DE4337067A1 - Automatisches Steuersystem für einen Holztrocknungsofen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Öfen oder Kilne für Trock­ nungszwecke und speziell ein neues und nützliches Steuer­ system für die Temperatur und Feuchtigkeit innerhalb eines Ofens oder Kilns, um Harthölzer zu trocknen.

Es ist bekannt, daß durch Steuerung der Temperatur und der Feuchtigkeit im Inneren eines Hartholz-Kilns, in den Kiln gelegtes Zweckholz in einer gesteuerten Rate oder Geschwin­ digkeit getrocknet werden kann, um durch Trocknung verur­ sachte Fehler des Zweckholzes beim Trocknen desselben mini­ mal zu halten. Um die Kilntemperatur und Feuchtigkeit zu steuern, wird ein Probestück aus Zweckholz aus dem zu trock­ nenden Zweckholz ausgewählt und es wird außerhalb des Kilns der Feuchtigkeitsgehalt der Probe bestimmt und zwar bei vorgewählten Zeitintervallen. Mit Hilfe der Feuchtigkeits­ gehalt-Information wird die Kilntemperatur und Feuchtigkeit geändert, wie dies erforderlich ist, um sicherzustellen, daß das Zweckholz oder Bau- bzw. Nutzholz mit der gewünsch­ ten Geschwindigkeit getrocknet wird.

Der Feuchtigkeitsgehalt der Zweckholzprobe wird typischer­ weise dadurch bestimmt, indem die Probe aus dem Kiln bzw. Ofen periodisch entfernt wird und die herausgenommene Probe gewogen wird oder eine elektrische Eigenschaft derselben gemessen wird wie beispielsweise die Leitfähigkeit der her­ ausgenommenen Probe. Der Feuchtigkeitsgehalt der Zweckholz­ probe kann dann berechnet werden oder auf andere Weise aus der Information abgeleitet werden, die aus der herausgenom­ menen Probe erhalten wird.

Eine solche Vorgehensweise bzw. Prozeß ist zeitaufwendig, ist bei der Berechnung des Feuchtigkeitsgehaltes fehler­ trächtig und es kann darüber hinaus möglicherweise die Um­ gebung des Kiln-Inneren beeinflußt werden wenn das Kiln- Innere während der Herausnahme der Probe aus dem Kiln Umge­ bungsbedingungen ausgesetzt wird und ist auch unkomfortabel und potentiell gefährlich dahingehend, daß die Bedienungs­ person in den heißen Kiln eindringen muß. Darüber hinaus wird die Probe, die zum Überwachen des Feuchtigkeitsgehal­ tes verwendet wird, wieder zur Menge des Zweckholzes, wel­ ches in dem Kiln gelegen ist, zurückgegeben, was nach jeder Feuchtigkeitsbestimmungsoperation erfolgt. Ein solches Wie­ derzurücklegen der Probe führt aber zu einer nicht freien bzw. unbehinderten visuellen Inspektion oder Überwachung.

Das Trocknen von Hart-Nutzholz oder Zweckholz erfordert Öfen oder Kilne mit erheblich unterschiedlicher Konstruk­ tion gegenüber denjenigen zum Trocknen von Weich-Nutzholz oder Zweckholz. Öfen oder Kilne zum Trocknen von Hartholz müssen hinsichtlich der Temperatur und Feuchtigkeit gesteu­ ert werden und auch sehr viel genauer gesteuert werden. Beispielsweise können Kilne zum Trocknen von Weichholz wie beispielsweise Kiefer oder Föhre einfache Thermokoppler zum Überwachen der Temperatur verwenden. Jedoch werden in Kil­ nen zum Trocknen von Hartholz sehr viel genauere Tempera­ tursensoren benötigt, da die Steuerung der Trocknung auf 10 Fahrenheit erforderlich ist und kritisch ist. In Verbindung mit weiteren Einzelheiten sei auf den Artikel "Process Control in Drying Hardwood Lumber", R. L. Little, Sensors, September 1988, Seiten 49-57 hingewiesen.

Bei Hartholz-Kilnen oder Öfen erfordert das herkömmliche Wissen, daß mehrere Proben aus dem Kiln für eine periodi­ sche Feuchtigkeitsmessung entfernt werden und daß diese Proben in die Zweckholzladung in einer horizontalen Aus­ richtung oder Orientierung zurückgelegt werden, welche parallel zum Luftstrom durch die Ladung hindurch verläuft. Wie im folgenden noch erläutert werden wird, stellt die vorliegende Erfindung eine wesentliche Abweichung von die­ ser herkömmlichen Denkweise dar und führt zu einem hochge­ nauen Meßgerät und einer Technik zur Steuerung von Hart­ holz-Öfen oder Kilnen.

