Verfahren zur Überwachung von chemischen oder technischen Prozessen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwa- chung von chemischen oder technischen Prozessen, bei denen ein bestimmter Druck nicht unter- oder überschritten werden soll.
Bekannt ist es, chemische oder technische Prozesse mit Vorrichtungen und Geräten zu überwachen, die eine zusätzliche Energiequelle erfordern, wie z. B.
elektro-pneumatische oder elektro-hydraulische Regelgeräte. Als nachteilig ist hierbei anzusehen, dass für Schalt- und Steuervorgänge immer eine Hilfsenergie zur Verfügung stehen muss. Unter Hilfsenergie im hier betrachteten Falle ist jede Energieform zu verstehen, die keine systemeigene Druckenergie ist.
Der Zweck der Erfindung besteht darin, den im Stand der Technik beschriebenen Aufwand zu verringern und die Betriebssicherheit derartiger Systeme zu erhöhen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Überwachung von chemischen oder technischen Prozessen zu schaffen, welches keine zusätzlichen Hilfsenergien erfordert.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Verfahren zur Überwachung von chemischen oder technischen Prozessen, bei denen ein bestimmter Druck nicht unter- oder überschritten werden soll, so ausgebildet ist, dass die Druckänderung eines im Prozess charakteristischen Druckes für das Inbewegungsetzen eines mit dem gleichen Druck arbeitenden Steueroder Schaltmechanismus, vorzugsweise eines Spannwerkes mit Laufgesperre, benutzt wird.
Die Vorteile der erfindungsgemässen Lösung bestehen in einer Verminderung des technischen Aufwandes, einer Unabhängigkeit von der Versorgung mit Hilfsenergien für Steuer- und Schaltvorgänge und damit einer Erhöhung der Zuverlässigkeit des Systems, einem Fortfall von Überwachungseinrichtungen und der Möglichkeit, dieses Verfahren in wartungsfreie Gesamtsysteme einzusetzen.
Die Erfindung soll an zwei Beispielen erläutert werden. Beispiel I betrifft die Steuerung einer Wechselfilteranlage in Abhängigkeit von der Verschmutzung des in Betrieb befindlichen Filters. Beispiel II betrifft die Steuerung einer Azetylen-Tropfentwickleranlage.
Es zeigen dazu für Beispiel I
Fig. 1 eine Schnittdarstellung des Vorsteuerschiebers;
Fig. 2 einen Schnitt des Vorsteuerschiebers in der Ebene A-A;
Fig. 3 einen Schnitt des Vorsteuerschiebers in der Ebene B-B;
Fig. 4 ein Schaltschema der Filteranlage; sowie für Beispiel II
Fig. 5 eine Schnittdarstellung des Vorsteuerschiebers;
Fig. 6 einen Schnitt des Vorsteuerschiebers in der Ebene A-A;
Fig. 7 einen Schnitt des Vorsteuerschiebers in der Ebene B-B;
Fig. 8 ein Schaltschema der Entwickleranlage.
Die Umschaltvorrichtung (Beispiel I) gewährleistet das selbsttätige Umschalten auf einen zweiten sauberen Filter bei Verschmutzung des ersten in einem Kreislauf mit Wechselfiltern. Wechselfilter werden aus Gründen der Betriebssicherheit in verschiedenen Anlagen von den zuständigen technischen tÜberwachungsinstitutio- nen gefordert. Jeder Einzelfilter muss dabei für sich allein voll betriebsfähig sein und bei Verschmutzung ohne Störung des Betriebes aus dem Kreislauf genommen werden können. Diese Funktion erfüllt die Umschaltvorrichtung ohne Hilfsenergie, nur mit einem äusserst kleinen Teil der Druckenergie, die die Förderpumpe 1 abgibt. Der Schaltablauf wird durch einen bestimmten Differenzdruck ausgelöst. Während des Umschaltvorganges wird die Reinigung des Mediums nicht unterbrochen, da dann gleichzeitig beide Filterkörper im Kreislauf sind.
Erst wenn der neue saubere Filter in Betrieb genommen ist, wird der verschmutzte aus dem Kreislauf herausgenommen.
Der Umschaltvorrichtung liegt folgendes Prinzip zugrunde:
Der Differenzdruck zwischen beiden Seiten der Filter wird dazu ausgenutzt, mit Hilfe einer Feder 5 Energie zu speichern, die bei Erreichen eines vorgegebenen Differenzdruckes plötzlich freigegeben wird und das sichere Umsteuern der Leitungen eines Schiebers 10, welcher die Filter 15 und 16 mit den entsprechenden Leitungen verbindet, gewährleistet..
