| Dokumentenidentifikation |
DE3515915C2 14.10.1993 |
| Titel |
Überwachungsverfahren und Vorrichtung zur Kontrolle des Sirupablaufes bei periodisch arbeitenden Zuckerzentrifugen |
| Anmelder |
Braunschweigische Maschinenbauanstalt AG, 3300 Braunschweig, DE |
| Erfinder |
Hentschel, Volkmar, Dipl.-Ing., 3300 Braunschweig, DE |
| Vertreter |
Döring, R., Dr.-Ing., 38102 Braunschweig; Fricke, J., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., 80331 München; Einsel, M., Dipl.-Phys., Pat.-Anwälte, 38102 Braunschweig |
| DE-Anmeldedatum |
03.05.1985 |
| DE-Aktenzeichen |
3515915 |
| Offenlegungstag |
06.11.1986 |
| Veröffentlichungstag der Patenterteilung |
14.10.1993 |
| Veröffentlichungstag im Patentblatt |
14.10.1993 |
| IPC-Hauptklasse |
C13F 1/06
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| IPC-Nebenklasse |
B04B 11/00
B04B 13/00
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| Beschreibung[de] |
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Die Erfindung betrifft ein Überwachungsverfahren zur
Kontrolle des Sirupablaufes bei periodisch arbeitenden
Zuckerzentrifugen, bei dem nach dem Füllen und Verteilen
der Füllmasse das Verschwinden des Sirups aus der
Schleudertrommel überwacht und erst danach das Schleuderprogramm
durch Erhöhen der Schleuder- bzw. Trommeldrehzahl
fortgesetzt wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Überwachungsvorrichtung
zur Kontrolle des Sirupablaufes bei periodisch
arbeitenden Zuckerzentrifugen, die eine automatisch
arbeitende Steuereinrichtung zum Durchführen eines
Schleuderprogrammes aufweisen, wobei eine innen mit
einem Trennsieb ausgerüstete im wesentlichen zylindrisch
ausgebildete Schleudertrommel, die in einem Gehäuse
angeordnet und programmgemäß mit unterschiedlichen
Drehzahlen antreibbar ist, bei Füll- und Verteildrehzahl
Sirup aus der Füllmasse abschleudert,
während eine Sicherheitseinrichtung das Vorhandensein
und die Menge des abgeschleuderten Sirups kontrolliert
und bei Fehlen von ablaufendem Sirup oder zu geringer
Menge des abgeschleuderten Sirups die Fortsetzung des
Schleuderprogrammes unterbricht.
Beim Arbeiten mit Zentrifugen der eingangs genannten
Art kann sich das Sieb verstopfen und damit Flüssigkeit
nicht mehr oder nicht mehr in ausreichender Menge hindurchlassen.
Es kann aber auch vorkommen, daß die Füllmasse
ein derart ungünstiges Kristall- oder Korngrößenspektrum
aufweist, daß sie beim Zentrifugieren eine
weitgehend flüssigkeitsundurchlässige Schicht auf dem
Sieb der Zentrifuge bildet, bevor der Sirup abgeschleudert
ist. In beiden Fällen legt sich der Zuckeranteil
der Füllmasse als spezifisch schwerere Komponente
schichtförmig an das Sieb an, während der Sirup als
leichtere Komponente auf der inneren Seite dieser Zuckerschicht
verbleibt.
Wird die Zentrifugentrommel unter solchen Bedingungen
programmgemäß auf Schleuderdrehzahl beschleunigt, dann
entstehen im flüssigen Sirup entweder Schwingungen oder
die Zuckerschicht wird dort, wo sie am dünnsten ist,
vom Sirup durchbrochen. In beiden Fällen entstehen ungleichmäßige
Massenverteilungen in der Schleudertrommel;
die verhältnismäßig große Unwucht kann zu Beschädigungen
der Zentrifuge führen.
Dieses, an sich sehr alte Problem beim Betreiben periodisch
arbeitender Zentrifugen der Zuckerindustrie, wurde
bisher nicht befriedigend gelöst.
Es wurde z. B. vorgeschlagen, im Ablaufrohr des Sirups
den Durchfluß zu messen. Ein weiterer Vorschlag bestand
darin, die Menge des ablaufenden Sirups durch Volumenmessung
oder Gewichtsbestimmung zu erfassen. Man hat
auch versucht, die Abnahme des Massenträgheitsmomentes
beim Hochfahren der Zentrifugentrommel durch Messung
der Hochfahrbeschleunigung zu bestimmen. Schließlich
wurde auch vorgeschlagen, die Dicke der Schleudergutschicht
in der Schleudertrommel abzutasten und abhängig
vom freien Innendurchmesser den Ablauf des Sirups zu
erfassen.