Das US Patent 1 593 890 von Welch offenbart ein Gerät zum Trocknen von Holz, welches einen Balance- oder Wiegebalken enthält, um eine Holzprobe zu wiegen, die in einer horizon­ tal erweiterten Lage gehalten ist und an einer nicht erläu­ terten oder angegebenen Stelle in dem Ofen oder Kiln gele­ gen ist. In dieser Druckschrift sind keinerlei Angaben ent­ halten hinsichtlich der Lebensdauer oder Überlebensfähig­ keit der Ausrüstung innerhalb der korrosiven, sich schnell bewegenden heißen feuchten Atmosphäre in einem Kiln.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes System und zugeordnetes Verfahren für die Verwendung bei der Steuerung der Umgebungsbedingungen z. B. der Temperatur und Feuchtigkeit eines Kilns zu schaffen, welches auf einer fortwährenden Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes in einem oder in mehreren Holzproben, die in dem Kiln gelegen sind, basiert.

Im Rahmen dieser Aufgabe soll durch die Erfindung auch ein System und ein Verfahren geschaffen werden, welches die Forderung hinsichtlich des Entnehmens von Proben aus dem Kiln in vorbestimmten Intervallen umgeht oder vermeidet, um deren Feuchtigkeitsgehalt zu bestimmen und welches auch die Forderung umgeht oder vermeidet, die Proben in die Anhäu­ fung der Zweckholzladung in den Kiln zurückzulegen.

Auch soll durch die Erfindung ein System geschaffen werden, welches die Möglichkeit bietet, den Feuchtigkeitsgehalt in den Proben fortlaufend zu bestimmen, welches in einer Struktur oder Aufbau nicht kompliziert ist und im Betrieb wirksam ist.

Allgemein gesagt verwendet die vorliegende Erfindung einen Kiln bzw. Ofen zum Trocknen einer Beschickung oder Ladung von Zweckholz, welches in den Kiln eingebracht ist, wobei der Kiln ein Gehäuse aufweist mit einer inneren Wandfläche, ferner einen Heizer und eine Befeuchtungseinheit enthält zum Heizen und zum Befeuchten und ferner Ventilatoren ent­ hält für eine Luftzirkulation innerhalb des Kilns oder Ofens. Der Kiln enthält in dem Gehäuse einen Bereich für die Ablage einer Ladung von Zweckholz zum Trocknen des Zweckholzes und die Erfindung umfaßt ferner eine Überwa­ chungseinrichtung für eine fortlaufende Überwachung von einer oder mehreren physikalischen Kenngrößen der Proben aus der Beschickung bzw. Ladung von Zweckholz und durch die der Feuchtigkeitsgehalt der Proben bestimmt werden kann. Die Überwachungseinrichtung umfaßt Stützen oder Halterungs­ einrichtungen, die nahe der inneren Wandfläche des Kilns gelegen sind und zwar an einer von der Zweckholzbeladung beabstandeten Stelle, um Proben nahe der inneren Wandfläche zu haltern oder abzustützen, enthält ferner einen Sensor, der betriebsmäßig den Halterungseinrichtungen zugeordnet ist, um die physikalischen Kenngröße der Proben zu detektie­ ren und enthält ferner einen Signalgenerator, der betriebs­ mäßig den Sensoren zugeordnet ist, um ein Signal zu erzeugen, welches den physikalischen Kenngrößen der Proben entspricht. Ein Regler, der betriebsmäßig dem Heizsystem, Befeuchtungs­ system und Luftzirkulationssystem zugeordnet ist, ist vor­ handen, um die Hitze, Feuchtigkeit und die Luftströmung innerhalb des Kilns: in Abhängigkeit von einem Signal zu steuern, welches von dem Signalgenerator empfangen wird.

Ein Hauptgrund warum die Probe an der Wand des Ofens in einer vertikalen Lage positioniert wird, also anders als in der Beschickung des Zweckholzes in einer horizontalen Lage, besteht aus dem Mißstand, daß Kabel eingeführt und entfernt werden müssen, wenn die Kiln-Zweckholzladungen oder Be­ schickungen verschoben werden. Darüber hinaus kann die etwas empfindliche elektronische Ausrüstung, die der auto­ matischen Feuchtigkeitsmessung zugeordnet ist, einer Zer­ störung unterworfen werden, wenn das Zweckholz mit einem Gabellift eingeladen und ausgeladen wird. Wenn die Probe in die Zweckholzladung positioniert wird, was gemäß dem her­ kömmlichen Wissen die beste Anordnung für eine Probe ist, sind einige der Proben für eine Bedienungsperson der Gabel­ hebevorrichtung nicht sichtbar, der schnell und unbeabsich­ tigt die Überwachungsausrüstung zerstören oder vernichten kann, die an die Proben angeschlossen ist wenn er die La­ dung entfernt.

Die verschiedenen Merkmale und neuen Gesichtspunkte, welche die Erfindung kennzeichnen, ergeben sich aus den anhängen­ den Ansprüchen, die einen Teil der vorliegenden Offenbarung bilden.

Zum besseren Verständnis der Erfindung, deren betrieblicher Vorteile und spezifischer Eigenheiten und Merkmale, die durch deren Anwendung erhalten werden können, seien im fol­ genden Ausführungsbeispiele unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert.

Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Typs eines Kilns, der dazu verwendet wird, um Hartholz ge­ mäß der vorliegenden Erfindung zu trocknen;

Fig. 2 eine Seitenansicht des Gerätes, welches dazu verwendet wird, um fortlaufend das Gewicht einer Probe von Holz zu messen, welches zur elektroni­ schen Berechnung des Feuchtigkeitsgehaltes des­ selben gemäß der Erfindung verwendet wird;

Fig. 3 eine Frontansicht des Gerätes der Fig. 2;

Fig. 4 eine grafische Darstellung, bei der der Feuch­ tigkeitsgehalt gegenüber Tagen der Trockung auf­ getragen ist und zwar in einem tatsächlichen Hartholz-Kiln, um die Empfindlichkeit des Feuch­ tigkeitsgehaltes hinsichtlich der Probenposition in dem Kiln zu bestimmen;

Fig. 5 eine grafische Darstellung ähnlich derjenigen der Fig. 4, wobei veranschaulicht ist auf welche Weise eine ungünstige oder unrichtige Positio­ nierung einer Probe drastisch den Feuchtigkeits­ gehalt dieser Probe beeinflußt und damit deren Nützlichkeit bei der Wiedergabe des Feuchtig­ keitsgehaltes von Zweckholz in der Ladung; und

Fig. 6 eine grafische Darstellung, bei der der Bela­ stungszellenausgang oder Ausgangsgröße, die zum Messen des Gewichtes einer Probe verwendet wird, gegenüber der Zeit aufgetragen ist und zwar un­ ter stark schwankenden Temperaturen, um dadurch einen Langzeitbetrieb zu simulieren und die Überlebensfähigkeit der Beladungszelle in einer simulierten Langzeitofen-Umgebung zu simulieren.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Unter Hinweis auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugs­ zeichen gleiche oder funktionsmäßig ähnliche Teile bezeich­ nen, zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Sys­ tems 10, bei dem verschiedene Merkmale der vorliegenden Er­ findung verwendet sind. Das System 10 enthält ein Kilnge­ häuse 12 mit einem Dach 14, einem Boden 16 und einer Viel­ zahl von Wänden 18, wobei jede Wand eine Innenfläche 20 aufweist. Eine Ladung oder Charge von Zweckholz in einem Stapel 22 ist innerhalb einer zentralen Zone des Gehäuses positioniert, um dieses mit Hilfe eines Trockungssystems 26 zu trocknen.

Es ist ein Probenüberwachungssystem 28 vorgesehen, um fort­ laufend eine physikalische Eigenschaft bzw. Kenngröße zu überwachen, insbesondere das Gewicht von mehreren repräsen­ tativen Holzproben aus dem Stapel des Zweckholzes. Das Überwachungssystem 28 ist mit einer oder mit mehreren Zel­ len-Befestigungen 42 innerhalb des Gehäuses verbunden, was im folgenden noch näher beschrieben werden soll, um die Proben des Zweckholzes innerhalb des Gehäuses an Stellen zu haltern oder abzustützen, die von dem Stapel aus Zweckholz entfernt gelegen sind. Die Zellenbefestigungen 42, die mit Einzelheiten in den Fig. 2 und 3 gezeigt sind, messen je­ weils fortlaufend das Gewicht einer Probe S, die an der Befestigung befestigt ist. Der Feuchtigkeitsgehalt der Pro­ be wird aus deren Gewicht durch Berechnung unter Verwendung eines Computers bestimmt und auch eines geeigneten Algo­ rithmus in dem System 28. Ein Steuersystem 30 ist vorgese­ hen, um mit dem Trocknungssystem 26 und dem Überwachungs­ system 28 zusammenzuwirken, um die Umgebung des Kilns basierend auf dem Feuchtigkeitsgehalt der repräsentativen Proben zu steuern, um die gewünschten Trockungsbedingungen innerhalb des Kilns oder Ofens vorzusehen. Darüber hinaus sorgt das System für eine präzise Steuerung der Kiln-Bedin­ gungen, der automatischen Änderungen in dem Trockungsplan und den Überwachungs- und Aufzeichnungsgrößen mehrerer Variabler des Kilns. In der Praxis bilden das Überwachungs­ system 28 und das Steuersystem 30 eine Einheit zur Durch­ führung all der erforderlichen Funktionen.

Das Trockungssystem 26 enthält bekannte Heiz- und Feuchtig­ keitsvorrichtungen wie beispielsweise Heizwicklungen oder Spulen 32, eine Dampfsprühvorrichtung 34, Belüftungen 36, einen motorangetriebenen Ventilator 38, um eine Luftströ­ mung 40 innerhalb des Gehäuses 12 zum Trocknen des Zweck­ holzes zirkulieren zu lassen. Es sei darauf hingewiesen, daß die Kiln-Parameter beispielsweise die Luftströmung, Beladung oder Belastung, Temperatur und Feuchtigkeit von der Zweckholzart und dem Zustand des Zweckholzes abhängen. Diese Parameter können in Einklang mit typischen Kiln- Trockungsplänen wie beispielsweise Kiln-Trockungspläne für kommerzielle Hölzer, Hölzer gemäß einem gemäßigten Klima und tropischem Klima, die von der U.S. Forst-Dienststelle erhältlich sind, ausgewählt werden. Die Erhitzung und die Befeuchtung, die durch das Trockungssystem erzeugt werden, werden durch das Steuersystem 30 reguliert und zwar geführt durch Eingangsgrößen aus dem Überwachungssystem 28, um dadurch die gewünschten Trockungsbedingungen für einen gegebenen Stoß von Zweckholz vorzusehen.

