DE10154816B4 - Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Überwachen von Siebgut - Google Patents

Abstract

Verfahren zum kontinuierlichen Überwachen von Siebdurchgang mit den folgenden Verfahrensschritten:
1.1 der Siebdurchgang wird nach dem Durchgang durch ein Sieb auf einen schwingungsfähigen Körper geleitet;
1.2 es wird jene Schwingung erfasst, die im schwingungsfähigen Körper durch den Aufprall des Siebdurchganges erzeugt wird;
1.3 das Schwingungsbild des schwingungsfähigen Körpers wird erfasst, während der schwingungsfähige Körper sich in einem Strom einer Siebfraktion einer gewünschten, bestimmten Zusammensetzung befindet, so dass ein Soll-Schwingungsbild definiert wird;
1.4 das Schwingungsbild wird über eine längere Zeitspanne hinweg überwacht;
1.5 Abweichungen des Schwingungsbildes von dem Soll-Schwingungsbild werden erfasst.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Erfassen und Überwachen des Zustandes eines fließfähigen Mediums. Die Erfindung bezieht sich ganz besonders auf das kontinuierliche Überwachen von Siebgut. Dabei handelt es sich meist um kornförmiges Siebgut, das in den verschiedensten Industriezweigen anfällt, beispielsweise in der Mineralien- und Erz-Aufbereitung, in der Lebensmittelindustrie, in der pharmazeutischen und chemischen Industrie.
• Siebgut der genannten Art wird in Siebmaschinen oder Sichtern in Fraktionen zerlegt, somit bei kornförmigem Gut in Bestandteile mit bestimmten Korngrößenbereichen. Hierzu sind Taumelsiebmaschinen bekannt geworden, siehe beispielsweise EP 1 121 987 A1 .
• Die bei solchen Maschinen verwendeten Siebe unterliegen dem Verschleiß. Im Verlaufe der Zeit kann dieser Verschleiß zu Schäden der Siebe führen, beispielsweise zu mehr oder minder großen Rissen oder Bohrungen. Diese sind häufig in einem Anfangsstadium relativ klein, so dass sie nicht ohne weiteres erkennbar sind. Sie können jedoch dazu führen, dass an den betreffenden Stellen Körner hindurchtreten, die eigentlich nicht mehr durchtreten, sondern vom Sieb zurückgehalten werden sollten. Dies führt dazu, dass die betreffende Fraktion nicht mehr gleichförmig ist, sondern auch Körner größerer Durchmesser aufweist, als dem Soll-Durchmesser entspricht.
• Auch kann eine Verstopfung des Siebdecks durch Überladung oder durch fehlerhafte Siebreinigungssysteme bewirken, dass die betreffende Fraktion nicht mehr gleichförmig ist, sondern auch größere Mengen von Körnern kleinerer Durchmesser aufweist, die ein nicht verstopftes Sieb aufgrund der gewählten Maschenweite passieren würde.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, womit sich Abweichungen von der Soll-Struktur einer bestimmten Fraktion im Frühstadium erkennen lässt, so dass die notwendigen Maßnahmen getroffen werden können. Die Soll-Struktur ist definiert durch die Maschenweiten bzw. lichten Öffnungen der verschiedenen Siebdecks, die in der Maschine installiert sind. Bei ordentlicher Funktion passieren Partikel, deren Abmessungen kleiner sind als die gewählte Maschenweite, das Siebdeck, während Partikel, deren Abmessungen größer sind als die gewählte Maschenweite, zurückgehalten und "ausgesiebt" werden. In beiden Fällen wird die Kornfraktion mit fehlerhaftem Korn (Unter- oder Überkorn) verunreinigt, was zu unerwünschten Kornfraktionen führt.
• Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der selbständigen Ansprüche gelöst.