Die Energie zum Verschieben des Kolbens 11 wird dabei dem Medium entnommen, ebenso die Energie zum Betätigen eines Rückstellorgans 7. Im wesentlichen besteht die Umschaltvorrichtung aus folgenden Hauptbauteilen; dem Vorsteuerschieber 2, dem Hauptschieber 10, dem Rückstellorgan 7, der Zeitsteuerdrossel 12 und der Vorsteuerdrossel 13. Der Hauptschieber 10 ist ein Mehrwegeventil mit hydraulischer Betätigung, das Rückstellorgan 7 ist ein Mehrwegeventil mit hydraulischer Betätigung und Federrückstellung. Der Vorsteuerschieber wird im folgenden beschrieben:
Der Vorsteuerschieber 2 besteht aus einem Zylinder 47, der an seinen Enden durch die Deckel 48 und 49 verschlossen und an die Steuerleitungen 20, 21, 22, 23, 24, 25 angeschlossen ist.
Im Zylinder 47 befindet sich der Druckkolben 6, der durch den Stift 31 gegen Verdrehen gesichert, aber gleichzeitig durch die Nut 45 axial verschieblich ist. Mit dem Druckkolben 6 ist der Schaltriegel 29 über die Schaltstange 50 verbunden. Auf der Schaltstange 50 befindet sich der Kreuzschalter 3, der durch den Stift 28 gegen axiale Verschiebung gesichert, aber gleichzeitig durch die Ringnut 43 verdrehbar ist, weiterhin die Schaltklaue 4, die durch den Stift 35 an der Schaltstange 50 gehaltert und durch das Langloch 42 in der Schaltstange 50 axial verschieblich sowie durch die beiden schraubeniinienförmigen Langlöcher 41 und 411 um die Schaltstange 50 verdrehbar ist.
Zwischen der Schaltklaue 4 und dem Druckkolben 6 ist die Druckfeder 5 angeordnet, die das Kräftegleichgewicht am mit den Filterein- und Austrittsseiten verbundenen Druckkolben 6 herstellt und dabei die zum Umschalten notwendige Energie speichert. Infolge der wachsenden Filterverschmutzung wächst die Druckdifferenz zwischen beiden Filterseiten. Dabei wird der Druckkolben 6 und die Schaltstange 50 so in Richtung der Schaltklaue 4 hin verschoben, dass der Schaltriegel 29 aus den Längsnuten 37 des Kreuzschalters 3 schliesslich herausgleiten kann.
Damit ist der Kreuzschalter 3 entriegelt, die gespannte Feder 5 kann nun mit Hilfe der Verzahnungen 39 und 40 am Kreuzschalter 3 und an der Schaltklaue 4 des Kreuzschalters 3 um ca. 90O im Zylinder 47 drehen. Dabei werden die Steuerleitungen vertauscht, so dass die Steuerleitung 21, die bisher durch die Steuernuten 38 mit der Steuerleitung 23, wie in Fig. 4 dargestellt, verbunden war, nun mit der Steuerleitung 24 verbunden wird. Ebenso wird die Steuerleitung 25 mit der Steuerleitung 23 verbunden. Durch diesen Umschaltvorgang wird der gesamt nun ablaufende Schaltzyklus - wie in der Beschreibung folgt - ausgelöst. Durch die Entlüftung der Steuerleitung 22 wird der Druckkolben 6 in seine Ausgangsstellung zurückgeschoben. Dabei gleitet der Schaltriegel 29 in die Längsnuten 371 des Kreuzschalters 3 hinein.
Der Kreuzschalter 3 vollendet damit seine Drehung zu genau 90 , während die Schaltklaue 4, die durch den Stift 35 von der Schaltstange 50 mitgenommen wird, unter einer leichten Drehung um dieselbe - ermöglicht durch die schrägen Langlöcher 41; 411 - mit ihren Zähnen 40 an den Zähnen 39 des Kreuzschalters 3 entlanggleitet und sich schliesslich vom Kreuzschalter 3 völlig löst. Nachdem sich Kreuzschalter 3 und Schaltklaue 4 voneinander gelöst haben, wird die Schaltklaue 4 durch die ständige Vorspannung der Fe der 5 und die schrägen Langlöcher 41 und 411 ebenfalls in ihre Ausgangslage zurückgedreht, so dass die Schaltzähne 39 und 40 nach Abschluss des Schaltzyklus wieder in Wirkungsverbindung stehen.
