precise control of the extraction device. Furthermore, quantifying the average impact energy during the sampling period also provides a suitable basis for the automatic control of the device for different material streams with varying particle properties, while maintaining high extraction performance.
  • the control device comprises a target parameter and a control element.
  • the control signal value is generated by the control element based on the target parameter and the vibration parameter, thus ensuring stable and precise control of the extraction device.
  • the control element includes a PID controller, ensuring high stability of the control device, particularly in the event of disturbances in the extraction duct or changes in the material type of the material flow, based on a combination of three different control strategies: proportional, integral, and differential control.
  • the control element includes, for example, an adaptive controller, enabling the control device to respond more effectively to changing material flows and ensuring optimal extraction performance.
  • the control element may include a state controller or a fuzzy logic controller.
  • the device has a Human Machine Interface (HMI) and a control table with at least one recipe parameter value and a corresponding control parameter value, wherein a control parameter value based on a selected recipe parameter value can be searched by the HMI in the control table and sent to the control device, and wherein the selected control parameter value can be received by the control device and the target characteristic value can be generated by the control device based on the selected control parameter value, so that an operator can manually select a configuration based on a recipe with recipe parameters comprising a material type, for example wheat, soy, or corn, and/or a material moisture content in percent by weight, and/or a correction factor, and the control device accordingly generates a target characteristic value based on the selected recipe, in particular based on the selected recipe parameter values.
  • the correction factor serves to fine-tune the control device due to various framework conditions based on environmental parameters of the device, characteristics of the material flow, or, for example, increased requirements for product quality.
  • the device includes a material sensor for measuring a material parameter, wherein the material parameter comprises a moisture value and/or a material type value (grain, wheat, corn, soybeans, etc.) and/or a size distribution value of the material stream.
  • the material parameter value is receivable by the control device, and the target parameter value can be generated by the control device based on the material parameter value.
  • the device according to the invention automatically configures the control device based on the material properties detected by the material sensor, in particular by generating the corresponding target parameter value.
  • Material sensors include, for example, near-infrared sensors for measuring moisture content and/or hyperspectral sensors for detailed chemical analysis and/or RGB image sensors for measuring color, size, and texture and/or electronic probes for measuring volatile organic compounds in the material stream.
  • the material sensor is arranged, for example, at an inlet area of the material stream in the device according to the invention for the timely measurement of the material parameter.
  • the device includes a sieving device for classifying the product particles from the material stream into a product stream,
  • the partial particles can be extracted from the product stream via the extraction channel, allowing the product particles to be classified based on their particle size and enabling the extraction of fine particles from the product stream.
  • the sieving device includes multiple sieves with different hole sizes for classifying the material stream into several product streams, with the partial particles being extracted from at least one or more product streams via the extraction channel, resulting in multiple product streams containing extracted fine particles.
  • the extraction device includes a fan with adjustable speed for regulating the volume flow of the airflow in the extraction duct, and/or the extraction device includes an adjustable throttle valve arranged on the extraction duct with a valve position for regulating the airflow, and/or the device includes a conveying device with an adjustable delivery rate, so that the extraction performance of the extraction device can be regulated economically.
  • the present embodiment ensures simple retrofitting of a prior art device with the control device according to the invention.
  • the device according to the invention includes a central fan, wherein the fan is designed as a separate machine unit and draws air from several devices via multiple extraction ducts, in particular generating an airflow for the multiple devices.
  • control signal value includes a flap position value for controlling the throttle valve and/or a target speed for controlling the fan and/or a target delivery rate for controlling the delivery rate of the conveying device, so that the control device is applicable with devices according to the state of the art.
  • the extraction duct has a rising duct for extracting the partial particles against gravity (G), whereby the partial particles extracted by the airflow can be transported in the rising duct at a movement angle of less than 80° against gravity, thus enabling more precise quantification/identification of the product particles and/or fine particles by the control device and furthermore, additional screening (rise screening).
  • this embodiment represents a further The separation process ensures low CO2 emissions, a compact design and low maintenance requirements.
  • the acceleration sensor has an impact plate, wherein the impact plate is elastically attached to the extraction duct and extends with the measuring range into a region of the airflow containing the extracted partial particles, and wherein the impact plate can be set into vibration by means of the impact impulse of partial particles striking the impact plate, thus ensuring an economical and low-maintenance implementation of the acceleration sensor.
  • the control device incorporates a machine learning structure for determining the variable control signal value for predefined vibration characteristics. This allows the control device to adapt to changing particle properties and material flows, and even to process unknown particles. Furthermore, the control device can be trained on previously untrained material flows and particle properties, thus ensuring adaptability.
  • the machine learning structure ensures that, based on complex sensor signals with nonlinearities, the control device generates a corresponding control signal value for the automatic control of the extraction device, guaranteeing high device performance, particularly an adjustable ratio of product particles to fine particles. Moreover, the machine learning structure ensures improved pattern recognition of the control device based on the sensor signal, thus guaranteeing effective and automatic control of the extraction device.
  • the recipe module has a network library connectable to the machine learning structure, wherein the network library includes a data store for storing historical operating data, and wherein the machine learning structure has a machine learning-based modeling machine for generating a digital model structure based on historical operating data, which is trained by using the historical operating data as input values, and after training to determine the optimized variable control signal value for a given vibration characteristic using the at least one digital
  • a model structure for an optimized ratio of product particles to fine particles in the extraction duct allows the control device to be trained for various material flows and particle properties and adapted to changing conditions with minimal effort.
  • a network library with new historical operating data can be added, thereby adapting the device's performance.
  • the device features multiple network libraries, each containing region-specific historical operating data. This allows devices in a given region to access the regional network library, enabling them to be trained on regional material flows and/or particle properties.
  • the historical operating data includes vibration characteristics and a flap position and/or a rotational speed and/or a delivery rate and/or a material flow and/or a moisture content of the material flow, so that historical operating data can be generated with slightly modified devices according to the state of the art and can be used to train the control device.
  • the present invention relates not only to the device according to the invention but also to a method for realizing the device according to the invention.
  • the Figure 1 Figure 1 shows a cross-section of an embodiment of a device 1 according to the invention for extracting fine particles 1.1.2 from a material stream 1.1, in particular a cleaning machine 1 for cleaning and/or sorting the material stream 1.1.
  • the cleaning machine 1 is used for cleaning and sorting wheat, barley, rapeseed, corn, soybeans, sunflower seeds, and other agricultural products for food processing.
  • the material stream 1.1 comprises a mixture of product particles 1.1.1 and fine particles 1.1.2, wherein the fine particles 1.1.2 differ from the product particles 1.1.1 in weight and/or particle size and/or particle density.
  • Such fine particles 1.1.2 are, for example, husks or leaves that do not belong to the product particles 1.1.1.
  • the cleaning machine 1 comprises a housing 1.8, a material inlet 1.3.1 with a vibrating flap 1.5.2 for feeding in the material stream 1.1 and distributing the material stream 1.1 evenly over the designated width of the cleaning machine 1, a feeding device 1.5 for metering the material stream 1.1, a sieving device 1.2 for cleaning and sorting the product particles 1.1.1 of the material stream 1.1, and a discharge device 1.6 for removing the cleaned and classified product particles 1.1.1 from the cleaning machine 1.
  • the cleaning machine 1 has a suction device 1.4 with a suction channel 1.4.3 for extracting partial particles 1.1.3 from the material stream 1.1 by means of a controllable airflow or suction 1.4.2 in the suction channel 1.4.3 and a control device 1.7 for controlling the suction device 1.4.
  • the suction device 1.4 comprises several conveying elements 1.4.5 for conveying the fine particles 1.1.2 collected in the suction channel from the cleaning machine, and a fan 1.4.1 which extracts the partial particles 1.1.2 through the suction channel 1.4.3 in the area of the feed device 1.5 and in the area of the discharge device 1.6.
  • the extracted partial particles 1.1.2 consist primarily of light particles and dust, thus reducing the screen load of the screen device 1.2 and ensuring a higher cleaning quality of the partial particles 1.1.3 and the product particles 1.1.1.
  • the material stream 1.1 has already been converted into a first product stream.
  • the extracted partial particles 1.1.3 comprise mostly fine particles 1.1.2 detached by the sieving process and a few product particles 1.1.1 from the first product stream 1.1.5.1 and/or the second product stream 1.1.5.2, so that an additional cleaning step of the material stream 1.1 can be carried out in order to ensure the lowest possible contamination of the first product stream 1.1.5.1 and/or the second product stream 1.1.5.2 with fine particles 1.1.2.
  • the extraction device 1.4 in the present embodiment of the cleaning machine 1 has a central fan 1.4.1 designed such that the central fan 1.4.1 can draw in several cleaning machines and/or other grain processing machines.
  • Such central fans 1.4.1 are used, for example, in grain receiving stations, grain mills, or similar facilities and ensure efficient extraction/aspiration of the individual processing steps in the facility.
  • the extraction duct 1.4.3 has a first extraction duct 1.4.3.1 in the area of the feed device 1.5 for cleaning the material stream 1.1 to be processed and/or a second extraction duct 1.4.3.2 in the area of the discharge device 1.6 for cleaning the material stream 1.1 sorted by the sieve device 1.2.
  • the extraction device 1.4 has a first throttle valve 1.4.4.1 and/or a second throttle valve 1.4.4.2 for regulating the airflow 1.4.2 in the second extraction duct 1.4.3.2.
  • the airflow 1.4.2 can be controlled by pivoting the corresponding throttle valve 1.4.4.1/1.4.4.2, for example by means of an actuator (pneumatic or electric) by the control device 1.7.
  • the control device 1.7 is connected to an acceleration sensor 1.7.1 comprising a measuring range, wherein the extracted partial particles 1.1.3 can be measured by means of the acceleration sensor 1.7.1 and the acceleration sensor 1.7.1 is arranged in the extraction duct 1.4.3 and in particular in the rising duct 1.4.3.3 such that the measuring range extends into a region of the airflow 1.4.2 containing the extracted partial particles 1.1.3, so that the partial particles 1.1.3 measured by the sensor provide a representative measured value for the entire cross-section in this section of the extraction duct 1.4.3.2 is determined, wherein an impulse-dependent sensor signal 1.7.2 can be generated by means of the partial particles 1.1.3 transported in the airflow 1.4.2 and impacting the accelerometer 1.7.1 with an impact impulse 3, and the sensor signal 1.7.2 can be transmitted to the control device 1.7, and the generated airflow 1.4.2 can be controlled by means of the control device 1.7 via the extraction device 1.4 based on the measured sensor signals 1.7.2 and/or the impact impulses 3 of the partial particles 1.1.3 on the accelerometer 1.7.1 measured by means of the sensor signals 1.7.2, and wherein
  • FIG 10 An embodiment of the acceleration sensor 1.7.1 with a baffle plate 1.7.1.1 is shown, wherein the baffle plate 1.7.1.1 is elastically / oscillatibly attached to the extraction duct 1.4.3, in particular to the rising duct 1.4.3.3, and the measuring area formed by the impact plate 1.7.1.1 extends into a region of the airflow 1.4.2 with the extracted partial particles 1.1.3.
  • the accelerometer 1.7.1 includes a vibration sensor 1.7.1.2, which is mechanically connected to the impact plate 1.7.1.1. This allows the vibrations of the impact plate 1.7.1.1 generated by the impact impulse 3 of the detected particles 1.1.3 to be mechanically detected by the vibration sensor 1.7.1.3.
  • the electrical sensor signal 1.7.2 can be generated by the vibration sensor 1.7.1.2 via a physical effect, such as a piezoelectric effect.
  • the impact plate 1.7.1.1 is elastically mounted, and thus oscillatibly mounted, on the housing 1.8 of the cleaning machine 1 by means of an elastic fastening element 1.7.1.3.
  • an accelerometer of type VSP01A from IFM can be used as the vibration sensor 1.7.1.2.
  • the vibration sensor 1.7.1.2 converts the mechanical vibration of the impact plate 1.7.1.1, generated by the impact impulse of the partial particles 1.1.3 on the impact plate 1.7.1.1, into a raw electronic signal, for example by means of a A piezoelectric element based on quartz or ceramic crystals, wherein the raw signal is proportional to the vibration profile of the impact plate 1.7.1.1.
  • the raw signal is amplified and/or filtered in the accelerometer 1.7.1 or a separately designed evaluation electronics unit, so that sensor-specific interference signals are eliminated and the measured sensor signal values 1.7.2 can be used for further processing by the control device 1.7.
  • the control device 1.7 comprises a vibration characteristic value 1.7.8, which can be generated by the control device 1.7 based on the sensor signal 1.7.1 with a sampling frequency f.
  • the control device 1.7 also includes a control signal value 2, which can be generated based on the vibration characteristic value 1.7.8, for controlling the airflow 1.4.2 of the extraction device 1.4. This allows the vibration characteristic value 1.7.8 to be generated in real time based on the sensor signal 1.7.1 with the sampling frequency f, and the vibration characteristic value 1.7.8 characterizes the sensor signal 1.7.2 in the corresponding time window 1/f.
  • the vibration characteristic value(s) 1.7.8 represent a characteristic value of the sensor signal 1.7.2 in the time window 1/f, so that different pieces of information contained in the sensor signal 1.7.2 can be economically quantified and processed by the control device 1.7.
  • the vibration characteristic 1.7.8 includes at least one of the following characteristic values: a peak amplitude value as an indication of the fine particle size, a mean amplitude value, a rate of change of the sensor signal 1.7.2 as an indicator of disturbances, a standard deviation to characterize the uniformity of the extracted particles, a harmonic distortion of the sensor signal 1.7.2, and/or a signal spectrum obtained by means of a Fast Fourier Transform of the sensor signal 1.7.2 for further analysis of the frequency components of the sensor signal and/or filtering out interference signals.
  • the maximum amplitude value, together with the power of the extraction device, for example, the electrical power consumed, is an indicator of the degree of contamination of the material flow 1.1.
  • the generation of one or more vibration parameters 1.7.1.1 ensures the continuous and economical storage of the partial particles 1.1.3 of the sensor signal 1.7.1.
  • Such historical operating data 1.7.4.2.1.1, stored in a data storage device 1.7.4.2.1, can be used, for example, to train a machine learning structure 1.7.4.
  • the control device 1.7 comprises a signal connection to the accelerometer 1.7.1 for receiving the sensor signal 1.7.2, a signal processing unit 1.7.3 for evaluating the sensor signal 1.7.2, and a storage unit for storing data, for example, the vibration characteristics 1.7.8 of the sensor signal 1.7.2 or additional data that can be generated by the signal processing unit 1.7.3 based on the sensor signal 1.7.2.
  • the signal processing unit 1.7.3 includes a Fast Fourier Transform (FFT) unit for performing a Fourier transformation of the sensor signal 1.7.2.
  • FFT Fast Fourier Transform
  • a signal spectrum can be generated using an FFT unit based on the sensor signal 1.7.2.
  • This signal spectrum comprises a time-varying signal spectrum with an impact spectrum generated by the accelerometer 1.7.1 based on the impact pulses of the detected particles 1.1.3, and one or more interference spectra.
  • interference spectra are based, for example, on vibrations of the housing 1.8 of the cleaning device 1, which are transmitted from the housing 1.8 to the vibration sensor 1.7.1.3 via the mounting element of the accelerometer 1.7.1 and detected by the accelerometer 1.7.1.
  • the signal processing unit 1.7.3 includes a bandpass filter for filtering out the interference signals/interference spectra.
  • a signal processing spectrum 1.7.2.1 without the interference spectra can be generated using the bandpass filter based on the sensor signal 1.7.2.
  • the vibration characteristic 1.7.8 of the sensor signal 1.7.2 can be generated by the signal processing unit 1.7.3 based on the sensor signal 1.7, in particular based on the signal frequency spectrum 1.7.2.1 with a sampling frequency f.
  • the vibration characteristic 1.7.8 has a root mean square (RMS) value, which can be generated by the signal processing unit 1.7.3 based on the signal frequency spectrum 1.7.2.1.
  • control device 1.7 has a target characteristic 1.7.7 and a control element 1.7.6, wherein the control signal value 2 can be generated by the control element 1.7.6 based on the target characteristic 1.7.7 and the vibration characteristic 1.7.8.
  • the control element 1.7.6 includes a control algorithm, for example a PID controller, for generating the control signal 2 based on the target characteristic 1.7.7 and the vibration characteristic 1.7.8.
  • the device 1 comprises a Human Machine Interface 1.3 and a control table 1.7.5 with at least one recipe parameter value 1.7.5.1 and a corresponding control parameter value 1.7.5.2, wherein the control parameter value 1.7.5.2 is searchable in the control table 1.7.5 by the HMI 1.3.4 based on a selected recipe parameter value 1.7.5.1 and can be sent to the control device 1.7, and wherein the selected control parameter value 1.7.5.2 can be received by the control device 1.7 and the target parameter value 1.7.7 can be generated by the control device 1.7 based on the selected control parameter value 1.7.5.2.
  • the device according to the invention includes a material sensor 1.9 for measuring a material parameter 1.9.1, wherein the material parameter 1.9.1 comprises a moisture value and/or a material type value and/or a size distribution value of the material flow 1.1, wherein the material parameter value 1.9.1 is receivable by the control device 1.7.
  • the signal processing unit 1.7.3 generates the target value 1.7.7 based on the material parameter value 1.9.1 and/or the control parameter value 1.7.5.2.
  • the target value 1.7.7 is generated in real-time based on the material parameter values 1.9.1 measured by the material sensor 1.9.
  • the control parameter value 1.7.5.2 manual configuration is performed, for example, by an operator of the cleaning device 1 using the HMI 1.3.4.
  • the material parameter values and/or control parameter values and/or recipe parameter values 1.7.5.1 can be stored as historical operating data 1.7.4.2.1.1 by the control device 1.7 in the data memory 1.7.4.2.1.
  • the extraction device 1.4 comprises: a fan 1.4.1 with a variable speed 1.4.1.1 for regulating the volume flow of the airflow 1.4.2 in the extraction duct. 1.4.3 and/or an adjustable throttle valve 1.4.4 arranged on the extraction duct 1.4.3 with a valve position for regulating the airflow 1.4.2 and/or the device 1 a conveying device 1.5.2 with an adjustable conveying rate 1.5.2.1.
  • the extraction device 1.4 has the central fan, wherein the airflow 1.4.2 in the extraction duct 1.4.3.2 is adjustable by the first throttle valve 1.4.4/1.4.4.1 and the second throttle valve 1.4.4/1.4.4.2, wherein optionally the first throttle valve 1.4.4/1.4.4.1 is adjustable manually and the second throttle valve 1.4.4/1.4.4.2 is adjustable by means of the control device 1.7.
  • the first throttle valve 1.4.4.1 can be controlled automatically (i.e., by the cleaning device 1 and/or the control device 1.7 or an actuator) or manually, wherein the first throttle valve 1.4.4.1 controls the ratio of the suction volume between the suction channel 14.3.1 at the product inlet and the riser channel 1.4.3.3 at the product outlet of the machine.
  • the second throttle valve 1.4.4.2 is located at the outlet of the suction channel of the cleaning device 1, and the second throttle valve 1.4.4.2 is controlled by the control device 1.7 or an actuator.
  • the control signal value 2 has a flap position value 2.1 for controlling the throttle flap 1.4.4 and/or a target speed 2.2 for controlling the fan 1.4.1 and/or a target delivery rate 2.3 for controlling the delivery rate 1.5.2.1 of the conveying device 1.5.2, so that the airflow 1.4.2 in the extraction duct 1.4.3 can be controlled by the control device 1.7 based on the control signal.
  • the extraction duct 1.4.3 has a rising duct 1.4.3.3 for extracting the partial particles 1.1.1 against gravity G, wherein the partial particles 1.1.3 extracted by the airflow 1.4.2 can be transported in the rising duct 1.4.3.3 at a movement angle of less than 80° against gravity G.
  • Such a design at least of a section of the extraction duct 1.4.3, results in additional classification of the partial particles 1.1.1 by means of gravity G, a so-called vertical classification.
  • the control device 1.7 has a machine learning structure 1.7.4 for determining the variable control signal value 2 for predefined vibration characteristics 1.7.8 and/or control parameter values 1.7.5.2 and/or signal spectra. Furthermore
  • the machine learning structure 1.7.4 comprises a network library 1.7.4.2 with the data store 1.7.4.2.1 for storing the historical operating data 1.7.4.2.1.1, and wherein the machine learning structure 1.7.4 includes a machine learning-based modeling machine 1.7.4.1 for generating a digital model structure based on the historical operating data 1.7.4.2.1.1, which is trained by using the historical operating data 1.7.4.2.1.1 as input values, and after training for determining the optimized variable control signal value 2 for a given vibration characteristic 1.7.8 using the at least one digital model structure for an optimized ratio of product particles 1.1.1 and fine particles 1.1.2 of the subparticles 1.1.3 in the extraction duct 1.4.3.
  • the historical operating data 1.7.4.2.1.1 show vibration characteristics 1.7.8 and a flap position and/or a rotational speed 1.4.1.1 and/or a delivery rate 1.5.2.1 and/or a material flow 1.1 and/or a moisture content of the material flow 1.1.
  • the inventive method for extracting fine particles 1.1.2 from the material stream 1.1 comprises suction of partial particles 1.1.3 from the material stream 1.1 by means of the suction device 1.4 by means of the controllable airflow / suction 1.4.2 in the suction duct 1.4.3. It also comprises generating the controllable airflow 1.4.2 in the suction duct 1.4.3 by means of the suction device 1.4 and controlling the suction device 1.4 by means of the control device 1.7, by measuring the partial particles 1.1.3 extracted by the airflow 1.4.2 by means of the acceleration sensor 1.7.1 connected to the control device 1.7.
  • the inventive method comprises the following steps: generating an impulse-dependent sensor signal 1.7.2 by means of the partial particles 1.1.3 transported in the airflow 1.4.2 and impacting the accelerometer 1.7.1 with an impact impulse 3, and transmitting the sensor signal 1.7.2 to the control device 1.7; generating the control signal value 2 by means of the control device 1.7 based on the measured sensor signals 1.7.2 and/or by means of the sensor signals 1.7.2 of the measured impact impulses 3 of the partial particles 1.1.3 on the accelerometer 1.7.1; and sending the control signal value 2 to the extraction device 1.4 to control the generated airflow 1.4.2 in the extraction duct 1.4.3, such that the extracted partial particles 1.1.3 constitute the definable mixture of product particles 1.1.1 and Fine particles 1.1.2 include.
  • the inventive method comprises generating a vibration characteristic value 1.7.8 by the control device 1.7 based on the sensor signal 1.7.2, as well as generating a control signal value 2 by means of the control device 1.7 based on the generated vibration characteristic value 1.7.8 of the sensor signal 1.7.2, and sending the control signal value 2 to the extraction device 1.4 by the control device 1.7 for controlling the airflow 1.4.2 in the extraction duct 1.4.3 for extracting the partial particles 1.1.3.
  • the inventive method comprises a configuration method for the inventive cleaning device 1, wherein the configuration method comprises a manual configuration method and/or an automatic configuration method.
  • control table 1.7 has at least one recipe parameter value 1.7.5.1 with a corresponding control parameter value 1.7.5.2 with the value of the target parameter 1.7.7.
  • the signal processing unit 1.7.3 optionally includes a lookup table with at least one material parameter value 1.9.1 and a corresponding target parameter 1.7.7, and the target parameter 1.7.7 can be searched in the lookup table by the signal processing unit 1.7.3 based on the material parameter value 1.9.1, and the corresponding target parameter 1.7.7 can be received by the control device 1.7, so that corresponding target parameters 1.7.7 can be stored in the lookup table for different material types, for example, wheat, corn, soy, and different material moisture values.
  • the target parameter 1.7.7 can be generated manually by the signal processing unit 1.7.3 based on the lookup table.
  • the recipe parameter values 1.7.5.1 and control parameter values 1.7.5.2 stored in the look-up table form characteristic curves for different material types, allowing the cleaning performance of the cleaning machine to be adapted very flexibly to additional or varying conditions. Furthermore, control parameters 1.7.5.2 not stored in the control table can be interpolated based on stored control parameter values 1.7.5.2.