Bei der tatsächlichen Ausführung der vorliegenden Erfindung werden mehr als zwei Proben verwendet beispielsweise acht Proben und zwar jede mit ihrer eigenen Beladungszellen- Befestigung, die an den Endwänden des Kilns in Plenumberei­ chen 70 und 72 gelegen sind; und entfernt von einer direk­ ten Besprühung gelegen sind z. B. entfernt von der Sprüh­ vorrichtung 34. Die: Proben hängen vertikal und sind in bevorzugter Weise von der Wand beabstandet und verlaufen parallel zum Luftstrom innerhalb der Räume (Plenums). Die Proben sind so ausgewählt, daß sie repräsentativ für die Zweckholzladung sind und allgemein kurze Holzlängen in der Größenordnung von zwölf Zoll haben. Diese werden von einer Planke in der Ladung 20 abgeschnitten. Es werden kurze vielleicht 1 Zoll-Längenstücke des Holzes von jedem Ende der Probe abgeschnitten und werden zunächst feucht gewogen, werden dann künstlich in einem Ofen getrocknet und werden dann trocken gewogen. Dies führt zu einer Beziehung zwi­ schen dem Gewicht und dem Feuchtigkeitsgehalt für die grö­ ßere Probe deren Enden mit einem wasserdichten Material wie beispielsweise Teer beschichtet sind. Eine solche Probe wird sowohl auf die herkömmliche Weise verwendet, indem sie zurück in die Zweckholzladung verbracht wird, als auch gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, indem sie in der Befestigung nach der Erfindung hängt. Eine Ausführungs­ form der Befestigung ist in den Fig. 2 und 3 veranschaulicht.

Gemäß den Fig. 2 und 3 überwacht das Überwachungssystem 28 die elektrischen Signale, die dem Gewicht der Proben ent­ sprechen. Die Zellenbefestigungen 42 sind elektrisch mit dem Überwachungssystem 28 beispielsweise über Leitungen 43 verbunden. Jede Beladungszellenbefestigung überwacht fort­ laufend das Gewicht einer repräsentativen Probe S. Aus dem Gewicht jeder repräsentativen Probe wird der Feuchtigkeits­ gehalt jeder Probe bestimmt. Die Feuchtigkeitsgehalte der Proben werden dann durch das Steuersystem dazu verwendet, um das Trocknungssystem zu regulieren, um dadurch die gewünschten z. B. optimalen Trocknungsbedingungen innerhalb des Kilns vorzusehen.

Jede Beladungszellenbefestigung 42 enthält eine Klemmvor­ richtung 44, eine Beladungszelle 46, eine Befestigungs­ fläche 48 und eine Stabilisierungsvorrichtung 50. Die Klemmvorrichtung 44 kann beispielsweise aus einer "C"- Klemme bestehen und: umfaßt in bevorzugter Weise eine Ein­ stellschraube 52, um die repräsentative Probe aus dem Zweckholz in der Klemme zu befestigen. Die Klemme ist schwenkbar an der Beladungszelle befestigt und zwar über eine Gelenkverbindung 54, so daß die Probe S im wesentli­ chen vertikal von der Beladungszelle herab hängt. Die Bela­ dungs- oder Lastzelle 46 besteht in bevorzugter Weise aus einem Laststreifen vom Wandlertyp oder einem Dehnungsmeß­ streifen, der elektrisch so geschaltet ist, um eine abge­ glichene Wheatstone-Brücke zu bilden. Solche Meßstreifen sind in der Fachwelt gut bekannt und ein spezieller geeig­ neter Meßstreifen ist ein Alpha (Warenzeichen) Belastungs­ streifen, der von BLH Electronics of Canton, Mass. erhält­ lich ist. Jede Beladungs- oder Lastzelle 46 kann beispiels­ weise mit Hilfe von Bolzen oder Schrauben an der Montageba­ sis 48 befestigt werden, die an der inneren Fläche 20 einer der Wände 18 in dem Plenum des Kilns befestigt ist. Die Stabilisierungsvorrichtung 50 besitzt in bevorzugter Weise stoßdämpfende Eigenschaften und ist ebenfalls direkt an der Befestigungsbasis 48 befestigt und ist von der Klemmvor­ richtung 44 beabstandet und so gelegen, daß sie die reprä­ sentative Probe S in einer beabstandeten Beziehung hin­ sichtlich der Montagebasis 48 berührt. Bei der gezeigten Ausführungsform wird die Stabilisierungsvorrichtung 50 durch einen Block aus Aluminium oder rostfreien Stahl 56 gebildet, der an der Montagebasis 48 befestigt ist und der eine Spitze 58 aufweist, die durch eine Stahlfeder gebildet wird. Der Block 56 kann alternativ auch aus irgendeinem anderen Material bestehen, welches die korrosive, heiß-feuch­ te Umgebung innerhalb des Kilns überleben kann und zwar für eine lange nützliche Zeitdauer.