• Der Erfindung liegt folgendes Prinzip zugrunde:
  Prallt ein Strom mit Körnern bestimmter Größe auf einen Körper, so wird der Körper hierdurch zum Schwingen angeregt. Die Schwingungen haben eine bestimmte Charakteristik – nach Frequenz und Amplitude. Das Schwingungsbild wird über eine längere Zeitspanne hinweg überwacht. Dies bedeutet, dass die Überwachung während des Betriebes stattfindet – kontinuierlich oder intermittierend. Tritt eine Abweichung der Masse einzelner Körper auf, d. h. gelangen Körper, deren Abmessungen und Massen von der Soll-Struktur abweichen, in den Volumenstrom und prallen damit auf den Körper auf, so ändert sich die genannte Schwingungscharakteristik.
• Bei der Erfindung werden bevorzugt Schwingungen im Ultraschallbereich verwendet.
• Gemäß einem weiterführenden Gedanken der Erfindung kann der Körper auch durch einen äußeren Erreger in eine Schwingung versetzt werden, die bei Normalbetrieb – d. h. bei einwandfreiem Zustand des vorgeschalteten Siebes – ein bestimmtes Schwingungsbild hat. Dieses Schwingungsbild wird dann beeinträchtigt, wenn es zu Schäden des vorgeschalteten Siebes kommt, beispielsweise zu Rissen oder Löchern. In diesem Augenblick gelangen Körner größerer Massen in den das Sieb verlassenden Gutstrom, prallen auf den Körper und stören dessen Schwingungsbild.
• Als besonders vorteilhaft haben sich Hohlkörper erwiesen, beispielsweise Hülsen, die sich quer zum Volumenstrom des gesichteten Gutes hinwegerstrecken. Der Volumenstrom des Gutes kann in einem Rohr geführt werden, beispielsweise in vertikaler Richtung. Die Hülse kann quer zur Längsachse des Rohres und damit zur Strömungsrichtung des gesichteten Gutes im Rohr angeordnet sein und sich dabei diametral über den Rohrquerschnitt hinwegerstrecken.
• Die Hülse kann an einem oder an beiden Enden einen Ultraschallempfänger aufweisen. Hierbei wird die Hülse durch den Volumenstrom zum Schwingen angeregt, und zwar gemäß einem bestimmten Schwingungsbild. Treten Abweichungen auf, so wird dieses Schwingungsbild beeinträchtigt. Bei diesem Prinzip könnte man von einem "passiven" System sprechen.
• Es ist aber auch denkbar, der Hülse durch einen Schwingungsgeber oder Schwingungserreger Schwingungen aufzuprägen, und zwar beispielsweise mittels eines Ultraschallsenders, um die Schwingungen am anderen Ende mittels des Ultraschallempfängers aufzunehmen. Das durch den Ultraschallsender aufgeprägte Schwingungsbild wird in jenem Augenblick verändert, wenn eine Veränderung des Volumenstromes eintritt, beispielsweise in Gestalt einer Vergrößerung der durch das Sieb hindurchtretenden Körner oder durch eine Vergrößerung des Volumenstromes schlechthin. Bei diesem Prinzip könnte man von einem "aktiven" System sprechen.
• Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:
• 1 veranschaulicht in schematischer Darstellung und im Längsschnitt eine Rohrleitung mit einer erfindungsgemäßen Schwingungsmessvorrichtung.
• 2 zeigt die Vorrichtung gemäß 1 in vergrößerter Darstellung im Aufriss sowie in Draufsicht.
• 3 veranschaulicht eine erfindungsgemäße Schwingungsmessvorrichtung mit quadratischem Messhülsenquerschnitt.
• 4 ist ein Blockschaltbild eines Passiv-Systemes.
• 5 ist ein Blockschaltbild eines Aktiv-Systemes.
• Durch die in 1 dargestellte Rohrleitung 1 tritt ein Volumenstrom eines Gutes hindurch, das von einem Sichter kommt. Der Sichter ist mit einem Sieb ausgestattet. Das Sieb ist hier nicht dargestellt. Es handelt sich dabei um ein Maschengeflecht. Statt des Maschengeflechtes könnte es sich auch um ein Siebgelege handeln, eine Lochplatte, eine Schlitzplatte oder andere Arten von Sichterelementen.