Für die stufenlose Einstellbarkeit der gewünschten zulässigen Druckdifferenz im Filter bei Verschmutzung besitzt der Druckkolben 6 eine zentrische Längsbohrung 46, in der eine Gewindespindel 32 dicht geführt wird und die über ein Widerlager 36 mit einem Stift 30 eine Vorspannung der Feder 5 bewirkt. Der Stift 30 läuft dabei durch ein Langloch 44 der Schaltstange 50. Die Gewindespindel 32 wird von aussen durch die ebenfalls im Deckel 49 dicht geführte Stellspindel 34, die mit einem Vierkant in einen entsprechenden Einsatz 33 der Gewindespindel 32 greift, betätigt.
Der Schaltzyklus läuft dabei wie folgt ab:
Das von der Pumpe 1 geförderte Medium wird über die Leitung 18 entsprechend der Kolbenstellung des Hauptschiebers 10 zum Filter 15 geleitet, weiterhin über die Leitung 19 zum Verbraucher 17 und zurück in den Umlauftank 14. An die Leitungen 18 und 19 sind die Steuerleitungen 20 und 21 angeschlossen, welche zum Vorsteuerschieber 2 führen und den Druckkolben 6 beiderseitig beaufschlagen. Gleichzeitig ist die Steuerleitung 21 über den Kreuzschalter 3 so mit der Steuerleitung 23 zum Hauptschieber 10 verbunden, dass der Hauptsteuerkolben 11 in seiner gezeichneten Stellung gehalten wird.
Mit wachsendem Verschmutzungsgrad des Filters 15 wird der Druckunterschied der beiden Filterseiten grösser und der Druckkolben 6 des Vorsteuerschiebers 2 zur Seite des kleineren Druckes - der mit der Steuerleitung 211 verbundenen Seite - hin verschoben und dabei die Feder 5 zusammengedrückt.
Hat der Druckunterschied den vorgegebenen höchstzulässigen Wert erreicht, so wird über dem Druckkolben 6 eine gegenseitige Sperrung von Kreuzschalter 3 und Schaltklaue 4 aufgehoben und die Feder 5 drückt mit Hilfe der Verzahnungen 39 und 40 an Kreuzschalter 3 und Schaltklaue 4 den Kreuzschalter 3 in die erforderliche Schaltstellung, um den Hauptschieber 10 umzusteuern. Die Steuerleitung 23 wird mit der Steuerleitung 25 zum Zeitsteuerschieber 7 verbunden, während die Steuerleitung 21 mit der Steuerleitung 24 verbunden wird, wodurch der Hauptsteuerkolben 11 so verschoben und anschliessend gehalten wird, dass er die Leitung 18 zum Filter 15 versperrt und zum Filter 16 freigibt. Das noch im Hauptsteuerschieber 10 befindliche Steuermedium wird dabei über die Steuerleitung 23, den Kreuzschalter 3 und die Steuerleitung 25 in den Zeitsteuerschieber 7 gepresst.
Im Zeitsteuerschieber 7 wird dadurch die Feder 9 gespannt. Durch eine entsprechende Ringnut im Zeitsteuerkolben 8 wird der Vorsteuerschieber 2 über die Entlüftungsleitung 22 entlüftet.
Dadurch wird der Druckkolben 6 durch den Druck des Filtrats in der Steuerleitung 211 in seine Ausgangsstellung zurückgeschoben und der Kreuzschalter 3 verriegelt. Die Feder 9 im Zeitsteuerschieber 7 drückt über den Zeitsteuerkolben 8 das Steuermedium über die Zeitsteuerdrossel 12 und die Rückführleitung 26 in den Umlauftank 14, da die Steuerleitung 25 durch den Hauptsteuerkolben 10 verschlossen ist.
Nachdem der Zeitsteuerkolben 8 seine Endlage erreicht hat, ist die Entlüftungsleitung 22 vom Vorsteuerschieber 2 verschlossen. Die Umschaltvorrichtung ist zu einem neuen Schaltzyklus bereit. Zur Entlüftung des Zeitsteuerschiebers 7 ist eine Leckleitung 27 vorgesehen. Die Entlüftungsleitung 22 und Leckleitung 27 sind getrennt bis zum Umlauftank 14 zu führen.