Da die Probe typischerweise eine Dicke im Bereich von 2,54 cm bis 10,16 cm (1 bis 4 Inch) hat, muß die Klemmvorrich­ tung 44 oder irgendeine andere äquivalente Vorrichtung einen ausreichend langen Hub haben, um an unterschiedliche Probendicken in einer schnellen, jedoch sicheren Weise an­ gepaßt zu werden. Eine Gleit-Greifvorrichtung, Festclips­ vorrichtung oder irgendeine andere Konstruktion kann vorge­ sehen sein, die aus einem Material hergestellt sein muß, welches korrosionswiderstandsfähig ist und auch den Tempe­ ratur-Extremwerten, die in dem Kiln vorherrschend sind, widerstehen kann. Federn können ermüden, Gewinde können korrodieren und es können weitere Probleme auftreten. Ein ideales Material für die Klemmvorrichtung oder eine äquiva­ lente Konstruktion ist Kunststoff. Der Kunststoff sollte jedoch hinsichtlich eines Widerstandes gegenüber Ermüdung und allmählicher Verformung ausgewählt werden. Es können auch Konstruktionen aus rostfreiem Stahl verwendet werden und zwar aufgrund deren korrosionswiderstandsfähigen Eigen­ schaften.

Es muß ferner der Tatsache Aufmerksamkeit geschenkt werden, daß das Probengewicht an der Beladungs- oder Lastzelle 46 oder einem anderen äquivalenten Mechanismus beeinflußt oder verändert wird, um das Gewicht genau zu messen, und es muß ferner darauf geachtet werden, daß die Probe vertikal hängt und zwar beabstandet und trotzdem nahe bei einer Wand des Ofens in einem der Räume (Plenums). Dies ist deshalb erfor­ derlich, da der Luftstrom in dem Plenum parallel zu den breiten Flächen der Probe verläuft, was die gleiche Rich­ tung ist, in welcher Luft die breiten Flächen des Holzes in der Ladung passiert. Die Probe wird daher den gleichen Trocknungsbedingungen ausgesetzt, um sehr genau den Trock­ nungsvorgang des gesamten Stapels zu simulieren.

Es werden mehrere beispielsweise acht Gewichtsmessungen von z. B. acht Beladungs- oder Lastzellen und Proben genommen, wobei diese entweder beispielsweise in Gruppen von zwei oder gemittelt zusammengefaßt werden, um eine gute Messung für die mittleren Trocknungsbedingungen innerhalb des Zweckholz-Stapels vorzusehen. Es sollte darauf geachtet werden, die Probe so zu positionieren, daß sie der ankom­ menden Luft gegenüberliegt und sie sollte auch von der spe­ zialisierten Ausrüstung entfernt gehalten werden wie bei­ spielsweise von der Dampf-Sprühvorrichtung 34.

Gemäß den Fig. 4 und 5 zeigt beispielsweise Fig. 4 einen von mehreren Läufen, die bei einer tatsächlichen kommer­ ziellen Hartholz-Kiln-Anordnung durchgeführt werden, um zu bestimmen, ob die Anordnung einer Probe innerhalb einer Zweckholzladung gegenüber der Anordnung der Probe außerhalb der Beladung die Trocknungsgeschwindigkeit der Probe beein­ flußt. In Verbindung mit Proben Nummer 3 und 4, für die die Ergebnisse in Fig. 4 veranschaulicht sind, waren die Trock­ nungsraten virtuell identisch, ob nun die Probe in der Be­ ladung oder außerhalb der Beladung angeordnet war. Dies veranschaulicht die Tatsache, daß die herkömmliche Den­ kungsweise gemäß dem Stand der Technik, wonach die Probe in der Beladung angeordnet werden muß, nicht richtig ist und daß eine sorgfältige bzw. überdachte Plazierung der Probe außerhalb der Beladung gemäß der vorliegenden Erfindung, so daß die Probe besser zugänglich ist und gegenüber einer Zerstörung weniger anfällig ist, trotzdem zu Feuchtigkeits­ gehalt-Änderungen in der Probe führt, die charakteristisch für die Feuchtigkeitsgehalt-Änderungen in der Beladung sind.

Es ist wichtig, daß eine sorgfältige Positionierung be­ obachtet wird, wie dies in Fig. 5 veranschaulicht ist, wo­ bei die Probe Nummer 1 in ein Plenum eingebracht wurde und zwar zu nahe bei einer Dampf-Sprühdüse. Dies verzögerte die Trocknung der Probe verglichen mit dem Trocknungsvorgang der Proben innerhalb der Beladung.