Alle diese Vorschläge funktionieren aber nur dann, wenn
der prozentuale Gewichts- oder Volumenanteil des Sirups
am Gesamtgewicht oder -volumen der Füllmasse eine konstante
Größe ist. In der Praxis ist dies aber nicht der
Fall und es besteht auch keine Möglichkeit, den prozentualen
Anteil des Sirups an der Füllmasse konstant zu
halten.
Deshalb liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein
Überwachungsverfahren sowie eine Überwachungsvorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, welche das
Verschwinden des Sirups aus der Schleudertrommel unabhängig
von dessen prozentualem Anteil an der Füllmasse
zuverlässig erfaßt.
Zur Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich das eingangs
genannte Überwachungsverfahren erfindungsgemäß
dadurch, daß das in der Schleudertrommel verteilte
Schleudergut mit diffusem Licht oder Infrarotlicht
rechtwinklig zur Trommeldrehachse beleuchtet wird, daß
die dadurch auf der Schleudergutoberfläche erzielte
Helligkeit außerhalb des Reflektionsbereiches der beleuchteten
Stelle elektronenoptisch gemessen, das
Schleuderprogramm bei großer gemessener Helligkeit weitergeschaltet
bzw. fortgesetzt wird und bei im Vergleich
geringerer Helligkeit unterbrochen wird.
Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe kennzeichnet sich
eine Überwachungsvorrichtung der eingangs genannten Art
erfindungsgemäß dadurch, daß im Inneren der Schleudertrommel
eine mit ihrer optischen Achse rechtwinklig zum
zylindrischen Trommelmantel angeordnete, diffuses Licht
oder Infrarotlicht ausstrahlende Lichtquelle angeordnet
ist, daß eine außerhalb des Bereiches unmittelbarer
Reflektion, mit im Winkel zu dem, auf der Oberfläche
des Schleudergutes, von der Lichtquelle erzeugten hellen
Fleckes verlaufender optischer Achse angeordnete
Fotodiode vorgesehen ist und daß die Fotodiode mit
einer elektronischen Steuereinrichtung verbunden ist,
welche außerhalb des Zentrifugengehäuses angeordnet
ist, wobei das Schleuderprogramm bei vorschriftsmäßig
abgelaufenem Sirup und infolgedessen während mehrerer
Trommelumdrehungen gemessener großer Helligkeit des auf
der Zuckerschicht liegenden hellen Fleckes fortschaltbar
ist, während bei nicht abgelaufenem Sirup und auf
der Sirupschicht befindlichem beleuchtetem Fleck sowie
infolgedessen wesentlich geringerer Helligkeit das
Steuerprogramm mittels der Steuereinrichtung blockierbar
ist.
Erfindungsgemäß wird die Tatsache genutzt, daß Sirup im
Vergleich zu Zucker relativ dunkel ist, so daß ein auf
Zucker erzeugter Lichtfleck eine größere Helligkeit hat
als ein mit gleicher Lichtquelle auf Sirup erzeugter
Lichtfleck. Im Gegensatz zu den vorgeschlagenen Versuchen
ist diese Art der Überwachung des Sirupablaufes
vom Mengenanteil des Sirups an der Füllmasse völlig unabhängig,
denn es wird erst dann große Helligkeit gemessen,
wenn der Sirup völlig abgelaufen ist und umgekehrt
bleibt die gemessene Helligkeit solange wesentlich
geringer, wie sich noch Sirup in der Schleudertrommel
befindet. Da eine Flüssigkeit, um die es sich bei
Sirup handelt, eine besonders glatte Oberfläche hat,
könnte Reflektion eine große Helligkeit vortäuschen,
die gar nicht vorhanden ist. Deshalb wird der helle
bzw. beleuchtete Fleck mit diffusem Licht erzeugt, das
keine einheitliche Strahlrichtung hat und die Fotodiode
wird außerdem noch außerhalb des Reflektionsbereiches
angeordnet, so daß zusätzlich die Möglichkeit einer
Reflektion vermieden wird. Das ist möglich, wenn die
Fotodiode mit ihrer optischen Achse winklig zum beleuchteten
Fleck und die Lichtquelle mit ihrer optischen
Achse rechtwinklig zur Oberfläche, auf der der beleuchtete
Fleck erzeugt werden soll, angeordnet sind. Da die
Oberfläche des Schleudergutes im wesentlichen zylindrisch
ist, kann das eventuell reflektierte Licht nur
in Richtung Trommelachse linienförmig fokussiert
werden, während der zentrale Bereich in der optischen
Achse der Lichtquelle reflektieren kann. Wenn die
Fotodiode in Trommelachsrichtung weit genug von der
Lichtquelle entfernt angeordnet ist, dann kann sie von
eventuellen Restreflektionen nicht beeinflußt werden.