Landscapes

  • Combined Means For Separation Of Solids (AREA)

Abstract

Eine Vorrichtung (1) und Verfahren zur Extraktion von Feinpartikeln (1.1.2) aus einem Materialstrom (1.1), wobei der Materialstrom (1.1) ein Gemisch aus Produktpartikeln (1.1.1) und Feinpartikeln (1.1.2) umfasst und wobei die Feinpartikel (1.1.2) sich in Gewicht und/oder Partikelgrösse und/oder Partikeldichte von den Produktpartikeln (1.1.1) unterscheiden, umfassend eine Absaugvorrichtung (1.4) mit einem Absaugkanal (1.4.3) zum Absaugen von Teilpartikel (1.1.3) aus dem Materialstrom (1.1) mittels eines regelbaren Luftstroms (1.4.2) im Absaugkanals (1.4.3) und einer Regelvorrichtung (1.7) zum Regeln der Absaugvorrichtung (1.4), wobei die abgesaugten Teilpartikel (1.1.3) mittels eines, mit der Regelvorrichtung (1.7) verbundenen, Beschleunigungssensors (1.7.1) durch die Regelvorrichtung (1.7) messbar sind und die Absaugvorrichtung (1.4) mittels der Regelvorrichtung (1.7) derart regelbar ist, dass die abgesaugten Teilpartikel (1.1.3) ein definierbares Gemisch aus Produktpartikeln (1.1.1) und Feinpartikeln (1.1.2) umfassen.

Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zur Extraktion von Feinpartikeln aus einem Materialstrom, wobei der Materialstrom ein Gemisch aus Produktpartikel und Feinpartikel umfasst. Derartige Vorrichtungen, insbesondere Maschinen oder Separatoren zur Extraktion und/oder zur Reinigung von einem Materialstrom sind bekannt, beispielsweise ein Leichtkornausleser zur Extraktion, beziehungsweise zum Trennen, von leichteren Bestandteilen von einem Gemisch aus Getreide.
    • Hintergrund der Erfindung
  • Herkömmliche Vorrichtungen zur Extraktion von Feinpartikeln aus einem Materialstrom umfassen eine Absaugvorrichtung mit einem Absaugkanal zum Absaugen von Teilpartikel aus dem Materialstrom mittels eines regelbaren Luftstroms oder Luftsoges im Absaugkanal. Ferner umfasst die herkömmliche Vorrichtung eine Regelvorrichtung zum Regeln der Absaugvorrichtung, insbesondere der Absaugleistung der Absaugvorrichtung, wobei die abgesaugten Teilpartikel mittels eines, mit der Regelvorrichtung verbundenen, Beschleunigungssensors durch die Regelvorrichtung messbar sind. Die Extraktion von Feinpartikel aus dem Materialstrom wird beispielsweise bei Sortier- und Siebmaschinen zum Sortieren und/oder Sieben von Getreide, Saatgut und ähnlichen Materialien eingesetzt, um Spreu, Schalen, leere Körner und andere Feinpartikel vom Materialstrom zu extrahieren beziehungsweise zu trennen. Dabei unterscheiden sich die Feinpartikel von den Produktpartikel unter anderem durch ihre aerodynamischen Eigenschaften, insbesondere in Partikelgewicht und/oder Partikelgrösse und/oder Partikeldichte. Die Regelvorrichtung zur Regelung der Absaugvorrichtung beziehungsweise des Luftstroms muss dementsprechend genau und sorgfältig eingestellt werden, um aus dem Materialstrom möglichst wenig Produktpartikel mit den Feinpartikeln zu extrahieren.
  • Die Absaugvorrichtung mit Sortier- und Siebmaschinen zum Sortieren und/oder Sieben, beispielweise von Getreide in einer Getreidemühle, weisen üblicherweise eine zentrale Absaugvorrichtung mit ein oder mehreren Absaugkanälen auf, wobei die Absaugvorrichtung üblicherweise einen zentralen Lüfter umfasst dessen Absaugstrom mittels einem Netzwerk von Absaugkanälen Feinpartikel aus den Produktströmen der verschiedenen Prozessschritte absaugt, wobei die Absaugleistung für die verschiedenen Produktströme der einzelnen Prozessschritte üblicherweise mittels mehreren stellbaren Drosselklappen regulierbar sind. Die Drosselklappen sind manuell oder mittels Stellvorrichtungen einzeln stellbar und damit die lokale Absaugleistung regulierbar.
  • Die Leistung beziehungsweise die Qualität der Vorrichtung wird typischerweise mittels einer Messung der Extraktion der unerwünschten Feinpartikel aus dem Materialstrom ermittelt, beispielweise bei Getreide Spreu, Schalen, leere Körner und andere Feinpartikel. Ein weiterer Leistungsfaktor ist unter anderem die Sicherstellung der Qualität des prozessierten Materialstromes, insbesondere des prozessierten Getreides, wie beispielweise eine möglichst minimale Schädigung des Produktmaterials durch die Extraktion der Feinpartikel aus dem Materialstrom und/oder Minimierung der mittels des Extraktionsverfahren aus dem Materialstrom abgesaugten Produktpartikel. Ferner ist insbesondere für die Verarbeitung von Lebensmittelrohmaterialen die Lebensmittelsicherheit äusserst wichtig, da beispielsweise bei der Verarbeitung von Getreide die äusseren Schichten vom Getreidekorn separiert werden und diese äusseren Schichten als Feinpartikel durch die Vorrichtung vom Materialstrom extrahiert werden, wobei die äusseren Schichten auch teilweise kontaminiert sein können, beispielweise durch Pilze oder beim Anbau des Getreides verwendeter Chemikalien und dadurch eine möglichst vollständige Extraktion der Feinpartikel aus dem Materialstrom notwendig ist.
  • Die DE 10 2004 054 275 A1 offenbart eine derartige herkömmliche Vorrichtung zur Extraktion von Feinpartikeln aus einem Materialstrom mit Produktpartikel und Feinpartikel, insbesondere eine universelle Reinigungsmaschine zur Extraktion von unerwünschten Feinpartikeln aus einem Materialstrom umfassend einer oder mehreren Getreidesorten. Zur Regulierung des Luftstroms zum Absaugen der Teilpartikel vom Materialstrom weist die Reinigungsmaschine ein oder mehrere manuell stellbare Drosselklappen auf.
  • Die EP0082125B1 offenbart eine derartige herkömmliche Vorrichtung mit einem Beschleunigungssensor, der in Abhängigkeit der Anzahl auf den Beschleunigungssensor auftreffenden Produktpartikel der Teilpartikel ein elektrisches Signal generiert und die Regelvorrichtung basierend auf dem elektrischen Signal des Beschleunigungssensors den Luftstrom reguliert. Die Regelvorrichtung regelt den Luftstrom derart, dass die Anzahl der auf den Beschleunigungssensor auftreffenden Produktpartikel unter einem vorbestimmten Wert liegen.
  • Die bekannten Vorrichtungen zur Extraktion von Feinpartikeln aus einem Materialstrom haben die Nachteile, dass der Luftstrom manuell oder zumindest durch eine Bedienperson an der Vorrichtung eingestellt werden muss oder zumindest ein Stellwert durch die Bedienperson evaluiert und der Regelvorrichtung vorgegeben werden muss. Insbesondere bei einer Anwendung der Vorrichtung für unterschiedliche Produktpartikel und Feinpartikel oder einem Materialstrom mit zeitlich variierenden Materialeigenschaften, wie beispielsweise Produktfeuchtigkeit, der Produktpartikel und/oder Feinpartikel ist eine manuelle Einstellung der Regelvorrichtung notwendig, da ansonsten die Leistung der Vorrichtung vermindert wird oder das Endprodukt nicht den Qualitätsanforderungen entspricht. Bei einem zu schwachen Luftstrom ist der Reinigungseffekt, insbesondere die Absaugung von Feinpartikeln aus dem Materialstrom nicht ausreichend und dementsprechend weist das Endprodukt einen hohen Anteil an unerwünschten Feinpartikel auf und das Endprodukt weist somit eine mindere Qualität auf. Ferner ist die Regelung der Absaugleistung basierend auf einer Zählung von Produktpartikel mit einem vorbestimmten Aufprallimpuls oder einem bestimmten Werteberich nachteilig, da die Regelung aufgrund der Anzahl einzelner Teilpartikel mit einem vorgegebenen Aufprallimpuls die Absaugleistung steuert und somit eine ungenaue und instabile Messmethode des Anteils der Produktpartikel im Teilstrom darstellt.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile und technische Probleme zu lösen, insbesondere stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine neue Vorrichtung beziehungsweise ein neues Verfahren zur Extraktion von Feinpartikeln aus einem Materialstrom, wobei der Materialstrom ein Gemisch aus Produktpartikeln und Feinpartikeln umfasst bereitzustellen, wobei die Regelung der Absaugvorrichtung automatisiert wird und dadurch die Leistung und die Wirtschaftlichkeit der Vorrichtung gegenüber dem Stand der Technik erhöht wird, insbesondere einen möglichst hohen Anteil der im Materialstrom vorhanden Feinpartikel aus dem Materialstrom zu extrahieren und dabei einen möglichst geringen Anteil von Produktpartikel aus Materialstrom zu extrahieren. Manuelle Eingriffe einer Bedienperson zum Betreiben der Vorrichtung sind auch bei einer Verwendung der Vorrichtung für unterschiedliche Materialströme mit zeitlich variierenden Produkteigenschaften der Produktpartikel und/oder Feinpartikel minimal und wodurch die Leistung der Vorrichtung und des Verfahrens erhöht werden. Ausserdem stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe eine möglichst stabile Regelung der Absaugvorrichtung bereitzustellen.
  • Gemäss der vorliegenden Erfindung werden diese Ziele insbesondere durch die Elemente des kennzeichnenden Teils der unabhängigen Ansprüche erreicht. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen gehen ausserdem aus den abhängigen Ansprüchen, den Zeichnungen und der Beschreibung hervor.
  • Insbesondere werden die Ziele dadurch erreicht, dass der Beschleunigungssensor einen Messbereich umfasst, wobei der Messbereich sich in einen Bereich des Luftstroms mit den abgesaugten Teilpartikel erstreckt, wobei mittels der im Luftstrom transportierten und mit einem Aufprallimpuls auf den Beschleunigungssensor auftreffenden Teilpartikel ein impuls-abhängiges Sensorsignal mittels des Beschleunigungssensors generierbar ist und das Sensorsignal an die Regelvorrichtung übertragbar ist. Ausserdem ist der erzeugte Luftstrom mittels der Regelvorrichtung über die Absaugvorrichtung basierend auf den gemessenen Sensorsignalen und/oder die mittels der Sensorsignale gemessenen Aufprallimpulse der Teilpartikel auf dem Beschleunigungssensors regelbar, wobei die Absaugvorrichtung mittels der Regelvorrichtung derart regelbar ist, dass die abgesaugten Teilpartikel ein definierbares Gemisch aus Produktpartikeln und Feinpartikeln umfassen, sodass die gemessenen Sensorsignale und/oder mittels der Sensorsignale gemessenen Aufprallimpulse der Teilpartikel auf dem Beschleunigungssensors eine für den gesamten Teilstrom charakterisierend sind und dementsprechend die Absaugvorrichtung durch die Regelvorrichtung basierend auf dem zeitlich variierenden Sensorsignal stabil steuerbar ist. Der Beschleunigungssensor wendet beispielweise optische, elektrostatische, mechanische Messverfahren oder einer Kombination davon zur Generierung des Sensorsignals an. Das Sensorsignal enthält Informationen über das Aufprallverhalten der Teilpartikel auf den Messbereich des Beschleunigungssensors und beispielweise enthält der Frequenzverlauf des Sensorsignals implizit Informationen über die Partikelgrösse, Materialeigenschaft wie Elastizität, Feuchtigkeit der Teilpartikel und gewährleistet dadurch eine präzise und automatische Steuerung der Absaugvorrichtung mittels der Regelvorrichtung. Basierend auf Vibrationsfrequenzen des Sensorsignals sind unterschiedliche Materialtypen der Teilpartikel durch die Regelvorrichtung detektierbar. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Sensorsignal für eine weitergehende Analyse des Aufprallverhaltens der Teilpartikel auf den Beschleunigungssensor gespeichert und für weitergehende Analysen genutzt werden kann. Ausserdem ermöglicht eine Analyse des Sensorsignals durch die Regelvorrichtung Veränderungen der Teilpartikel zu analysieren und basierend auf Regelkriterien entsprechende Steuersignale zu generieren, sodass die erfindungsgemässe Vorrichtung auf die Veränderungen der Teilpartikel in Echtzeit reagieren kann. Das Verhältnis der Produktpartikel und Feinpartikel der Teilpartikel ist wesentlich, da dieses Verhältnis einerseits die Qualität und andererseits die Ausbeute des durch die erfindungsgemässe Vorrichtung gereinigten und/oder sortierten Materialstrom definiert, da Qualität und Ausbeute je nach Anwendung eine abweichende Wichtigkeit aufweisen. Entsprechend kann das optimale Verhältnis der Produktpartikel zu den Feinpartikel im Teilstrom je nach Anwendung unterschiedlich sein. Ein hoher Qualitätsanspruch an das gereinigte Endprodukt bedeutet meistens eine geringere Ausbeute, da ein höherer Anteil an Produktpartikel im Teilstrom zugunsten einer höheren Qualität notwendig ist, um einen möglichst hohen Anteil an Feinteilen aus dem Materialstrom mittels der Absaugvorrichtung abzusaugen.
  • In einer Ausführungsvariante weist das Sensorsignal zeitlich variable Schwingungen mit zeitlich variablen Amplituden und/oder zeitlich variablen Frequenzen auf, wobei die Schwingungen durch den Aufprallimpuls vom Produktpartikel und/oder Feinpartikel der Teilpartikel auf den Beschleunigungssensor durch den Beschleunigungssensor generierbar sind, wobei die Regelvorrichtung, einen mittels der Regelvorrichtung basierend auf dem Sensorsignals mit einer Abtastfrequenz generierbaren Schwingungskennwert umfasst, wobei die Regelvorrichtung einen mittels der Regelvorrichtung basierend auf dem Schwingungskennwert generierbaren Steuersignalwert zur Steuerung des Luftstroms der Absaugvorrichtung aufweist, sodass das Sensorsignal basierend auf den Schwingungskennwerten eine umfassendere Information zu den Teilpartikeln aufweist, eine erhöhte Genauigkeit der Steuerung der Absaugvorrichtung sichergestellt ist und die Regelvorrichtung anpassungsfähiger an unterschiedliche Materialströme und/oder Partikeleigenschaft der Teilpartikel ist. Der während jeweils einer Abtastperiode generierte Schwingungskennwert charakterisiert die während der Abtastperiode im Teilstrom enthaltene und auf den Beschleunigungssensor aufprallenden Teilpartikel, insbesondere die im Teilstrom enthaltenen Produktpartikel und/oder Feinpartikel. Das basierend auf den zeitlich variierende, von den Eigenschaften der Teilpartikel abhängige und durch eine Kumulation der Aufprallimpulse dieser Teilpartikel gemessene Sensorsignal charakterisiert durch den Schwingungskennwert die unterschiedlichen durch den Beschleunigungssensor detektierten Teilpartikel und deren Eigenschaften wie beispielsweise deren Geschwindigkeit im Absaugkanal. Dadurch ist das Verhältnis von Produktpartikel und Feinpartikel im Teilstrom mittels der Regelvorrichtung basierend auf dem Sensorsignal, welches Partikeleigenschaften wie Zusammensetzung, Grösse, Form und andere materialspezifische Eigenschaften enthält, regelbar. Ausserdem stellt die Regelvorrichtung dadurch eine hohe Genauigkeit in der Identifizierung und Quantifizierung der Produktpartikel und/oder Feinpartikel im Teilstrom sicher, sodass die Fehlerwahrscheinlichkeit betreffend die Quantifizierung der Produktpartikel und/oder Feinpartikel im Teilstrom minimiert wird. Ferner ist durch die Regelvorrichtung basierend auf dem Sensorsignal eine automatische Steuerung der Absaugvorrichtung für verschiedene Materialströme und Teilstrompartikel möglich, sodass die erfindungsgemässe Vorrichtung sehr anpassungsfähig an unterschiedliche Materialströme und zeitlich variierende Partikeleigenschaften ist. Die Regelvorrichtung generiert basierend auf dem Sensorsignal mit der Abtastfrequenz f den Schwingungskennwert, sodass das Steuersignal in real-time durch die Regelvorrichtung verarbeitbar ist und der Schwingungskennwert das Steuersignal im entsprechende Zeitfenster 1/f charakterisiert. Optional sind durch die Regelvorrichtung mehrere verschiedene Schwingungskennwerte generierbar, sodass unterschiedliche im Sensorsignal enthalten Informationen wirtschaftlich quantifizierbar sind wie beispielweise folgende Schwingungskennwerte: ein Amplitudenspitzenwert, als Indikation für die Feinpartikelgrösse, ein Amplitudenmittelwert, eine Änderungsrate der Sensorsignals als Indikator für Störungen, eine Standardabweichung zur Charakterisierung der Gleichmässigkeit der abgesaugten Teilpartikel, eine harmonische Verzerrung des Sensorsignals und/oder eine Fast Fourier Transformation zur weitere Analyse der Frequenzkomponenten des Sensorsignals.