• Der Volumenstrom wandert in Richtung der Pfeile 2, im vorliegenden Falle von oben nach unten. Auch wäre eine gegen die Vertikale geneigte Strömungsrichtung denkbar, beispielsweise eine horizontale Strömungsrichtung.
• Man erkennt weiterhin eine erfindungsgemäße Schwingungsmessvorrichtung 3. Diese umfasst eine Messhülse 3.1, ferner an ihrem einen Ende einen Ultraschallsender 3.2 und an ihrem anderen Ende einen Ultraschallempfänger 3.3. In diesem Falle handelt es sich um ein aktives System.
• Es könnte aber auch beidseits ein Ultraschallempfänger 3.3 vorgesehen werden. In diesem Falle handelt es sich um ein passives System.
• Wie man sieht, ist die Messhülse 3.1 durch die Rohrleitung 1 hindurchgeführt.
• Die Rohrleitung 1 kann jeglichen Querschnitt haben, beispielsweise rund, oval oder mehreckig sein.
• In 2 erkennt man wiederum die Rohrleitung 1, die Strömungsrichtung 2, die Schwingungsmessvorrichtung 3 mit der Messhülse 3.1 sowie dem Ultraschallsender 3.2 und dem bzw. den Ultraschallempfänger 3.3. Aus der Draufsicht erkennt man, dass sich die Messhülse 3.1 diametral durch die Rohrleitung 1 hindurcherstreckt.
• 3 zeigt eine besondere Ausführungsform der Messhülse 3.1. Diese hat quadratischen Querschnitt. Wie man aus der rechts dargestellten Schnittansicht erkennt, ist die Messhülse 3.1 auf ihre Kante gestellt, so dass die Stromlinien schräg auf die Seitenflächen aufprallen. Die Messhülse 3.1 kann jedoch auch rund, oval oder mehreckig sein.
• Die Messhülse 3.1 ist in einem Lager aus Gummi oder ähnlichem Material gelagert, um schädliche Schallschwingungen abzufangen.
• 4 zeigt ein Passiv-System. Hierbei ist der Messhülse 3.1 an beiden Enden jeweils ein Ultraschallempfänger zugeordnet.
• Einen Signalverstärker 20 des Ultraschallempfängers, eine Bandsperre 30 für 50 Hz (Notch-Filter), einen Präzisions-Gleichrichter 40 zum Erfassen des Unterschiedes des gemessenen Spannung, die bei der Zuführung der Kornfraktion über das Messrohr (hier nicht dargestellt) entsteht, ein Bandpass-Frequenzfilter 50 für 80 bis 400 Hz; einen Verstärker 60 mit einstellbarer Verstärkung und Analogausgang der gemessenen Spannung, einen Komparator 70 zum Einschalten von Alarmanlagen, die einen Siebriss oder eine sonstige Fehlfunktion des Siebes anzeigen, mit Präzisionspotentiometern P2 und P3 zum Kalibrieren der minimalen und der maximalen Korngröße.
• Das in 5 im Blockschaltbild dargestellte Aktiv-System unterscheidet sich von dem Passiv-System im wesentlichen dadurch, dass die Messhülse 3.1 am einen Ende einen Ultraschallsender 3.2 und am anderen Ende einen Ultraschallempfänger 3.3 aufweist.