Wenn im Störungsfall der Sirup nicht abläuft, dann
fällt das Licht der Lichtquelle auf eine Flüssigkeitsoberfläche,
die infolge der Drehbeschleunigung durch
die Schleudertrommel auf der Oberfläche ein unregelmäßiges
wechselndes Wellenmuster haben kann. Unter solchen
Umständen sind kurzfristige blitzartige Lichtreflektionen
an den Flanken solcher Wellen in Richtung
Fotodiode möglich. Eine Beeinträchtigung des Überwachungsergebnisses
findet aber nicht statt, weil erfindungsgemäß
vorgesehen ist, daß die Helligkeit eine bestimmte
Zeit lang gemessen wird. Die Steuereinrichtung
gibt das Kommando zur Weiterführung des Schleuderprogrammes
nämlich nur dann, wenn die vergleichsweise
große Helligkeit im wesentlichen unverändert diese
Zeitspanne lang gemessen wird; irgendein krasser Helligkeitswechsel
gilt als Zeichen noch vorhandenen
Sirups, so daß die Steuereinrichtung den Fortgang des
Schleuderprogrammes verhindert.
Die erfindungsgemäß vorgesehene "zeitliche" Messung der
Helligkeit hat auch den Vorteil, daß der Überwachungsvorgang
von stark schwankenden Sirupanteilen der Füllmasse
unabhängig ist. Dauert der Ablauf des Sirups infolge
größeren Sirupgehaltes der Füllmasse einmal länger
als üblich, dann gewährleistet der Zeitfaktor, daß
auch der verspätet eintretende Zustand einer sirupfreien
Oberfläche des Schleudergutes in der Schleudertrommel
zuverlässig erfaßt wird.
Verfahren und Vorrichtung gemäß der Erfindung haben
auch noch den Vorteil, daß sie bei irgendwelchen unvorhergesehenen
Störungen in den sicheren Berich hinein
ausfallen. D. h. z. B., wenn die Lichtquelle oder die
Fotodiode verschmutzt sind, wenn die Steuereinrichtung
ausfällt usw., dann kann keine, eine bestimmte Zeit anhaltende
Helligkeit gemessen bzw. kein Fortschaltkommando
abgegeben werden und die Zentrifuge führt das
Schleuderprogramm nicht fort. Es kann also nicht vorkommen,
daß die Störung unbemerkt bleibt.
Die Unteransprüche 2 bzw. 4 bis 6 offenbaren vorteilhafte
Weiterbildungen des Überwachungsverfahrens bzw.
der Überwachungsvorrichtung nach der Erfindung.
Eine zur Ausübung des erfindungsgemäß ausgebildeten
Überwachungsverfahrens geeignete, erfindungsgemäß ausgebildete
Überwachungsvorrichtung ist in der Zeichnung
dargestellt.
Die Figur zeigt eine Achsialschemaschnittansicht
eines Teiles einer periodisch arbeitenden Zuckerzentrifuge
mit der erfindungsgemäß ausgebildeten
Überwachungsvorrichtung.
Von einer periodisch arbeitenden Zuckerzentrifuge ist
in der Figur nur das Gehäuse 1 mit der darin rotierend
antreibbaren, hängenden, im wesentlichen zylindrischen
Schleudertrommel 2, die mit einer Zentrifugen- oder
Trommelwelle 3 verbunden ist, gezeigt.
Wenn in die mit Fülldrehzahl rotierende Schleudertrommel
2 Füllmasse eingespeist wird, dann verteilt sich
diese unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft gleichmäßig
auf einem innen auf der Trommelwandung 4 angeordneten
Sieb 5. Die Fliehkraft trennt dabei die Füllmasse
in Sirup und Zucker, indem der Sirup durch die Löcher
des Siebes 5 in das Gehäuse 1 über Löcher 6 in der
Trommelwandung 4 abläuft und durch ein Ablaufrohr 7
abgeführt wird. Auf dem Sieb bleibt eine Zuckerschicht 8
zurück, die gemäß Schleuderprogramm weiterbehandelt
wird, wobei die Schleudertrommel 2 auf hohe Drehzahlen
beschleunigt wird.