  • In einer anderen Ausführungsvariante umfasst der Schwingungskennwert einen Leistungskennwert zur Quantifizierung der mittleren Leistung des Sensorsignals für eine Abtastperiode 1/f, sodass eine differenzierte Quantifizierung für die Aufprallenergie der Produktpartikel und/oder Feinpartikel aus dem Teilstrom auf den Messbereich des Beschleunigungssensors und dadurch ein Trend und/oder Veränderung des Gemisches aus Produktpartikeln und Feinpartikeln im Teilstrom über einen Zeitraum erfolgt. Dadurch wird die Gesamtheit der im Teilstrom abgesaugten Partikel im Sensorsignal während einer Abtastperiode mittels einem Schwingungskennwert charakterisiert und somit eine stabile und genaue Regelung der Absaugvorrichtung gewährleistet. Ferner ist die Quantifizierung der mittleren Aufprallenergie während der Abtastperiode auch eine geeignete Basis zur automatischen Regelung der Vorrichtung für unterschiedliche Materialströme mit variierenden Partikeleigenschaften mit einer hohe Extraktionsleistung der Vorrichtung.
  • In einer Ausführungsvariante weist die Regelvorrichtung einen Zielkennwert und ein Regelelement auf, wobei der Steuersignalwert basierend auf dem Zielkennwert und dem Schwingungskennwert durch das Regelelement generierbar ist, sodass eine stabile und präzise Regelung der Absaugvorrichtung gewährleistet ist. Optional umfasst das Regelelement einen PID-Regler sodass basierend auf einer Kombination von drei verschiedenen Regelstrategien: Proportional-, Integral- und Differentialregelung eine hohe Stabilität der Regelvorrichtung, insbesondere bei Störungen im Absaugkanal, einem Materialtyp-Wechsel des Materialstroms, sichergestellt ist. Ferner umfasst das Regelelement beispielweise einen adaptiven Regler, sodass die Regelvorrichtung besser auf einen sich ändernden Materialstrom regiert und eine optimale Absaugleitung gewährleistet. Ausserdem weist das Regelelement einen Zustandsregler oder einen Fuzzy-Logik Regler auf.
  • In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung ein Human Machine Interface (HMI) und eine Steuertabelle mit wenigstens einem Rezeptparameterwert und einem korrespondierenden Regelparameterwert auf, wobei ein Regelparameterwert basierend auf einem selektierten Rezeptparameterwert durch das HMI in der Steuertabelle suchbar und an die Regelvorrichtung sendbar ist, und wobei der selektierte Regelparameterwert durch die Regelvorrichtung empfangbar ist und der Zielkennwert basierend auf dem selektierten Regelparameterwert durch die Regelvorrichtung generierbar ist, sodass eine Bedienperson manuell eine Konfiguration basierend auf einem Rezept mit Rezeptparametern umfassend einen Materialtyp, beispielweise Weizen, Soja oder Mais und/oder eine Materialfeuchte in Gewichtsprozent und/oder eines Korrekturfaktors selektierbar ist, und die Regelvorrichtung entsprechend basierend auf dem ausgewählten Rezept, insbesondere basierend auf den ausgewählten Rezeptparameterwerten, einen Zielkennwert generiert. Der Korrekturfaktor dient zu einer Feinjustierung der Regelvorrichtung aufgrund verschiedener Rahmenbedingungen basierend auf Umgebungsparameter der Vorrichtung, Besonderheiten des Materialstrom oder beispielsweise erhöhte Anforderungen an die Produktqualität.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung einen Materialsensor zur Messung eines Materialparameters auf, wobei der Materialparameter ein Feuchtigkeitswert und/oder ein Materialtypwert (Getreide, Weizen, Mais, Soja, usw.) und/oder einer Grössenverteilungswert des Materialstroms aufweist, wobei der Materialparameterwert durch die Regelvorrichtung empfangbar ist und der Zielkennwert basierend auf dem Materialparameterwert durch die Regelvorrichtung generierbar ist, sodass die erfindungsgemässe Vorrichtung automatisch die Regelvorrichtung anhand der durch den Materialsensor detektierten Materialeigenschaften konfiguriert, insbesondere den korrespondierenden Zielkennwert generiert. Materialsensoren weisen beispielsweise Nahinfrarotsensoren zur Messung des Feuchtigkeitsgehalts und/oder Hyperspektralsensoren zur detaillierten chemischen Analyse und/oder RGB-Bild Sensoren zur Messung von Farbe, Grösse und Textur und/oder elektronische Nasen zur Messung von flüchtigen organischen Verbindungen im Materialstrom auf. Der Materialsensor ist beispielsweise an einem Einlassbereich des Materialstroms in der erfindungsgemässen Vorrichtung angeordnet, zur zeitnahen Messung des Materialparameters.
  • In einer Ausführungsvariante umfasst die Vorrichtung eine Siebvorrichtung zum Klassifizieren der Produktpartikel aus dem Materialstrom in einen Produktstrom, wobei die Teilpartikel mittels dem Absaugkanal vom Produktstrom absaugbar sind, sodass die Produktpartikel basierend auf ihrer Partikelgrösse klassifizierbar sind und zudem die Feinpartikel aus dem Produktstrom extrahiert werden. Optional umfasst die Siebvorrichtung mehrere Siebe mit unterschiedlichen Lochgrössen zum Klassifizieren des Materialstroms in mehrere Produktströme, wobei die Teilpartikel mittels dem Absaugkanal aus wenigstens einem oder mehreren Produktströmen absaugbar sind, sodass mehrere Produktstrome mit extrahierten Feinpartikel vorliegen.
  • In einer anderen Ausführungsvariante weist die Absaugvorrichtung einen Lüfter mit einer regelbaren Drehzahl zur Regulierung des Volumenstroms des Luftstroms im Absaugkanal weist und/oder die Absaugvorrichtung eine am Absaugkanal angeordnete stellbare Drosselklappe mit einer Klappenstellung zur Regulierung des Luftstroms aufweist und/oder die Vorrichtung weist eine Fördervorrichtung mit einer regulierbaren Fördermenge auf, sodass die Absaugleistung der Absaugvorrichtung mit wirtschaftlichen Mitteln regelbar ist. Ausserdem stellt die vorliegende Ausführungsvariante eine einfache Nachrüstung einer Vorrichtung gemäss dem Stand der Technik mit der erfindungsgemässen Regelvorrichtung sicher. Optional weist die erfindungsgemässe Vorrichtung ein zentraler Lüfter auf, wobei der Lüfter als eine separate Maschineneinheit ausgebildet ist und mittels mehreren Absaugkanälen mehrere Vorrichtungen aspiriert, insbesondere für die mehreren Vorrichtungen einen Luftstrom generiert.
  • In einer Ausführungsvariante weist der Kontrollsignalwert einen Klappenstellwert zur Regelung der Drosselklappe und/oder einer Zieldrehzahl zur Regelung des Lüfters und/oder einer Zielfördermenge zur Regelung der Fördermenge der Fördervorrichtung auf, sodass die Regelvorrichtung mit Vorrichtungen gemäss dem Stand der Technik anwendbar ist.
  • In einer Ausführungsvariante weist der Absaugkanal einen Steigkanal zum Absaugen der Teilpartikel entgegen einer Schwerkraft (G) auf, wobei die durch den Luftstrom abgesaugten Teilpartikel im Steigkanal mit einem Bewegungswinkel von weniger als 80° Grad entgegen der Schwerkraft transportierbar sind, sodass die Schwerkraft eine genauere Quantifizierung/Identifizierung der Produktpartikel und/oder Feinpartikel durch die Regelvorrichtung und ferner eine zusätzliche Sichtung (Steigsichtung) durchführbar ist. Ferner stellt diese Ausführungsvariante einen weiteren Trennschritt mit einer geringen Emission von CO2, eine kompakte Bauweise und einen geringen Wartungsaufwand sicher.
  • In einer anderen Ausführungsvariante weist der Beschleunigungssensor eine Prallplatte auf, wobei die Prallplatte elastisch am Absaugkanal befestigt ist und sich mit dem Messbereich in einen Bereich des Luftstroms mit den abgesaugten Teilpartikel erstreckt und wobei mittels des Aufprallimpulses von auf die Prallplatte auftreffenden Teilpartikeln die Prallplatte in eine Schwingung versetzbar ist, sodass eine wirtschaftliche und wartungsarme Implementation des Beschleunigungssensors gewährleistet ist.
  • In einer Ausführungsvariante weist die Regelvorrichtung eine Maschinenlernstruktur zur Bestimmung des variablen Steuersignalwertes für vordefinierte Schwingungskennwerte auf, sodass die Regelvorrichtung an veränderliche Partikeleigenschaften und Materialströme verarbeitbar sind und auch unbekannte Partikel mittels der Regelvorrichtung verarbeitbar sind. Ausserdem ist die Regelvorrichtung auf noch nicht trainierte Materialströme und Partikeleigenschaften trainierbar und ist somit anpassungsfähig. Die Maschinenlernstruktur stellt sicher, dass die Regelvorrichtung basierend auf komplexen Sensorsignalen mit Nichtlinearitäten einen entsprechenden Steuersignalwert zur automatischen Steuerung der Absaugvorrichtung geniert und eine hohe Leistung der Vorrichtung, insbesondere ein einstellbares Verhältnis der Produktpartikel zu Feinpartikel der Teilpartikel gewährleistet. Ferner gewährleistet die Maschinenlernstruktur eine verbesserte Mustererkennung der Regelvorrichtung basierend auf dem Sensorsignal, sodass eine effektive und automatische Steuerung der Absaugvorrichtung durch die Regelvorrichtung sichergestellt ist.
  • In einer anderen Ausführungsvariante weist das Rezeptmodul eine mit der Maschinenlernstruktur verbindbare Netzwerkbibliothek auf, wobei die Netzwerkbibliothek einen Datenspeicher zur Speicherung von historischen Betriebsdaten umfasst, und wobei die Maschinenlernstruktur eine, auf maschinellem Lernen basierende, Modellierungsmaschine zum Erzeugen einer digitalen Modellstruktur auf der Grundlage historischer Betriebsdaten aufweist, die trainiert wird, indem die historischen Betriebsdaten als Eingabewerte verwendet werden, und nach dem Training zum Bestimmen des optimierten variablen Steuersignalwertes für einen gegebenen Schwingungskennwert unter Verwendung der mindestens einen digitalen Modellstruktur für ein optimiertes Verhältnis von Produktpartikel und Feinpartikel der Teilpartikel im Absaugkanal, sodass die Regelvorrichtung für verschiedenen Materialströme und Partikeleigenschaft trainierbar ist und mit einem minimalen Aufwand an veränderte Rahmenbedingungen anpassbar ist. Ausserdem ist eine Netzwerkbibliothek mit neuen historischen Betriebsdaten ergänzbar und dadurch die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung anpassbar. In einer Ausführungsvariante weist die Vorrichtung mehrere Netzwerkbibliotheken auf, wobei die Netzwerkbibliotheken jeweils Regionen spezifische historische Betriebsdaten umfassen, sodass Vorrichtungen in einer Region auf die regionale Netzwerkbibliothek zugreifbar sind, sodass die regionalen Vorrichtungen auf regionale Materialströme und/oder Partikeleigenschaften trainierbar sind.
  • In einer anderen Ausführungsvariante weisen die historischen Betriebsdaten mit den Schwingungskennwerten und einer Klappenstellung und/oder einer Drehzahl und/oder einer Fördermenge und/oder eines Materialstroms und/oder einer Feuchtigkeit des Materialstroms auf, sodass historische Betriebsdaten mit leicht modifizierten Vorrichtungen gemäss dem Stand der Technik generierbar sind und zum Trainieren der Regelvorrichtung verwendbar sind.
  • An dieser Stelle soll festgehalten werden, dass sich die vorliegende Erfindung neben der erfindungsgemässen Vorrichtung auch auf ein Verfahren zur Realisierung der erfindungsgemässen Vorrichtung bezieht.
    • Kurze Beschreibung der Figuren
    • Fig. 1 zeiht einen schematischen vertikal verlaufenden Querschnitt durch eine Vorrichtung zur Extraktion von Feinpartikeln aus einem Materialstrom gemäss der Ausführungsform der Erfindung,
    • Fig. 2 zeigt ein Fliessschema eine Vorrichtung zur Extraktion von Feinpartikeln aus einem Materialstrom gemäss der Ausführungsform der Erfindung,
    • Fig. 3 zeigt einen schematischen vertikal verlaufenden Querschnitt durch eine Fördervorrichtung mit einem ersten Absaugkanal gemäss der Ausführungsform der Erfindung,
    • Fig. 4 zeigt einen schematischen vertikal verlaufenden Querschnitt durch einen Produktauslass mit einem zweiten Absaugkanal gemäss der Ausführungsform der Erfindung,
    • Fig. 5 zeigt schematisch einen vertikal verlaufenden Querschnitt durch einen Steigkanal eines Absaugkanals mit einem Beschleunigungssensor gemäss der Ausführungsform der Erfindung,
    • Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung zur Messung eines Sensorsignals und einer Generierung eines Steuersignals zur Regelung einer Absaugvorrichtung gemäss der Ausführungsform der Erfindung,
    • Fig. 7 zeigt eine Darstellung eines Frequenzspektrums gemäss der Ausführungsform der Erfindung,
    • Fig. 8 zeigt ein Blockdiagramm einer Signalverarbeitungseinheit gemäss der Ausführungsform der Erfindung,
    • Fig. 9a zeigt eine Darstellung des gemessenen Sensorsignals, als Beschleunigungswert in m/s2 auf einer Zeitachse in Sekunden,
    • Fig. 9b zeigt eine Darstellung des generierten den RMS-Wertes basierend auf dem Sensorsignal von Fig. 9a,
    • Fig. 10 zeigt einen schematischen vertikal verlaufenden Querschnitt durch einen Beschleunigungssensor gemäss der Ausführungsform der Erfindung,
    • Fig 11 zeigt ein Blockschema einer Regelvorrichtung gemäss der Ausführungsform der Erfindung.
    Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Die Figur 1 zeigt einen Querschnitt einer Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung 1 zur Extraktion von Feinpartikeln 1.1.2 aus einem Materialstrom 1.1, insbesondere einer Reinigungsmaschine 1 zur Reinigung und/oder Sortieren vom Materialstrom 1.1. Beispielsweise wird die Reinigungsmaschine 1 zur Reinigung und zum Sortieren von Weizen, Gerste, Raps, Mais, Soja, Sonnenblumenkernen und anderen Agrarprodukten für die Lebensmittelverarbeitung angewendet. Der Materialstrom 1.1 umfasst ein Gemisch aus Produktpartikeln 1.1.1 und Feinpartikeln 1.1.2, wobei sich die Feinpartikel 1.1.2 in Gewicht und/oder Partikelgrösse und/oder Partikeldichte von den Produktpartikeln 1.1.1 unterscheiden. Derartige Feinpartikel 1.1.2 sind beispielsweise Hülsen oder Blätter, welche nicht zum Produktpartikel 1.1.1 gehören.
  • Die Reinigungsmaschine 1 umfasst ein Gehäuse 1.8, einen Materialeinlass 1.3.1 mit einer Vibrationsklappe 1.5.2 zur Einspeisung des Materialstroms 1.1 und gleichmässigen Verteilung des Materialstroms 1.1 über die dafür vorgesehene Breite der Reinigungsmaschine 1, eine Zuführvorrichtung 1.5 zur Dosierung des Materialstroms 1.1, einer Siebvorrichtung 1.2 zur Reinigung und Sortierung der Produktpartikel 1.1.1 des Materialstroms 1.1 und einer Abführvorrichtung 1.6 zum Abführen der gereinigten und klassifizierten Produktpartikel 1.1.1 aus der Reinigungsmaschine 1.
  • Die Reinigungsmaschine 1 weist eine Absaugvorrichtung 1.4 mit einem Absaugkanal 1.4.3 zum Absaugen von Teilpartikel 1.1.3 aus dem Materialstrom 1.1 mittels eines regelbaren Luftstroms oder Luftsogs 1.4.2 im Absaugkanal 1.4.3 und einer Regelvorrichtung 1.7 zum Regeln der Absaugvorrichtung 1.4 auf. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Absaugvorrichtung 1.4 mehrere Förderelemente 1.4.5 zum Fördern der sich im Absaugkanal gesammelten Feinpartikel 1.1.2 aus der Reinigungsmaschine, einen Lüfter 1.4.1 der durch den Absaugkanal 1.4.3 die Teilpartikel 1.1.2 im Bereich der Zuführvorrichtung 1.5 und im Bereich der Abführvorrichtung 1.6 absaugt. Im Bereich der Zuführvorrichtung 1.5 umfassen die abgesaugte Teilpartikel 1.1.2 vor allem Leichtteile und Staub, sodass die Siebbelastung der Siebvorrichtung 1.2 reduziert wird und dadurch eine höhere Reinigungsqualität der Teilpartikel 1.1.3 beziehungsweise der Produktpartikel 1.1.1 sichergestellt wird. Im Bereich der Abführvorrichtung 1.6 ist der Materialstrom 1.1 bereits in einen ersten Produktstrom 1.1.5.1 mit einer ersten Produktgüte und einen zweiten Produktstrom 1.1.5.2 mit einer zweiten Produktgüte mittels der Siebvorrichtung 1.2 sortiert, respektive klassifiziert, und die abgesaugten Teilpartikel 1.1.3 umfassen grösstenteils durch den Siebvorgang abgelöste Feinpartikel 1.1.2 und einige wenige Produktpartikel 1.1.1 aus dem ersten Produktstrom 1.1.5.1 und/oder dem zweiten Produktstrom 1.1.5.2, sodass ein zusätzlicher Reinigungsschritt des Materialstrom 1.1 durchführbar ist, um eine möglichst geringe Belastung des ersten Produktstroms 1.1.5.1 und/oder zweiten Produktstroms 1.1.5.2 mit Feinpartikel 1.1.2 zu gewährleisten.
  • Die Absaugvorrichtung 1.4 in der vorliegenden Ausführungsform der Reinigungsmaschine 1 weist einen zentralen Lüfter 1.4.1 auf, der derart ausgebildet ist, dass der zentrale Lüfter 1.4.1 mehrere Reinigungsmaschinen und/oder andere Getreideverarbeitende Maschinen aspirieren kann. Derartige zentrale Lüfter 1.4.1 finden beispielsweise in Getreideannahmestellen, Getreidemühlen oder ähnlichen Anlagen Anwendung und stellen eine effiziente Absaugung / Aspiration der einzelnen Verarbeitungsschritte in der Anlage sicher.
  • Der Absaugkanal 1.4.3 weist einen ersten Absaugkanal 1.4.3.1 im Bereich der Zuführvorrichtung 1.5 zum Reinigen des zu verarbeitenden Materialstroms 1.1 und/oder einen zweiten Absaugkanal 1.4.3.2 im Bereich der Abführvorrichtung 1.6 zur Reinigung des durch die Siebvorrichtung 1.2 sortierten Materialstroms 1.1 auf. Zur Regelung des Luftstroms 1.4.2 im ersten Absaugkanal 1.4.3.1 weist die Absaugvorrichtung 1.4 eine erste Drosselklappe 1.4.4.1 und/oder des Luftstroms 1.4.2 im zweiten Absaugkanal 1.4.3.2 eine zweite Drosselklappe 1.4.4.2 auf. Der Luftstrom 1.4.2 ist durch ein Verschwenken der korrespondierenden Drosselklappe 1.4.4.1/1.4.4.2, beispielsweise mittels eine Stellantriebs (pneumatisch oder elektrisch) durch die Regelvorrichtung 1.7 regelbar.
  • Die Regelvorrichtung 1.7 ist mit einem, einen Messbereich umfassenden Beschleunigungssensors 1.7.1 verbunden, wobei mittels des Beschleunigungssensors 1.7.1 die abgesaugten Teilpartikel 1.1.3 messbar sind und der Beschleunigungssensors 1.7.1 im Absaugkanal 1.4.3 und insbesondere im Steigkanal 1.4.3.3 derart angeordnet ist, dass der Messbereich sich in einen Bereich des Luftstroms 1.4.2 mit den abgesaugten Teilpartikel 1.1.3 erstreckt, sodass die vom Messbereich sensorisch gemessenen Teilpartikel 1.1.3 einen repräsentativen Messwert für den gesamten Querschnitt in diesem Abschnitt des Absaugkanals 1.4.3.2 ermittelt, wobei mittels der im Luftstrom 1.4.2 transportierten und mit einem Aufprallimpuls 3 auf den Beschleunigungssensor 1.7.1 auftreffenden Teilpartikel 1.1.3 ein impuls-abhängiges Sensorsignal 1.7.2 mittels des Beschleunigungssensors 1.7.1 generierbar ist und das Sensorsignal 1.7.2 auf die Regelvorrichtung 1.7 übertragbar ist und der erzeugte Luftstrom 1.4.2 mittels der Regelvorrichtung 1.7 über die Absaugvorrichtung 1.4 basierend auf den gemessenen Sensorsignalen 1.7.2 und/oder mittels der Sensorsignale 1.7.2 gemessenen Aufprallimpulse 3 der Teilpartikel 1.1.3 auf dem Beschleunigungssensors 1.7.1 regelbar ist und wobei die Absaugvorrichtung 1.4 mittels der Regelvorrichtung 1.7 derart regelbar ist, dass die abgesaugten Teilpartikel 1.1.3 ein definierbares Gemisch aus Produktpartikeln 1.1.1 und Feinpartikeln 1.1.2 umfassen.
  • In Fig 10 ist eine Ausführungsform des Beschleunigungssensors 1.7.1 mit eine Prallplatte 1.7.1.1 dargestellt, wobei die Prallplatte 1.7.1.1 elastisch / schwingbar am Absaugkanal 1.4.3, insbesondere am Steigkanal 1.4.3.3 befestigt ist und sich der durch die Aufprallplatte 1.7.1.1 ausgebildete Messbereich in einen Bereich des Luftstroms 1.4.2 mit den abgesaugten Teilpartikel 1.1.3 erstreckt. Wenigstens ein Teil der abgesaugten Teilpartikel 1.1.3 treffen mit des Aufprallimpuls 3 auf den durch die Aufprallplatte 1.7.1.1 gebildeten Messbereich des Beschleunigungssensors 1.7.1 auf, nachfolgend detektierte Teilpartikel 1.1.3 genannt, und regen mittels des Aufprallimpulse 3 die Aufprallplatte 1.7.1.1 zu einer mechanischen, zeitlich variablen Schwingung umfassend mehrere Schwingungen mit zeitlich variablen Amplituden und/oder zeitlich variablen Frequenzen an. Ferner umfasst der Beschleunigungssensor 1.7.1 einen Vibrationssensor 1.7.1.2, der mechanisch mit der Aufprallplatte 1.7.1.1 verbunden ist, sodass die durch den Aufprallimpuls 3 der detektierten Teilpartikel 1.1.3 erzeugten Schwingungen der Prallplatte 1.7.1.1 vom Vibrationssensor 1.7.1.3 mechanisch erfasst werden und basierend auf der Schwingung der Aufprallplatte 1.7.1.1 das elektrische Sensorsignal 1.7.2 mittels einem physikalischen Effekt, beispielweise einem Piezoeffekt, durch den Vibrationssensor 1.7.1.2 generierbar ist. Die Aufprallplatte 1.7.1.1 ist mittels einem elastischen Befestigungselement 1.7.1.3 elastisch und damit schwingbar am Gehäuse 1.8 der Reinigungsmaschine 1 gelagert. Beispielweise ist als Vibrationssensor 1.7.1.2 ein Beschleunigungssensor des Typs VSP01A der Firma IFM anwendbar.
  • Der Vibrationssensor 1.7.1.2 wandelt die durch den Aufprallimpuls der Teilpartikel 1.1.3 auf die Aufprallplatte 1.7.1.1 erzeugte mechanische Schwingung der Aufprallplatte 1.7.1.1 in ein elektronisches Rohsignal um, beispielweise durch ein piezoelektrisches Element basierend auf Quarz- oder Keramikkristallen, wobei das Rohsignal proportional zum Schwingungsverlauf der Aufprallplatte 1.7.1.1 ist. Das Rohsignal wird im Beschleunigungssensor 1.7.1 oder einer separat ausgebildeten Auswertelektronik verstärkt und/oder gefiltert, sodass sensorspezifische Störsignale eliminiert werden und die gemessenen Sensorsignalwerte 1.7.2 für eine weitere Verarbeitung durch die Regelvorrichtung 1.7 nutzbar sind.
  • Die Regelvorrichtung 1.7 umfasst einen, mittels der Regelvorrichtung 1.7 basierend auf dem Sensorsignals 1.7.1 mit einer Abtastfrequenz f generierbaren, Schwingungskennwert 1.7.8, wobei die Regelvorrichtung 1.7 basierend auf dem Schwingungskennwert 1.7.8 generierbaren Steuersignalwert 2 zur Steuerung des Luftstroms 1.4.2 der Absaugvorrichtung 1.4 aufweist, sodass basierend auf dem Sensorsignal 1.7.1 mit der Abtastfrequenz f der Schwingungskennwert 1.7.8 in Echtzeit generierbar ist und der Schwingungskennwert 1.7.8 das Sensorsignal 1.7.2 im entsprechende Zeitfenster 1/f charakterisiert. Der oder die Schwingungskennwerte 1.7.8 stellen eine Kennzahl des Sensorsignals 1.7.2 im Zeitfenster 1/f dar, sodass unterschiedliche im Sensorsignal 1.7.2 enthalten Informationen wirtschaftlich quantifizierbar und durch die Regelvorrichtung 1.7 verarbeitbar sind. Beispielweise umfasst der Schwingungskennwert 1.7.8 wenigstens einen der folgenden Kennwerte: ein Amplitudenspitzenwert, als Indikation für die Feinpartikelgrösse, ein Amplitudenmittelwert, eine Änderungsrate der Sensorsignals 1.7.2 als Indikator für Störungen, eine Standardabweichung zur Charakterisierung der Gleichmässigkeit der abgesaugten Teilpartikel, eine harmonische Verzerrung des Sensorsignals 1.7.2 und/oder eine Signalspektrum mittels einer Fast Fourier Transformation des Sensorsignals 1.7.2, zur weitere Analyse der Frequenzkomponenten des Sensorsignals und/oder Herausfiltern von Störsignalen. Ferner ist der maximale Amplitudenwert zusammen der Leistung der Absaugvorrichtung, beispielweise der verbrauchten elektrischen Leistung, ein Indikator für den Grad der Verunreinigung des Materialstroms 1.1. Ausserdem ist durch die Generierung eines oder mehrerer Schwingungskennwerte 1.7.1.1 eine kontinuierliche Speicherung der Teilpartikel 1.1.3 des Sensorsignals 1.7.1 in einer wirtschaftlichen Art und Weise sichergestellt. Derartige in einem Datenspeicher 1.7.4.2.1 abgespeicherte historische Betriebsdaten 1.7.4.2.1.1 sind beispielsweise zum Trainieren einer Maschinenlernstruktur 1.7.4 nutzbar.
  • Die Regelvorrichtung 1.7 umfasst eine Signalverbindung mit dem Beschleunigungssensor 1.7.1 zum Empfangen des Sensorsignals 1.7.2 durch eine Signalverarbeitungseinheit 1.7.3 zur Auswertung des Sensorsignals 1.7.2, sowie eine Speichereinheit zur Speicherung von Daten, beispielweise zur Speicherung der Schwingungskennwerte 1.7.8 des Sensorsignals 1.7.2 oder zusätzliche Daten die basierend auf dem Sensorsignal 1.7.2 durch die Signalverarbeitungseinheit 1.7.3 generierbar sind. Ausserdem weist die Signalverarbeitungseinheit 1.7.3 eine Fast Fourier Transformation Einheit (FFT-Einheit) zur Durchführung einer Fourier Transformation des Sensorsignals 1.7.2 auf. Ein Signalspektrum ist mittels FFT-Einheit basierend auf dem Sensorsignal 1.7.2 generierbar, wobei das Signalspektrum ein zeitlich variables Signalspektrum mit einem, basierend auf den Aufprallimpulsen der detektierten Teilpartikel 1.1.3, durch den Beschleunigungssensor 1.7.1 generierten Prallspektrum und ein oder mehreren Störspektren umfasst. Die Störspektren basieren beispielweise auf Vibration des Gehäuses 1.8 der Reinigungsvorrichtung 1, die mittels des Befestigungselements des Beschleunigungssensors 1.7.1 vom Gehäuse 1.8 an den Vibrationssensor 1.7.1.3 übertragen und vom Beschleunigungssensor 1.7.1 erfasst werden. Die Signalverarbeitungseinheit 1.7.3 weist ein Bandfilter zum Herausfiltern von der Störsignale/Störspektren auf, wobei ein Signalverarbeitungsspektrum 1.7.2.1 ohne die Störspektren mittels des Bandfilters basierend auf dem Sensorsignal 1.7.2 generierbar ist. Der Schwingungskennwert 1.7.8 des Sensorsignals 1.7.2 ist durch die Signalverarbeitungseinheit 1.7.3 basierend auf dem Sensorsignal 1.7, insbesondere basierend auf dem Signalfrequenzspektrum 1.7.2.1 mit einer Abtastfrequenz f ein Schwingungskennwert 1.7.8, generierbar ist. In der vorliegenden Ausführungsform weist der Schwingungskennwert 1.7.8 ein quadratischer Mittelwert / Root Mean Square Wert (RMS-Wert) auf, der mittels der Signalverarbeitungseinheit 1.7.3 basierend auf dem Signalfrequenzspektrum1.7.2.1 generierbar ist. Dabei ist der RMS-Wert basierend auf dem Signalfrequenzspektrum 1.7.2.1 beziehungsweise f(x) mittels der Funktion: RMS = 1 T ∫ 0 T f x 2 ⋅ dx wobei f(x) das Signalfrequenzspektrum 1.7.2.1, beziehungsweise das Sensorsignal 1.7.2 ohne die Störspektren, darstellt und T die Abtastperiode 1/f, wobei der RMS-Wert mittels der Signalverarbeitungseinheit 1.7.3 generierbar.