• Man erkennt die folgenden Bauteile der Schaltung:
  Im einzelnen weist die Schaltung die folgenden Elemente auf:
  Einen Oszillator 10 zum Speichern des Signals des Ultraschallsenders; einen Signalverstärker 20 des Ultraschallempfängers; eine Bandsperre 30 für 50 Hz (Notch-Filter); einen Präzisionsgleichrichter 40 zum Trennen des Unterschiedes der gemessenen Spannung, die bei der Zuführung der Kornfraktion entsteht; ein Bandpass-Frequenzfilter 50 für 80 bis 400 Hz; einen Verstärker 60 mit einstellbarer Verstärkung und Analogausgang der gemessenen Spannung, einen Komparator 70 zum Einschalten von Alarmanlagen, die einen Siebriss oder eine sonstige Fehlfunktion des Siebes anzeigen, mit Präzisionspotentiometern P2 und P3 zum Kalibrieren der minimalen und der maximalen Korngröße.
• Im folgenden soll nochmals das Prinzip der Korndetektion dargelegt werden:
  Beim Aktiv-System wird mit Hilfe des Oszillators der Ultraschallsender aktiviert; dieser sendet über die Messhülse 3.1 Schall zum Ultraschallempfänger.
• Falls an der Messhülse 3.1 keine auffälligen Ultraschallschwingungen registriert werden, so trifft keine unerwünschte Kornfraktion auf die Messhülse 3.1. Der Ultraschall wird nicht gestört.
• Gleiches gilt beim Passiv-System. Trifft auf die Messhülse 3.1 keine unerwünschte Kornfraktion, so kommt es nicht zu auffälligen Ultraschallschwingungen.
• Trifft auf die Messhülse 3.1 eine unerwünschte Kornfraktion, so kommt es beim Aktiv-System zu Veränderungen an der Oberfläche der Messhülse und somit zu Störungen des Schwingungsbildes.
• Die Größe des Störsignales ist von der Größe der unerwünschten Kornfraktion, der Geschwindigkeit bzw. dem spezifischen Gewicht abhängig. Je größer die Kornfraktion und die Fallgeschwindigkeit sind, um so größer sind die Störungen bezüglich der Übertragungen des Ultraschalls in der Messhülse 3.1. Die gemessene Wechselspannung wird verstärkt und gefiltert, so dass ein Einfluss der Netzfrequenz ausgeschlossen wird. Die filtrierte Wechselspannung wird über einen Gleichrichter umgewandelt, und der konstante Teil ausgeschleust.
• Über das Frequenzfilter werden alle höheren und geringeren Frequenzen der gemessenen Spannung, die nicht mit der Zuführung der unerwünschten Kornfraktion auf die Messhülse ausgelöst werden, ausgeschlossen.
• Über den Verstärker wird die Verstärkung derart am Grenzwert der gewünschten Kornfraktion eingestellt, dass an beiden Ausgängen die entsprechende Standardspannung anfällt.
• Aus dem Verstärker wird die gemessene Spannung an den Komparatoren angelegt. Die Arbeitspunkte werden mit 10-Umdrehungs-Präzisionspotentiometern eingestellt – P₂ (min) und P₃ (max). Mit P₂ wird die kleinste noch erlaubte Kornfraktion eingestellt, mit P₃ die größte. Das Kalibrieren kann an Ort und Stelle erfolgen. Nach dem Kalibrieren steht am Ausgang des Komparators 70 keine Spannung an. Bei einer unerwünschten Kornfraktion oder bei einer Kornfraktion mit größeren oder kleineren Partikeln in der gewünschten Kornfraktion tritt am Ausgang des Komparators eine Spannung auf, die zu einer Meldung führt, die weiterverarbeitet wird.
• Der Vorteil des Passiv-Systems gegenüber dem Aktiv-System liegt darin, dass das Messsignal nicht von der Qualität des Oszillators zur Speicherung des Signals des Ultraschallsenders abhängt. Außerdem ist das Messen unabhängig von der Temperatur im Messrohr. Außerdem ist das Messen unabhängig von Veränderungen des Messsignales bei verschiedenen Ultraschallgeschwindigkeiten und verschiedenen Temperaturen.
• Im folgenden soll nochmals die Arbeitsweise des Passiv-Systems und des Aktiv-Systems dargelegt werden:
• Funktionsbeschreibung des Passiv-Systems
• 1. Die Ultraschallempfänger sind an den Verstärker (Block 2) angeschlossen.