Die Figur zeigt den Zustand, der in der Zuckerindustrie
gelegentlich dadurch auftritt, daß infolge verstopfter
Löcher des Siebes 5 oder infolge ungünstigen, d. h.
flüssigkeitsdurchlässigen Kristall- oder Korngrößenspektrums
des Zuckers, kein Sirup ablaufen kann. Da der
Sirup spezifisch leichter als der Zucker ist, bildet
sich auf dem Sieb die gezeigte Zuckerschicht 8 und
innen liegt darauf dann eine Sirupschicht 9. Sirup als
Flüssigkeit hat keine hinreichend feste Konsistenz, um
eine Beschleunigung der Schleudertrommel 2 zuzulassen.
Es entstehen Eigenschwingungen der Sirupschicht 9, die
zu großen Unwuchten der Schleudertrommel 2 führen und
diese zerstören können. Es kann sich aber auch eine
ungleichmäßige Zuckerschicht 8 ausbilden, durch die der
Sirup beim Beschleunigen der Schleudertrommel 2 an der
schwächsten Stelle plötzlich durchbricht. Auch dabei
entsteht eine plötzliche große Unwucht, die zur Beschädigung
eine plötzliche große Unwucht, die zur Beschädigung
der Zentrifuge führen kann.
Abhilfe schafft eine Überwachungsvorrichtung 10. Sie
besteht aus einer Lichtquelle 11, einer Fotodiode 12
und einer Steuereinrichtung 13. Lichtquelle 11 und
Fotodiode 12 sind gemeinsam an einem Stab 14 befestigt,
der am Gehäuse 1 bzw. dessen Deckel hängt; die Steuerrichtung
ist außerhalb des Gehäuses 1 z. B. im nicht
gezeigten Steuerkasten der Zentrifuge untergebracht.
Lichtquelle 11 und Fotodiode 12 sind gegen Wärme und
Feuchtigkeit gekapselt und wenigstens mit ihren lichtdurchlässigen
Teilen im Wirkbereich der nicht gezeigten
üblichen Waschdüsen der Zentrifuge angeordnet.
Die Lichtquelle 11 sendet diffuses Licht oder Infrarotlicht
rechtwinklig auf die Oberfläche der Sirup- oder
Zuckerschicht 9 bzw. 8. Diffuses Licht ist weitgehend
reflektionsarm, der rechte Abstrahlwinkel garantiert
Restreflektionen, die innerhalb des ausgesandten Lichtstrahles
verbleiben. Die Fotodiode 12 ist achsial oberhalb
der Lichtquelle 11 am Stab 14 gehalten, außerhalb
des Reflektionsbereiches des beleuchteten Fleckes 15
auf der Oberfläche des Schleudergutes 8, 9, also mit im
Winkel auf den beleuchteten Fleck 15 verlaufender optischer
Achse angeordnet.
Im Normalfall des Zentrifugenbetriebes ist der Sirup
abgelaufen und der beleuchtete Fleck 15 befindet sich
auf der Oberfläche der Zuckerschicht 8 und hat eine
vergleichsweise große Helligkeit. Die Steuereinrichtung
sorgt dafür, daß die Messung der Helligkeit durch die
Fotodiode 12 wenigstens mehrere Trommelumdrehungen lang
durchgeführt wird. Bleibt die Helligkeit während dieser
Helligkeit des beleuchteten Fleckes 15, die Steuereinrichtung
13 gibt kein Fortschaltkommando.
Da der beleuchtete Fleck 15 auf einer Flüssigkeitsoberfläche,
nämlich der Sirupschicht 9 liegt, kann diese
unter dem Einfluß der Rotation der Schleudertrommel 2
unregelmäßige Wellenstrukturen haben. Die Wellenflanken
können gelegentlich unkontrollierte blitzartige Lichtreflektionen
zur Fotodiode 12 lenken. Die Steuereinrichtung
13 gibt jedoch nur dann das Fortschaltkommando,
wenn große Helligkeit innerhalb einer gewissen
Schwankungsbreite während der Kontrollzeit ununterbrochen
gemessen wird; die gelegentlich möglichen Helligkeitsblitze
haben daher keinen Einfluß auf den Überwachungsvorgang.
Wesentlich geringere Helligkeit des
beleuchteten Fleckes 15 blockiert den Fortlauf des
Schleuderprogrammes.
So werden Schäden der Zentrifuge verhindert, wenn der
Sirup aus irgendwelchen Gründen nicht abläuft, indem
das Beschleunigen der Schleudertrommel 2 verhindert
wird.