  • Ausserdem weist die Regelvorrichtung 1.7 einen Zielkennwert 1.7.7 und ein Regelelement 1.7.6 auf, wobei der Steuersignalwert 2 basierend auf dem Zielkennwert 1.7.7 und dem Schwingungskennwert 1.7.8 durch das Regelelement 1.7.6 generierbar ist. Das Regelelement 1.7.6 umfasst einen Regelalgorithmus, beispielsweise einen PID-Regler, zur Generierung des Steuersignals 2 basierend auf dem Zielkennwert 1.7.7 und dem Schwingungskennwert 1.7.8.
  • Ferner umfasst die Vorrichtung 1 ein Human Machine Interface 1.3 und eine Steuertabelle 1.7.5 mit wenigstens einem Rezeptparameterwert 1.7.5.1 und einem korrespondierenden Regelparameterwert 1.7.5.2 , wobei der Regelparameterwert 1.7.5.2 basierend auf einem selektierten Rezeptparameterwert 1.7.5.1 durch das HMI 1.3.4 in der Steuertabelle 1.7.5 suchbar und an die Regelvorrichtung 1.7 sendbar ist, und wobei der selektierte Regelparameterwert 1.7.5.2 durch die Regelvorrichtung 1.7 empfangbar ist und der Zielkennwert 1.7.7 basierend auf dem selektierten Regelparameterwert 1.7.5.2 durch die Regelvorrichtung 1.7 generierbar ist.
  • Optional weist die erfindungsgemässe Vorrichtung einen Materialsensor 1.9 zur Messung eines Materialparameters 1.9.1 auf, wobei der Materialparameter 1.9.1 ein Feuchtigkeitswert und/oder einen Materialtypwert und/oder einen Grössenverteilungswert des Materialstrom 1.1 aufweist, wobei der Materialparameterwert 1.9.1 durch die Regelvorrichtung 1.7 empfangbar ist.
  • Die Signalverarbeitungseinheit 1.7.3 generiert basierend auf dem Materialparameterwert 1.9.1 und/oder basierend auf dem Regelparameterwert 1.7.5.2 den Zielkennwert 1.7.7. Bei einer Verwendung des Materialparameterwertes 1.9.1 erfolgt eine Generierung des Zielkennwertes 1.7.7 in real-time basierend auf den vom Materialsensor 1.9 gemessenen Materialparameterwerten 1.9.1 und bei der Verwendung des Regelparameterwertes 1.7.5.2 eine manuelle Konfiguration, beispielsweise durch eine Bedienperson der Reinigungsvorrichtung 1 mittels des HMI 1.3.4. Optional sind die Materialparameterwerte und/oder Regelparameterwerte und/oder Rezeptparameterwerte 1.7.5.1 als historische Betriebsdaten 1.7.4.2.1.1 durch die Regelvorrichtung 1.7 im Datenspeicher 1.7.4.2.1 speicherbar.
  • Die Absaugvorrichtung 1.4 umfasst: einen Lüfter 1.4.1 mit einer regelbaren Drehzahl 1.4.1.1 zur Regulierung des Volumenstroms des Luftstroms 1.4.2 im Absaugkanal 1.4.3 und/oder eine am Absaugkanal 1.4.3 angeordnete stellbare Drosselklappe 1.4.4 mit einer Klappenstellung zur Regulierung des Luftstroms 1.4.2 und/oder die Vorrichtung 1 eine Fördervorrichtung 1.5.2 mit einer regulierbaren Fördermenge 1.5.2.1. In der vorliegenden Ausführung der erfindungsgemässen Reinigungsvorrichtung 1 weist die Absaugvorrichtung 1.4 den zentralen Lüfter auf, wobei der Luftstrom 1.4.2 im Absaugkanal 1.4.3.2 durch die erste Drosselklappe 1.4.4/1.4.4.1 und die zweite Drosselklappe 1.4.4/1.4.4.2 regulierbar ist, wobei optional die erste Drosselklappe 1.4.4/1.4.4.1 manuell und die zweite Drosselklappe 1.4.4/1.4.4.2 mittels der Regelvorrichtung 1.7 verstellbar ist. Mit anderen Worten kann die erste Drosselklappe 1.4.4.1 automatisch (d.h. durch die Reinigungsvorrichtung 1 und/oder die Regelvorrichtung 1.7 bzw. einen Stellantrieb) oder manuell geregelt sein, wobei die erste Drosselklappe 1.4.4.1 das Verhältnis der Absaugmenge zwischen dem Absaugkanal 14.3.1 beim Produkteinlass und dem Steigkanal 1.4.3.3 beim Produktauslass der Maschine regelt. Wogegen die zweite Drosselklappe 1.4.4.2 sich am Ausgang des Absaugkanals der Reinigungsvorrichtung 1 befindet, wobei zweite Drosselklappe 1.4.4.2 durch die Regelvorrichtung 1.7 beziehungsweise einen Stellantrieb geregelt wird.
  • Der Steuersignalwert 2 weist einen Klappenstellwert 2.1 zur Regelung der Drosselklappe 1.4.4 und/oder einer Zieldrehzahl 2.2 zur Regelung des Lüfters 1.4.1 und/oder einer Zielfördermenge 2.3 zur Regelung der Fördermenge 1.5.2.1 der Fördervorrichtung 1.5.2 auf, sodass der Luftstrom 1.4.2 im Absaugkanal 1.4.3 durch die Regelvorrichtung 1.7 basierend auf dem Steuersignal regelbar ist.
  • Der Absaugkanal 1.4.3 weist einen Steigkanal 1.4.3.3 zum Absaugen der Teilpartikel 1.1.1 entgegen einer Schwerkraft G auf, wobei die durch den Luftstrom 1.4.2 abgesaugten Teilpartikel 1.1.3 im Steigkanal 1.4.3.3 mit einem Bewegungswinkel von weniger als 80° Grad entgegen der Schwerkraft G transportierbar sind. Eine derartige Ausbildung, wenigstens eines Teilabschnittes des Absaugkanals 1.4.3 bewirkt eine zusätzliche Sichtung der Teilpartikel 1.1.1 mittels der Schwerkraft G, eine sogenannte Steigsichtung.
  • Die Regelvorrichtung 1.7 weist eine Maschinenlernstruktur 1.7.4 zur Bestimmung des variablen Steuersignalwertes 2 für vordefinierte Schwingungskennwerte 1.7.8 und/oder Regelparameterwerte 1.7.5.2 und/oder Signalspektren auf. Ausserdem umfasst die Maschinenlernstruktur 1.7.4 eine Netzwerkbibliothek 1.7.4.2 mit dem Datenspeicher 1.7.4.2.1 zur Speicherung der historischen Betriebsdaten 1.7.4.2.1.1, und wobei die Maschinenlernstruktur 1.7.4 eine auf maschinellem Lernen basierende Modellierungsmaschine 1.7.4.1 zum Erzeugen einer digitalen Modellstruktur auf der Grundlage der historischen Betriebsdaten 1.7.4.2.1.1 aufweist, die trainiert wird, indem die historischen Betriebsdaten 1.7.4.2.1.1 als Eingabewerte verwendet werden, und nach dem Training zum Bestimmen des optimierten variablen Steuersignalwertes 2 für einen gegebenen Schwingungskennwert 1.7.8 unter Verwendung der mindestens einen digitalen Modellstruktur für ein optimiertes Verhältnis von Produktpartikel 1.1.1 und Feinpartikel 1.1.2 der Teilpartikel 1.1.3 im Absaugkanal 1.4.3. Die historischen Betriebsdaten 1.7.4.2.1.1 weisen Schwingungskennwerte 1.7.8 und einer Klappenstellung und/oder einer Drehzahl 1.4.1.1 und/oder einer Fördermenge 1.5.2.1 und/oder einen Materialstroms 1.1 und/oder einer Feuchtigkeit des Materialstroms 1.1 auf.
  • Das erfindungsgemässe Verfahren zur Extraktion von Feinpartikeln 1.1.2 aus dem Materialstrom 1.1 umfasst ein Absaugen von Teilpartikel 1.1.3 aus dem Materialstrom 1.1 durch die Absaugvorrichtung 1.4 mittels des regelbaren Luftstroms / Luftsogs 1.4.2 im Absaugkanal 1.4.3. Sowie Erzeugen des regelbaren Luftstroms 1.4.2 im Absaugkanal 1.4.3 mittels der Absaugvorrichtung 1.4 und Regeln der Absaugvorrichtung 1.4 mittels der Regelvorrichtung 1.7, durch Messen der durch den Luftstrom 1.4.2 abgesaugten Teilpartikel 1.1.3 mittels des mit der Regelvorrichtung 1.7 verbundenen Beschleunigungssensors 1.7.1 durch die Regelvorrichtung (1.7). Ferner umfasst das erfindungsgemässe Verfahren die folgenden Schritte: Generierung eines impuls-abhängigen Sensorsignals 1.7.2 mittels der, im Luftstrom 1.4.2 transportierten und mit einem Aufprallimpuls 3 auf den Beschleunigungssensor 1.7.1 auftreffenden, Teilpartikel 1.1.3 und Übertragen des Sensorsignals 1.7.2 an die Regelvorrichtung 1.7, Generieren des Steuersignalwerts 2 mittels der Regelvorrichtung 1.7 basierend auf den gemessenen Sensorsignalen 1.7.2 und/oder mittels der Sensorsignale 1.7.2 der gemessenen Aufprallimpulse 3 der Teilpartikel 1.1.3 auf den Beschleunigungssensor 1.7.1, und Senden des Steuersignalwertes 2 an die Absaugvorrichtung 1.4 zur Regelung des erzeugten Luftstrom 1.4.2 im Absaugkanal 1.4.3, sodass die abgesaugten Teilpartikel 1.1.3 das definierbare Gemisch aus Produktpartikeln 1.1.1 und Feinpartikeln 1.1.2 umfassen.
  • Ferner umfasst das erfindungsgemässe Verfahren ein Generieren von einem Schwingungskennwert 1.7.8 durch die Regelvorrichtung 1.7 basierend auf dem Sensorsignal 1.7.2, sowie Generieren eines Steuersignalwertes 2 mittels der Regelvorrichtung 1.7 basierend auf dem generierten Schwingungskennwert 1.7.8 des Sensorsignals 1.7.2, und Senden des Steuersignalwertes 2 an die Absaugvorrichtung 1.4 durch die Regelvorrichtung 1.7 zur Regelung des Luftstroms 1.4.2 im Absaugkanal 1.4.3 zum Absaugen der Teilpartikel 1.1.3.
  • Das erfindungsgemässe Verfahren umfasst ein Konfigurationsverfahren für die erfindungsgemässe Reinigungsvorrichtung 1, wobei das Konfigurationsverfahren ein manuelles Konfigurationsverfahren und/oder ein automatisches Konfigurationsverfahren umfasst.
  • Das manuelle Konfigurationsverfahren weist die folgenden Schritte auf:
    1. a) Anzeigen von Rezeptparametern 1.7.5.1 durch das HMI 1.3.4 basierend auf der Steuertabelle 1.7.5;
    2. b) Auswahl eines Rezeptparameterwertes 1.7.5.1 durch einen Bediener der Reinigungsvorrichtung 1 basierend auf den am HMI 1.3.4 angezeigten Rezeptparameterwerten 1.7.5.1;
    3. c) Suchen des zum selektierten Rezeptparameterwertes 1.7.5.1 korrespondierenden Regelparameterwertes 1.7.5.2 in der Steuertabelle 1.7.5 und Laden des korrespondierenden Regelparameterwertes 1.7.5.2 in die Regelvorrichtung 1.7;
    4. d) Generieren des Zielkennwertes 1.7.7 durch die Signalverarbeitungseinheit 1.7.3 basierend auf dem geladenen korrespondierenden Regelparameterwert 1.7.5.2;
  • Wobei optional die Steuertabelle 1.7 wenigstens einen Rezeptparameterwert 1.7.5.1 mit jeweils einem korrespondierenden Regelparameterwert 1.7.5.2 mit dem Wert des Zielkennwert 1.7.7 aufweist.
  • Das automatische Konfigurationsverfahren umfasst die folgenden Schritte:
    1. a) Messen des Materialparameterwertes 1.9.1 des Materialstroms 1.1 mittels des Materialsensors 1.9
    2. b) Senden des Materialparameterwertes 1.9.1 an die Regelvorrichtung 1.7
    3. c) Generieren des Zielkennwertes 1.7.7 durch die Signalverarbeitungseinheit 1.7.3 basierend auf dem empfangenen Materialparameterwert 1.9.1;
  • Wobei die Signalverarbeitungseinheit 1.7.3 optional eine Look-up Tabelle mit wenigstens einem Materialparameterwert 1.9.1 und einem korrespondierenden Zielkennwert 1.7.7 aufweist und wobei der Zielkennwert 1.7.7 durch die Signalverarbeitungseinheit 1.7.3 basierend auf dem Materialparameterwert 1.9.1 im Look-up Tabelle suchbar und der zum Materialparameterwert 1.9.1 korrespondierende Zielkennwert 1.7.7 durch die Regelvorrichtung 1.7 empfangbar ist, sodass im Look-up Table beispielsweise für verschiedene Materialtypen, beispielweise Weizen, Mais, Soja, und unterschiedliche Materialfeuchtewerte korrespondierende Zielkennwerte 1.7.7 speicherbar sind. Optional ist der Zielkennwert 1.7.7 im manuellen Konfigurationsverfahren durch die Signalverarbeitungseinheit 1.7.3 basierend auf dem Look-up Tabelle generierbar. Die im Look-Up Tabelle abgespeicherten Rezeptparameterwerte 1.7.5.1 und Regelparameterwerte 1.7.5.2 bilden Kennkurven für verschiedene Materialtypen, sodass die Reinigungsleistung der Reinigungsmaschine sehr flexibel und anpassungsfähig an zusätzliche oder variierende Rahmenbedingungen anpassbar ist. Ferner können nicht in der Steuertabelle abgespeicherte Regelparameter 1.7.5.2 basierend auf abgespeicherten Regelparameterwerten 1.7.5.2. interpoliert werden.
    • Referenzliste
    1. 1. Reinigungsvorrichtung
      • 1.1. Materialstrom
        • 1.1.1.Produktpartikel
        • 1.1.2.Feinpartikel
        • 1.1.3.Teilpartikel
        • 1.1.5.Produktstrom
          • 1.1.5.1. Erster Produktstrom
          • 1.1.5.2. Zweiter Produktstrom
      • 1.2. Siebvorrichtung
      • 1.3. Gehäuse
        • 1.3.1.Materialeinlass
        • 1.3.2.Auslass
        • 1.3.3.Antrieb
        • 1.3.4.Human Machine Interface (HMI)
      • 1.4. Absaugvorrichtung
        • 1.4.1 .Lüfter
          1.4.1.1. Drehzahl
        • 1.4.2.Luftstrom / Luftsog
        • 1.4.3.Absaugkanal
          • 1.4.3.1. erster Absaugkanal
          • 1.4.3.2. zweiter Absaugkanal
          • 1.4.3.3. Steigkanal
        • 1.4.4.Drosselklappe
          • 1.4.4.1. erste Drosselklappe
          • 1.4.4.2. zweite Drosselklappe
      • 1.5. Zuführvorrichtung
        • 1.5.1.Zuführkanal
        • 1.5.2. Fördervorrichtung
          1.5.2.1. Fördermenge
      • 1.6. Abführvorrichtung
        1.6.1.Abführkanal
        • 1.6.1.1. Erster Abführkanal
        • 1.6.1.2. zweiter Abführkanal
      • 1.7. Regelvorrichtung
        • 1.7.1.Beschleunigungssensor
          • 1.7.1.1. Prallplatte
          • 1.7.1.2. Vibrationssensor
          • 1.7.1.3. elastisches Befestigungselement
        • 1.7.2.Sensorsignal
          1.7.2.1. Signalfrequenzspektrum
          • 1.7.2.1.1. Prallfrequenzen
          • 1.7.2.1.2. Störfrequenzen
        • 1.7.3. Signalverarbeitungseinheit
          1.7.3.1. Fast-Fourier Transformation Einheit (FFT-Einheit)
        • 1.7.4.Maschinenlernstruktur
          • 1.7.4.1. Modellierungsmaschine
          • 1.7.4.2. Netzwerkbibliothek
            • 1.7.4.2.1. Datenspeicher
              • 1.7.4.2.1.1. historischen Betriebsdaten 1.7.5.Steuertabelle
          • 1.7.5.1. Rezeptparameter
          • 1.7.5.2. Regelparameter
        • 1.7.6.Regelelement
        • 1.7.7.Zielkennwert
        • 1.7.8.Schwingungskennwert
      • 1.8. Gehäuse
      • 1.9. Materialsensor
        1.9.1.Materialparameter
    2. 2. Steuersignal
      • 2.1. Klappenstellwert
      • 2.2. Zieldrehzahl
      • 2.3. Zielfördermenge
    3. 3. Aufprallimpuls von Teilpartikel