Aufgrund der kursiven und feindlichen Umgebung innerhalb des Kilns muß auch Sorgfalt hinsichtlich der Auswahl der Beladungs- oder Belastungszelle angewandt werden. Die BLH Lastzelle, die bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wurde in der in Fig. 6 veranschaulichten Weise getestet. Über einen Verlauf von zwei Monaten wurde die Lastzelle einer gesättigten Atmosphäre und periodischen Änderungen in der Temperatur ausgesetzt. Dies wurde deshalb durchgeführt, um eine Alte­ rung innerhalb eines Kilns, der über einen Zeitraum von Jahren benutzt wird, zu simulieren. Es wurde dabei eine geringe Verminderung in dem Ausgangssignal der Lastzelle detektiert, dies lag jedoch noch gut innerhalb der Auflö­ sung, welche durch Berechnungen erhalten wurde, die dazu verwendet wurden, um das Gewicht der Probe in den Feuchtig­ keitsgehalt der Probe gemäß der vorliegenden Erfindung um­ zuwandeln.

Um auf Fig. 1 zurückzukommen so überwacht das Steuersystem 30 die Betriebsparameter innerhalb des Kiln-Gehäuses 12 und erzeugt elektrische Signale abhängig von den gemessenen Betriebsparametern und der Eingangsgröße von dem Überwa­ chungssystem 28. Diese elektrischen Signale werden an Steu­ ervorrichtungen ausgegeben, die den verschiedenen Komponen­ ten des Trocknungssystems zugeordnet sind. Beispielsweise empfängt das Steuersystem 30 Informationen von einer Viel­ zahl von Sensoren, die Trockenkolben-Temperaturmeßfühler 74 und Feuchtkolben-Temperaturmeßfühler 76 umfassen, die in­ nerhalb des Plenums 72 im Inneren des Kilngehäuses vorgese­ hen sind. Diese Sensoren müssen von einem genauen Typ z. B. einem RTD Typ sein und sie führen allgemein zu einer lau­ fenden Überwachung der Trockenkolben-Temperatur innerhalb des Kilns und zu einer Feuchtkolben-Temperatur innerhalb des Kilns.

Weitere Parameter wie beispielsweise die Luftströmung durch den Stapel an Zweckholz 22, die Taupunkt-Temperatur der ausgestoßenen Belüftungsluft, die Luftströmung durch die Belüftungsöffnungen, die Umgebungs-Trockenkolben-Tempera­ tur, die Umgebungs-Taupunkt-Temperatur und die Eigenschaf­ ten der Dampfströmung, Temperatur und Druck können eben­ falls bei der Erfindung verwendet werden, sind jedoch in erster Linie als Forschungswerkzeuge nützlich. Im allgemei­ nen werden lediglich die Feucht- und Trocken-Kolben-Tempe­ raturen für ein herkömmliches System benötigt. Diese Infor­ mationen werden dann verglichen beispielsweise unter Ver­ wendung eines Computers mit einer Datenbasis, welche Trock­ nungspläne enthält und auch unter Verwendung eines geeigne­ ten Steueralgorithmus, in dem System 28, mit dem Feuchtig­ keitsgehalt der repräsentativen Proben des Zweckholzes, wie dieser aus dem Gewicht der Proben abgeleitet wurde, um da­ durch die gewünschten Trocknungsbedingungen für einen be­ stimmten Trocknungsplan zu bestimmen. Ein Beispiel eines geeigneten Steueralgorithmus ist derjenige, der in Fig. 1 von "Konstruktion eines computergestützten Regler-Recorders für einen Experimental-Trocknungskiln", Forest Prod. J. 36 (11/12): 72-74 gezeigt ist. Die verschiedenen Komponenten des Trocknungssystems werden dabei so eingestellt, um die gewünschte Trocknungsbedingungen vorzusehen. Zu diesem Zweck können, wie dies in Fig. 1 dort gezeigt ist, pneuma­ tische oder Solenoid-Ventile 60 und 61, ein Betätigungsmo­ tor 62 und ein variabler Frequenztreiber 63 vorgesehen sein, um Heizwicklungen 32, eine Dampfsprühvorrichtung 34, Belüftungsöffnungen 36 und den Betrieb eines Ventilators 38 jeweils zu steuern und zwar abhängig von elektrischen Sig­ nalen, die von dem Steuersystem 30 ausgegeben werden.

Ein Beispiel der herkömmlichen Technik zur Einstellung der Temperatur und der Feuchtigkeit innerhalb des Kilns in einer schrittweisen Ausführung, ist ein 8-Stufenplan, der in der folgenden Tabelle veranschaulicht ist und für rote Eiche verwendet wird, was eine spezifische Hartholzspezies ist.

Tabelle

Es ist bekannt, daß die relative Feuchtigkeit als eine Funktion der Differenz zwischen den Trocken- und Feucht- Kolbentemperaturen berechnet werden kann. Die Luftströmung wird ebenfalls während Phasen der Trocknungsoperation umge­ kehrt, z. B. alle 6 Stunden, indem die Drehung des Ventila­ tors 38 umgedreht bzw. umgeschaltet wird, um Luft zunächst in Richtung der Luftströmung 40 zu lenken und zwar nach links, was Luft zunächst zum Plenum 70 transportiert, wo sie dann umgelenkt wird und quer durch den Stapel 22 strömt und dann zum Plenum 72 gelangt, um zum Ventilator zurückge­ leitet zu werden, und um Luft dann in die Luftströmung 40 nach rechts strömen zu lassen, um eine umgekehrte Luftströ­ mung vorzusehen. Die Trockenkolbenluft wird von dem Troc­ kenkolben 74 in dem Plenum abgenommen, welches zunächst Luft von dem Ventilator empfängt, so daß mit jeder Umkehr der verwendete Trockenkolben (dry bulb) geschaltet wird.