Um den Einfluß unterschiedlicher Schichtdicken des
Schleudergutes 8, 9 auszugleichen, braucht lediglich
dafür gesorgt zu werden, daß der beleuchtete Fleck 15
einen ausreichend großen Durchmesser hat, damit ihn die
optische Achse der Fotodiode 12 auch dann trifft, wenn
er extrem weit oder nahe vom bzw. am Sieb 5 liegt, weil
die Gutschicht 8, 9 extrem dick oder dünn ist.
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| Anspruch[de] |
- 1. Überwachungsverfahren zur Kontrolle des Sirupablaufes
bei periodisch arbeitenden Zuckerzentrifugen,
bei dem nach dem Füllen und Verteilen der Füllmasse
das Verschwinden des Sirups aus der Schleudertrommel
überwacht und erst danach das Schleuderprogramm
durch Erhöhen der Schleuder- bzw. Trommeldrehzahl
fortgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß das in der Schleudertrommel
verteilte Schleudergut mit diffusem Licht oder Infrarotlicht
rechtwinklig zur Trommeldrehachse beleuchtet
wird, daß die dadurch auf der Schleudergutoberfläche
erzielte Helligkeit elektronenoptisch
außerhalb des Reflektionsbereiches der beleuchteten
Stelle gemessen, das Schleuderprogramm bei großer
gemessener Helligkeit weitergeschaltet bzw. fortgesetzt
wird und bei im Vergleich geringer gemessener
Helligkeit unterbrochen wird.
- 2. Überwachungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das
Schleuderprogramm erst nach während mehrerer
Trommelumdrehungen weitgehend gleichbleibender
Helligkeit weitergeschaltet bzw. fortgesetzt wird.
- 3. Überwachungsvorrichtung zur Kontrolle des Sirupablaufes
bei periodisch arbeitenden Zentrifugen der
Zuckerindustrie, die eine automatisch arbeitende
Steuereinrichtung zum Durchführen eines Schleuderprogrammes
aufweisen, wobei eine innen mit einem
Trennsieb ausgerüstete, im wesentlichen zylindrische
Schleudertrommel, die in einem Gehäuse angeordnet
und programmgemäß mit unterschiedlichen
Drehzahlen antreibbar ist, bei Füll- und Verteildrehzahl
Sirup aus der Zuckerfüllmasse abschleudert,
während eine Sicherheitseinrichtung das Vorhandensein
und die Menge abgeschleuderten Sirups
kontrolliert und bei Fehlen von ablaufendem Sirup
oder zu geringer Menge des abgeschleuderten Sirups
die Fortsetzung des Schleuderprogrammes unterbricht,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Inneren der Schleudertrommel (2) eine
mit ihrer optischen Achse rechtwinklig zum zylindrischen
Trommelmantel (4) angeordnete, diffuses Licht
oder Infrarotlicht ausstrahlende Lichtquelle (11) angeordnet
ist, daß eine außerhalb des Bereiches unmittelbarer
Reflektion mit im Winkel zu dem, auf der
Oberfläche des Schleudergutes (8, 9) von der Lichtquelle
(11) erzeugten hellen Fleckes (15) verlaufender
optischer Achse angeordnete Fotodiode (12) vorgesehen
ist, und daß die Fotodiode (12) mit einer elektronischen
Steuereinrichtung (13) verbunden ist,
welche außerhalb des Zentrifugengehäuses (1) angeordnet
ist, wobei das Schleuderprogramm bei vorschriftsmäßig
abgelaufenem Sirup und infolgedessen während
mehrerer Trommelumdrehungen gemessener großer Helligkeit
des auf einer Zuckerschicht (8) liegenden hellen
Fleckes (15) mittels der Steuereinrichtung (13) fortschaltbar
ist, während bei nicht abgelaufenem Sirup
und auf der Sirupschicht (9) befindlichen beleuchtetem
Fleck (15) sowie infolgedessen wesentlich geringerer
gemessener Helligkeit das Schleuderprogramm mittels
der Steuereinrichtung (13) blockierbar ist.
- 4. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß
Lichtquelle (11) und Fotodiode (12) gegen Feuchtigkeit
und Wärme geschützt ausgebildet sind.
- 5. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 3 und/oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß Lichtquelle (11) und Fotodiode (12) wenigstens
mit den lichtdurchlässigen Teilen im Bereich der
Strahlen der Waschdüsen der Zuckerzentrifuge angeordnet
sind.
- 6. Überwachungsvorrichtung nach einem oder mehreren
der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß Fotodiode (12) und Lichtquelle
(11) an einem am Gehäusedeckel der Zentrifuge
achsparallel zur Trommelwelle (3) gehaltenen
Stab (14) gemeinsam befestigt sind.
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