Claims (14)

  1. Vorrichtung (1) zur Extraktion von Feinpartikeln (1.1.2) aus einem Materialstrom (1.1), wobei der Materialstrom (1.1) ein Gemisch aus Produktpartikeln (1.1.1) und Feinpartikeln (1.1.2) umfasst und wobei die Feinpartikel (1.1.2) sich in Gewicht und/oder Partikelgrösse und/oder Partikeldichte von den Produktpartikeln (1.1.1) unterscheiden, umfassend eine Absaugvorrichtung (1.4) mit einem Absaugkanal (1.4.3) zum Absaugen von Teilpartikel (1.1.3) aus dem Materialstrom (1.1) mittels eines regelbaren Luftstroms oder Luftsogs (1.4.2) im Absaugkanals (1.4.3) und einer Regelvorrichtung (1.7) zum Regeln der Absaugvorrichtung (1.4), wobei die abgesaugten Teilpartikel (1.1.3) mittels eines, mit der Regelvorrichtung (1.7) verbundenen, Beschleunigungssensors (1.7.1) durch die Regelvorrichtung (1.7) messbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass
    der Beschleunigungssensors (1.7.1) einen Messbereich umfasst und der Messbereich sich in einen Bereich des Luftstroms (1.4.2) mit den abgesaugten Teilpartikel (1.1.3) erstreckt,
    wobei mittels der im Luftstrom (1.4.2) transportierten und mit einem Aufprallimpuls (3) auf den Messbereich des Beschleunigungssensor (1.7.1) auftreffenden Teilpartikel (1.1.3) ein impuls-abhängiges Sensorsignal (1.7.2) mittels des Beschleunigungssensors (1.7.1) generierbar ist und das Sensorsignal (1.7.2) auf die Regelvorrichtung (1.7) übertragbar ist;
    wobei der erzeugte Luftstrom (1.4.2) mittels der Regelvorrichtung (1.7) über die Absaugvorrichtung (1.4) basierend auf den gemessenen Sensorsignalen (1.7.2) und/oder mittels der Sensorsignale (1.7.2) gemessenen Aufprallimpulse (3) der Teilpartikel (1.1.3) auf dem Beschleunigungssensors (1.7.1) regelbar ist, und
    wobei die Absaugvorrichtung (1.4) mittels der Regelvorrichtung (1.7) derart regelbar ist, dass die abgesaugten Teilpartikel (1.1.3) ein definierbares Gemisch aus Produktpartikeln (1.1.1) und Feinpartikeln (1.1.2) umfassen.
  2. Vorrichtung (1) zur Extraktion von Feinpartikeln (1.1.2) aus einem Materialstrom (1.1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsignal (1.7.2) zeitlich variable Schwingungen mit zeitlich variablen Amplituden und/oder zeitlich variablen Frequenzen aufweist,
    wobei die Schwingungen durch den Aufprallimpuls (3) vom Produktpartikel (1.1.1) und/oder Feinpartikel (1.1.2) der Teilpartikel (1.1.3) auf den Messbereich des Beschleunigungssensor (1.7) durch den Beschleunigungssensor (1.7) generierbar sind,
    wobei die Regelvorrichtung (1.7) einen mittels der Regelvorrichtung (1.7) basierend auf dem Sensorsignal (1.7.2) mit einer Abtastfrequenz (f) generierbaren Schwingungskennwert (1.7.8) umfasst;
    wobei die Regelvorrichtung (1.7) einen mittels der Regelvorrichtung (1.7) basierend auf dem Schwingungskennwert (1.7.1.1) generierbaren Steuersignalwert (2) zur Steuerung des Luftstroms (1.4.2) der Absaugvorrichtung (1.4) aufweist.
  3. Vorrichtung (1) zur Extraktion von Feinpartikeln (1.1.2) aus einem Materialstrom (1.1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungskennwert (1.7.1.1) einen Leistungskennwert zur Quantifizierung der mittleren Leistung des Sensorsignals (1.7.2) für eine Abtastperiode 1/f umfasst.
  4. Vorrichtung (1) zur Extraktion von Feinpartikeln (1.1.2) aus einem Materialstrom (1.1) nach den Ansprüchen 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelvorrichtung (1.7) einen Zielkennwert (1.7.7) und ein Regelelement (1.7.6) aufweist, wobei der Steuersignalwert (2) basierend auf dem Zielkennwert (1.7.7) und dem Schwingungskennwert (1.7,1,1) durch das Regelelement (1.7.6) generierbar ist.
  5. Vorrichtung (1) zur Extraktion von Feinpartikeln (1.1.2) aus einem Materialstrom (1.1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) ein Human Machine Interface (1.3.) und eine Steuertabelle (1.7.5) mit wenigstens einem Rezeptparameterwert (1.7.5.1) und einem korrespondierenden Regelparameterwert (1.7.5.2) aufweist,
    wobei ein Regelparameterwert (1.7.5.2) basierend auf einem selektierten Rezeptparameterwert (1.7.5.1) durch das HMI (1.3.4) in der Steuertabelle (1.7.5) suchbar und an die Regelvorrichtung (1.7) sendbar ist; und
    wobei der selektierten Regelparameterwert (1.7.5.2) durch die Regelvorrichtung (1.7) empfangbar ist und der Zielkennwert (1.7.7) basierend auf dem selektierten Regelparameterwert (1.7.5.2) durch die Regelvorrichtung (1.7) generierbar ist.
  6. Vorrichtung (1) zur Extraktion von Feinpartikeln (1.1.2) aus einem Materialstrom (1.1) nach den Ansprüchen 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) einen Materialsensor (1.9) zur Messung eines Materialparameters (1.9.1) aufweist,
    wobei der Materialparameter (1.9.1) ein Feuchtigkeitswert und/oder ein Materialtypwert und/oder einer Grössenverteilungswert des Materialstrom (1.3) aufweist,
    wobei der Materialparameterwert (1.9.1) durch die Regelvorrichtung (1.7) empfangbar ist und der Zielkennwert (1.7.7) basierend auf dem Materialparameterwert (1.9.1) generierbar ist.
  7. Vorrichtung (1) zur Extraktion von Feinpartikeln (1.1.2) aus einem Materialstrom (1.1) nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Siebvorrichtung (1.2) zum Klassifizieren der Produktpartikel (1.1.1) aus dem Materialstrom (1.1) in einen Produktstrom (1.1.5) umfasst, wobei die Teilpartikel (1.1.3) mittels dem Absaugkanal (1.4.3) vom Produktstrom (1.1.5) absaugbar sind.
  8. Vorrichtung (1) zur Extraktion von Feinpartikeln (1.1.2) aus einem Materialstrom (1.1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugvorrichtung (1.4) einen Lüfter (1.4.1) mit einer regelbaren Drehzahl (1.4.1.1) zur Regulierung des Volumenstroms des Luftstroms (1.4.2) im Absaugkanal (1.4.3) umfasst und/oder die Absaugvorrichtung (1.4) eine am Absaugkanal (1.4.3) angeordnete stellbare Drosselklappe (1.4.4/1.4.4.1) mit einer Klappenstellung zur Regulierung des Luftstroms (1.4.2) aufweist und/oder die Vorrichtung (1) eine Fördervorrichtung (1.5.2) mit einer regulierbaren Fördermenge (1.5.2.1) aufweist.
  9. Vorrichtung (1) zur Extraktion von Feinpartikeln (1.1.2) aus einem Materialstrom (1.1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuersignalwert (2) einen Klappenstellwert (2.1) zur Regelung der Drosselklappe (1.4.4) und/oder einer Zieldrehzahl (2.2) zur Regelung des Lüfters (1.4.1) und/oder einer Zielfördermenge (2.3) zur Regelung der Fördermenge (1.5.2.1) der Fördervorrichtung (1.5.2) aufweist.
  10. Vorrichtung (1) zur Extraktion von Feinpartikeln (1.1.2) aus einem Materialstrom (1.1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Absaugkanal (1.4.3) einen Steigkanal (1.4.3.3) zum Absaugen der Teilpartikel (1.1.1) entgegen einer Schwerkraft (g) aufweist, wobei die durch den Luftstrom (1.4.2) abgesaugten Teilpartikel (1.1.3) im Steigkanal (1.4.3.3) mit einem Bewegungswinkel von weniger als 80° Grad entgegen der Schwerkraft (G) transportierbar sind.
  11. Vorrichtung (1) zur Extraktion von Feinpartikeln (1.1.2) aus einem Materialstrom (1.1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungssensor (1.7.1) eine Prallplatte (1.7.1.1) aufweist,
    wobei die Prallplatte (1.7.1.1) elastisch am Absaugkanal (1.4.3) befestigt ist und sich der Messbereich in einen Bereich des Luftstroms (1.4.2) mit den abgesaugten Teilpartikel (1.1.3) erstreckt; und
    wobei mittels des Aufprallimpulses (3) von auf die Prallplatte (1.7.1.1) auftreffenden Teilpartikel (1.1.3) die Aufprallplatte (1.7.1.1) in eine Schwingung versetzbar ist.
  12. Vorrichtung (1) zur Extraktion von Feinpartikeln (1.1.2) aus einem Materialstrom (1.1) nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelvorrichtung (1.7) eine Maschinenlernstruktur (1.7.4) zur Bestimmung des variablen Steuersignalwertes (2) für vordefinierte Schwingungskennwerte (1.7.2.1.1) und/oder Regelparameterwerte (1.7.5.2) und/oder Materialparameterwerte (1.9.1) aufweist.
  13. Verfahren zur Extraktion von Feinpartikeln (1.1.2) aus einem Materialstrom (1.1), wobei der Materialstrom (1.1) ein Gemisch aus Produktpartikeln (1.1.1) und Feinpartikeln (1.1.2) umfasst und wobei die Feinpartikel (1.1.2) sich in Gewicht und/oder Partikelgrösse und/oder Partikeldichte von Produktpartikel (1.1.1) unterscheiden, umfassend (i) ein Absaugen von Teilpartikel (1.1.3) aus dem Materialstrom (1.1) durch eine Absaugvorrichtung (1.4) mit einen Absaugkanal (1.4.3) mittels eines regelbaren Luftstroms / Luftsogs (1.4.2) im Absaugkanal (1.4.3), Erzeugen des regelbaren Luftstroms (1.4.2) im Absaugkanal (1.4.3) mittels der Absaugvorrichtung (1.4) und Regeln der Absaugvorrichtung (1.4) mittels einer Regelvorrichtung (1.7), durch Messung der durch den Luftstrom (1.4.2) abgesaugten Teilpartikel (1.1.3) mittels eines, mit der Regelvorrichtung (1.7) verbundenen, Beschleunigungssensors (1.7.1) durch die Regelvorrichtung (1.7), gekennzeichnet, durch
    eine Generierung eines impuls-abhängigen Sensorsignals (1.7.2) mittels den im Luftstrom (1.4.2) transportierten und mit einem Aufprallimpuls (3) auf den Beschleunigungssensor (1.7.1) auftreffenden Teilpartikel (1.1.3) und Übertragen des Sensorsignals (1.7.2) an die Regelvorrichtung (1.7),
    Generieren eines Steuersignalwerts (2) mittels der Regelvorrichtung (1.7) basierend auf den gemessenen Sensorsignalen (1.7.2) und/oder mittels der Sensorsignale (1.7.2) gemessenen Aufprallimpulse (3) der Teilpartikel (1.1.3) auf dem Beschleunigungssensors (1.7.1); und
    Senden des Steuersignalwertes (2) an die Absaugvorrichtung (1.4) zur Regelung des erzeugten Luftstroms (1.4.2) im Absaugkanal (1.4.3), sodass die abgesaugten Teilpartikel (1.1.3) ein definierbares Gemisch aus Produktpartikeln (1.1.1) und Feinpartikeln (1.1.2) umfassen.
  14. Verfahren zur Extraktion von Feinpartikeln (1.1.2) aus einem Materialstrom (1.1) nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
    Generieren von einem Schwingungskennwert (1.7.8) durch die Regelvorrichtung (1.7) basierend auf dem Sensorsignal (1.7.2);
    Generieren eines Steuersignalwertes (2) mittels der Regelvorrichtung (1.7) basierend auf dem generierten Schwingungskennwert (1.7.8) des Sensorsignals (1.7.2); und
    Senden des Steuersignalwertes (2) an die Absaugvorrichtung (1.4) durch die Regelvorrichtung (1.7) zur Regelung des Luftstroms (1.4.2) im Absaugkanal (1.4.3) zum Absaugen der Teilpartikel (1.1.3).
EP24181526.5A 2024-06-11 2024-06-11 Vorrichtung und verfahren zur extraktion von feinpartikeln aus einem materialstrom Pending EP4663309A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP24181526.5A EP4663309A1 (de) 2024-06-11 2024-06-11 Vorrichtung und verfahren zur extraktion von feinpartikeln aus einem materialstrom
PCT/EP2025/065400 WO2025256972A1 (de) 2024-06-11 2025-06-03 Vorrichtung und verfahren zur extraktion von feinpartikeln aus einem materialstrom