Um das System in Betrieb zu setzen, wählt die Bedienungsper­ son eine oder mehrere repräsentative Proben S von dem Sta­ pel des Zweckholzes 22 aus, die dann in der gleichen Weise zu trocknen sind, wie dies in Verbindung mit bekannten handgesteuerten Kiln-Trocknungsoperationen praktiziert wird. Nach der Bestimmung des Anfangs-Feuchtigkeitsgehaltes der Proben, was mit Hilfe von herkömmlichen Techniken er­ reicht werden kann, wird jede Probe in eine der Beladungs- oder Lastzellenbefestigungen 42 eingeklemmt, die innerhalb des Kilngehäuses gelegen sind. Für einige Trocknungsopera­ tionen können zwei repräsentative Proben ausreichend sein. In den meisten Fällen beispielsweise dann, wenn eine starke Veränderung im Anfangs-Feuchtigkeitsgehalt des Zweckholzes vorhanden ist oder wenn Zweckholz von verschiedenen Stüc­ ken oder Dicken in der gleichen Ladung getrocknet wird, ist es wünschenswert mehrere Proben auszuwählen, die repräsen­ tativ sind für das obere Ende des Feuchtigkeitsgehaltes und die repräsentativ sind für das untere Ende des Feuchtig­ keitsgehaltes und für die unterschiedlichen Holztypen und Gestalten, die vorhanden sein können. Es werden dann die Systembedingungen in Einklang mit einem geeigneten Trock­ nungsplan für den zu Beginn bestimmten Feuchtigkeitsgehalt der Probe oder der Proben ausgewählt. Wenn der Trocknungs­ vorgang voranschreitet, überwacht das Überwachungssystem 28 die Realzeit-Ausgangsgröße jeder Beladungs- oder Lastzelle 42, wandelt diese in einen Feuchtigkeitsgehalt um und ver­ wendet die Feuchtigkeitsgehalt-Information dafür, um die gewünschten theoretischen Temperatur-und Feuchtigkeitswerte innerhalb des Kilns zu bestimmen und zwar in Einklang mit dem geeigneten Trocknungsplan. Die theoretischen Bedingun­ gen werden dann mit den tatsächlichen Bedingungen innerhalb des Kilngehäuses verglichen, wie diese durch die Sensoren gemessen worden sind. Es werden dann als Antworten darauf durch das Steuersystem 30 elektrische Signale erzeugt, um die geeigneten Steuervorrichtungen 60-63 einzustellen, und um dadurch das Trocknungssystem zu regulieren, um die ge­ wünschte Kilnumgebung bzw. Atmosphäre zu erreichen.

Es sei darauf hingewiesen, daß mehre geeignet ausgewählte Proben benötigt werden und eine sorgfältige Steuerung vor­ gesehen werden muß, so daß die Kilnbedingungen sowohl die Bedürfnisse für schnelltrocknende Teile der Ladung als auch für langsam trocknende Teile der Ladung befriedigen. Um eine Übertrocknung zu vermeiden, können die Kilnbedingungen so gewählt werden, um den Trocknungsvorgang des schnell­ trocknenden Zweckholzes zu verlangsamen, so daß das langsam trocknende Zweckholz "aufholen" kann und in idealer Weise das gesamte Zweckholz in dem Stapel den gewünschten End- Feuchtigkeitsgehalt zur gleichen Zeit erreicht. Die vorlie­ gende Erfindung ist auch nicht auf Kilne bzw. Öfen für Hartholz beschränkt. Kiefer bzw. Föhre oder andere Weich­ hölzer können, wenn sie für Möbel oder andere feine Kon­ struktionen verwendet werden, ebenfalls in dem System nach der Erfindung getrocknet werden.

Obwohl spezifische Ausführungsformen der Erfindung gezeigt und im einzelnen beschrieben wurden, um die Anwendung der Prinzipien nach der Erfindung zu veranschaulichen, sei da­ rauf hingewiesen, daß die Erfindung auch in abgewandelter Ausführung realisiert werden kann, ohne jedoch dadurch den Rahmen bzw. die Prinzipien nach der Erfindung zu verlassen.

Claims (12)