• 2. Die harmonische Sinusspannung aus dem Verstärker wird über die Bandsperre (Notch-Filter) 50 Hz weitergeleitet, damit aus der ausgemessenen Spannung die Netz-Brummspannung völlig ausgeschlossen wird.
• 3. Die Sinusspannung der gewählten Frequenz wird in den Präzisionsgleichrichter eingespeist und es wird aus der Gleichspannung die gemessene Spannung ausgeschlossen. Die gemessene Spannung ist der Unterschied zwischen jener Spannung, bei welcher keine Kornfraktion auf die Messhülse 3.1 fällt, und jener Spannung, bei welcher eine Kornfraktion auf die Messhülse 3.1 fällt.
• 4. Die gemessene Spannung wird über ein Bandpass-Frequenzfilter geführt, wobei die unerwünschte höhere und geringere gemessene Frequenz ausgeschlossen wird.
• 5. Die ausfiltrierte gemessene Spannung leiten wir weiter in den Verstärker (Block 6), wo wir die Spannungshöhe mit einem Präzisions-Trimmpotentiometer auf die Standardspannung einstellen. Diese Spannung führen wir auf eine optische Anzeige und an die Komparatoren.
• 6. An den Komparatoren mit Präzisionspotentiometern P₂ und P₃ werden die untere und obere Grenze der Kornfraktion, die noch im erlaubten Grenzwert liegen, eingestellt. Wenn die Korngröße unter die erlaubte Grenze fällt (Siebverstopfung), oder die Korngröße über die erlaubte Grenze ansteigt (Siebbeschädigung), löst sich am Komparatorausgang ein Alarm aus.
• Funktionsbeschreibung des Aktiv-Systems
• Das Aktivsystem unterscheidet sich vom Passivsystem im Wesentlichen nur dadurch, dass die Messhülse 3.1 am einen Ende einen Ultraschallsender 3.2 und am anderen Ende einen Ultraschallempfänger 3.3 aufweist. Mit Hilfe eines Oszillators wird der Ultraschallsender aktiviert. Dieser sendet über die Messhülse 3.1 Schall zum Ultraschallempfänger. An der Messhülse werden Ultraschallschwingungen registriert.

Claims (7)

1. Verfahren zum kontinuierlichen Überwachen von Siebdurchgang mit den folgenden Verfahrensschritten: 1.1 der Siebdurchgang wird nach dem Durchgang durch ein Sieb auf einen schwingungsfähigen Körper geleitet; 1.2 es wird jene Schwingung erfasst, die im schwingungsfähigen Körper durch den Aufprall des Siebdurchganges erzeugt wird; 1.3 das Schwingungsbild des schwingungsfähigen Körpers wird erfasst, während der schwingungsfähige Körper sich in einem Strom einer Siebfraktion einer gewünschten, bestimmten Zusammensetzung befindet, so dass ein Soll-Schwingungsbild definiert wird; 1.4 das Schwingungsbild wird über eine längere Zeitspanne hinweg überwacht; 1.5 Abweichungen des Schwingungsbildes von dem Soll-Schwingungsbild werden erfasst.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Ultraschallschwingungen erfasst werden.
3. Vorrichtung zur kontinuierlichen Siebdurchgangüberwachung; 3.1 mit einer Rohrleitung zum Hindurchführen des Siebdurchganges; 3.2 mit einem in der Rohrleitung angeordneten Körper; 3.3 mit einem am Körper angeordneten oder mit diesem schallleitend verbundenen Ultraschallempfänger.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Körper oder mit diesem schallleitend verbunden ein Ultraschallsender vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper ein Hohlkörper ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper eine Messhülse ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Hohlkörper über einen wesentlichen Teil des Durchmessers der Rohrleitung bzw. des Querschnittes der Rohrleitung erstreckt.