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP24181526.5A EP4663309A1 (de) 2024-06-11 2024-06-11 Vorrichtung und verfahren zur extraktion von feinpartikeln aus einem materialstrom

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4663309A1 true EP4663309A1 (de) 2025-12-17

Family

ID=91481593

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP24181526.5A Pending EP4663309A1 (de) 2024-06-11 2024-06-11 Vorrichtung und verfahren zur extraktion von feinpartikeln aus einem materialstrom

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP4663309A1 (de)
WO (1) WO2025256972A1 (de)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0082125B1 (de) 1981-12-10 1987-09-23 Kamas Industri Ab Anordnung in Maschinen zur Abtrennung von Materialien mit unterschiedlichen aerodynamischen Eigenschaften
US5351832A (en) * 1993-03-29 1994-10-04 Stripping Technologies, Inc. Control system for cleaning systems
EP0461457B1 (de) * 1990-06-12 1995-08-09 Kurt-Henry Dipl.-Ing. Mindermann Apparat zum Sortieren von festen Körpern
DE102004054275A1 (de) 2004-11-09 2006-05-11 Bühler AG Vorrichtung zum Trennen von körnigem Gut
JP2015042390A (ja) * 2013-08-26 2015-03-05 井関農機株式会社 籾摺選別機
CN106216248A (zh) * 2016-08-03 2016-12-14 安徽笑堂茶业有限公司 一种智能茶叶风选机
CN104793638B (zh) * 2015-04-09 2017-05-17 云南烟叶复烤有限责任公司师宗复烤厂 打叶风分智能追踪控制方法
CN110052409A (zh) * 2019-05-24 2019-07-26 天津美腾科技有限公司 原煤分选系统
US20230053268A1 (en) * 2015-07-16 2023-02-16 Sortera Alloys, Inc. Classification and sorting with single-board computers

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0082125B1 (de) 1981-12-10 1987-09-23 Kamas Industri Ab Anordnung in Maschinen zur Abtrennung von Materialien mit unterschiedlichen aerodynamischen Eigenschaften
EP0461457B1 (de) * 1990-06-12 1995-08-09 Kurt-Henry Dipl.-Ing. Mindermann Apparat zum Sortieren von festen Körpern
US5351832A (en) * 1993-03-29 1994-10-04 Stripping Technologies, Inc. Control system for cleaning systems
DE102004054275A1 (de) 2004-11-09 2006-05-11 Bühler AG Vorrichtung zum Trennen von körnigem Gut
JP2015042390A (ja) * 2013-08-26 2015-03-05 井関農機株式会社 籾摺選別機
CN104793638B (zh) * 2015-04-09 2017-05-17 云南烟叶复烤有限责任公司师宗复烤厂 打叶风分智能追踪控制方法
US20230053268A1 (en) * 2015-07-16 2023-02-16 Sortera Alloys, Inc. Classification and sorting with single-board computers
CN106216248A (zh) * 2016-08-03 2016-12-14 安徽笑堂茶业有限公司 一种智能茶叶风选机
CN110052409A (zh) * 2019-05-24 2019-07-26 天津美腾科技有限公司 原煤分选系统

Also Published As

Publication number Publication date
WO2025256972A1 (de) 2025-12-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1516522B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Überkehrerntegutmenge
EP2001607B1 (de) Vorrichtung und verfahren zum flexiblen klassieren von polykristallinen silicium-bruchstücken
EP0155556B1 (de) Vorrichtung zum Absaugen von Luft aus Sicht- oder Klassiervorrichtungen
EP2322911A1 (de) Vorrichtung zum Bestimmen von Partikelgrössen
EP3222133A1 (de) Verfahren, verwendung und messvorrichtung zur erfassung einer kornzahl eines erntegutstroms
DE69317196T2 (de) Windkanal zur reinigung und klassifizierung von festteilchen
DE2929672A1 (de) Sichter fuer rieselfaehiges gut
EP3274112A1 (de) Formsandkühler
EP0166137B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Zählen von Partikeln
DD282073A5 (de) Vorrichtung zum aufbereiten von proben aus einem schuettgutstrom
EP0567495B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur ermittlung der für eine gewünschte streubreite und streumenge benötigten einstellwerte eines düngerstreuers für eine düngersorte
DE2753505A1 (de) Kontroll- und regeleinrichtung fuer die reinigungsanlage und den strohschuettler von maehdreschern
DE102015116379A1 (de) Verfahren zum Bestimmen der Korngrößenverteilung von Granulaten in einen Förderstrom und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
WO2025256972A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur extraktion von feinpartikeln aus einem materialstrom
DE102017113840A1 (de) Vorrichtung zum Sortieren von Nüssen oder anderen Teilchen
EP1318229A1 (de) Verfahren zur Regelung von Sortiersystemen sowie zur Durchführung dieses Verfahrens geeignetes Sortiersystem
DE102010015938A1 (de) Windsichter
DE19606672A1 (de) Sichter
EP1684602A2 (de) Verfahren und einrichtung zum sichten von tabak
DE102022119138B3 (de) Verfahren zur Vorhersage einer real erzielbaren interessierenden Partikelgröße einer Kornverteilungskurve eines Stoffes und das Verfahren ausführende Klassiervorrichtung
DE207447C (de)
DE4218318C2 (de) Reinigungseinrichtung für Luftdruckfühler an Windsichtern
AT523415B1 (de) Vorrichtung zur ermittlung von wenigstens einer vorgebbaren physikialischen eigenschaft von gütern in einem materialstrom
DE10154816B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Überwachen von Siebgut
EP1121018A1 (de) Verfahren und vorrichtungen zur automatisierten fleischtrennung

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN PUBLISHED

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20260114