1. Überwachungssystem für einen Holztrocknungs-Kiln mit einem Gehäuse (12) mit einer inneren Wandfläche (20), einem Bereich innerhalb des Gehäuses (12), um eine Ladung an Holz (22) zum Trocknen der Holzladung abzulegen, und mit Mitteln (32, 34), um das Innere des Kilns aufzuheizen und zu be­ feuchten, wobei das Überwachungssystem eine Halterungsein­ richtung (42) umfaßt, die nahe der Innenwandfläche (20) angeordnet ist, um eine repräsentative Probe (S) der Holz­ ladung (22) zu haltern und zwar nahe bei der Innenwandflä­ che (20) und entfernt von der Holzladung (22),
mit einer Sensoreinrichtung (46), die betriebsmäßig mit der Halterungsvorrichtung (42) verbunden ist, um eine physika­ lische Eigenschaft oder Kenngröße der Probe (S) zu fühlen, die eine Funktion des Feuchtigkeitsgehaltes in der Probe (S) ist,
mit einer signalerzeugenden Einrichtung (28), die betriebs­ mäßig mit der Sensorvorrichtung (46) verbunden ist, um ein Signal zu erzeugen, welches dem Feuchtigkeitsgehalt der Probe (S) als eine Funktion der physikalischen Eigenschaft oder Kenngröße entspricht, und
mit einer Steuereinrichtung (30), die betriebsmäßig mit den Mitteln (32, 34) zum Aufheizen und zum Befeuchten des Inne­ ren des Kilns verbunden ist und auch mit der Signalerzeu­ gungseinrichtung (28) verbunden ist, um die Hitze und Feuchtigkeit innerhalb des Kilns in Abhängigkeit von dem Signal zu steuern, welches von der signalerzeugenden Ein­ richtung (28) erhalten wird.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorein­ richtung (46) das Gewicht der Probe (S) fühlt.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungs­ vorrichtung (42) aus einer Lastzellenbefestigung besteht.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastzellen­ befestigung (42) eine Beladungs- oder Lastzelle umfaßt, die nahe der Innenwandfläche (20) des Kilns entfernt von der Holzladung (22) befestigt ist und Mittel (44, 52) zum Auf­ hängen der Probe (S) an der Lastzelle (46) aufweist, so daß der Spannungsmeßstreifen das Gewicht der Probe (S) abstützt.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (44, 52) zum Aufhängen der Probe (S) aus einer Klemmvorrichtung (44) bestehen, die verschwenkbar oder gelenkig an der Last­ zelle (46) befestigt ist, um ein Ende der Probe (S) aufzu­ nehmen.

6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kiln Mittel enthält, die ein Paar von Raumabschnitten (70, 72) auf ge­ genüberliegende Seiten des Bereiches innerhalb des Gehäuses zum Ablegen einer Ladung an Holz (22) definieren, ferner eine Luftzirkulationseinrichtung (36, 38) oberhalb des Be­ reiches vorgesehen ist, um eine Luftzirkulation von einem Raum (Plenum) durch die Holzladung (22) zum gegenüberlie­ genden Raum (Plenum) zu bewirken, wobei die Halterungsvor­ richtung (42) in einem der Räume (70 oder 72) positioniert ist und so ausgebildet ist, um eine Probe (S) in einer ver­ tikal aufgehängten Orientierung festzuhalten, wobei die breiten Seiten der Probe (S) parallel zu einer Luftströmung (40) in dem betreffenden Raum (Plenum) verlaufen.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die physikali­ sche Kenngröße, die durch die Sensorvorrichtung (46) ge­ fühlt wurde, aus dem Gewicht der Probe (S) besteht.

8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungs­ vorrichtung (42) so konstruiert ist, um eine Probe (S) auf­ zuhängen, wobei eine Breitseite der Probe parallel zu der Innenwandfläche (20) verläuft.

9. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kiln wenig­ stens eine Sprühdüse (34) enthält, wobei die Halterungsvor­ richtung (42) in einem Abstand von der Sprühdüse (34) ange­ ordnet ist.

10. Verfahren zur Steuerung der Umgebungsbedingungen eines Kilns, in welchem ein Stapel an Zweckholz getrocknet wird, wonach:
ein Sensor (46) vorgesehen wird, von welchem eine Probe (S) aus dem Stapel auf gehängt werden kann und der ein Signal erzeugt, welches dem Gewicht der Probe (S) entspricht, wo­ bei der Sensor an eine von dem Stapel entfernt gelegenen Stelle vorgesehen ist,
der Sensor (46) nahe bei einer Innenwand (20) des Kilns positioniert wird und die Probe an dem Sensor (46) festge­ klemmt wird, so daß das Gewicht der Probe an dem Sensor (46) hängt,
der tatsächliche Feuchtigkeitsgehalt der Probe (S) fortlau­ fend als eine Funktion des Gewichtes und anhand des Sig­ nals, welches von dem Sensor (46) erzeugt wird, bestimmt wird,
der tatsächliche Feuchtigkeitsgehalt der Probe (S) mit dem Feuchtigkeitsgehalt verglichen wird, den die Probe (S) nach Möglichkeit haben sollte und die Umgebungsbedingungen in dem Ofen in Abhängigkeit von Veränderungen oder Schwankun­ gen geändert werden, die zwischen den tatsächlichen Feuch­ tigkeitsgehalt und dem gewünschten Feuchtigkeitsgehalt detektiert worden sind.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe (S) breite sich gegenüberliegende Seiten aufweist, daß ferner der Kiln Raumabschnitte (70, 72) auf gegenüberliegenden Seiten des Stapels aufweist, die Probe (S) in einem der Räume (70 oder 72) nahe einer Innenwand (20) des Kilns auf­ gehängt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen wenig­ stens eine Sprühdüse (34) enthält, wobei die Probe (S) an einer von der Düse (34) entfernt gelegenen Stelle aufge­ hängt wird.