In einem weiteren Beispiel wird das Verfahren am Umschalten einer Azetylen-Tropfentwickleranlage gezeigt, die aus zwei parallelen Entwicklern besteht, von denen sich einer in Betrieb befindet und der zweite eingeschaltet wird, wenn der Druck in der Azetylen-Versorgungsleitung sinkt. Danach kann der verschlammte Entwickler gereinigt und erneut betriebsbereit gemacht werden. Solche Anlagen können zur Erzeugung von technischem Azetylen-Schweissgas in grösseren Betrieben eingesetzt werden.
Die Umschaltvorrichtung gewährleistet das selbsttätige Umschalten auf einen zweiten betriebsbereiten Entwickler. Während des Umschaltvorganges wird die Erzeugung von Azetylen nicht unterbrochen, da dann gleichzeitig beide Entwickler in Betrieb sind. Im wesentlichen besteht das System aus folgenden Hauptteilen: dem Vorsteuerschieber 52 und dem Hauptschieber 58 sowie den Entwicklern 60 und 61. Der Vorsteuerschieber 52 besteht aus einem Zylinder 81, der an seinen Enden durch die Deckel 82 und 83 verschlossen und an die Steuerleitungen 63, 64, 65 und 66 angeschlossen ist.
Im Zylinder 81 befindet sich der Druckkolben 57, der durch den Stift 70 gegen Verdrehen gesichert, aber gleichzeitig durch die Nut 80 axial verschieblich ist. Mit dem Druckkolben 57 ist der Schaltriegel 69 über die Schaltstange 84 verbunden. Auf der Schaltstange 84 befindet sich der Kreuzschalter 53, der durch den Stift 68 gegen axiale Verschiebung gesichert, aber gleichzeitig durch die Ringnut 79 verdrehbar ist, weiterhin die Schaltklaue 54, die durch den Stift 72 an der Schaltstange 84 gehaltert,
und durch das Langloch 78 in der Schaltstange 84 axial verschieblich sowie durch die beiden schraubenlinienförmigen Langlöcher 77 und 771 um die Schaltstange 84 verdrehbar ist Zwischen der Schaltklaue 54 und dem Druckkolben 57 ist die Feder 56 und zwischen dem Druckkolben 57 und dem Stellkolben 71 die Feder 55 angeordnet Infolge des sinkenden Druckes bei Verschlammen des Entwicklers wird der Druckkolben 57 und die Schaltstange 84 durch die Vorspannung der Feder 55 so in Richtung der Schaltklaue 54 hin verschoben, dass der Schaltriegel 69 aus den Längsnuten 73 des Kreuzschalters 53 schliesslich herausgleiten kann. Damit ist der Kreuzschalter 53 entriegelt, die vorgespannte Feder 55 kann nun mit Hilfe der Verzahnungen 75 und 76 am Kreuzschalter 53 und an der Schaltklaue 54 den Kreuzschalter 53 uln ca. 900 im Zylinder 81 drehen.
Dabei werden die Steuerleitungen vertauscht, so dass die Steuerleitung 63, die bisher durch die Steuernuten 74 mit der Steuerleitung 65, wie in Fig. 8 dargestellt, verbunden war, nun mit der Steuerleitung 66 verbunden wird. Ebenso wird die Entlüftungsleitung 64 mit der Steuerleitung 65 verbunden.
Durch diesen Umschaltvorgang wird der nun ablaufende Schaltzyklus - wie in der Beschreibung folgt ausgelöst. Durch den erneuten Anstieg des Druckes in der Steuerleitung 63 wird der Druckkolben 57 in die Ausgangsstellung zurückgeschoben. Dabei gleitet der Schaltriegel 69 in die Längsnuten 731 des Kreuzschalters 53 hinein. Der Kreuzschalter 53 vollendet damit seine Drehung zu genau 900, während die Schaltklaue 54, die durch den Stift 72 von der Schaltstange 84 mitgenommen wird, unter einer leichten Drehung um dieselbe - ermöglicht durch die schrägen Langlöcher 77 und 771 - mit ihren Zähnen 76 und den Zähnen 75 des Kreuzschalters 53 entlanggleitet und sich schliesslich vom Kreuzschalter 53 völlig löst.
Nachdem der Kreuzschalter 53 und die Schaltklaue 54 sich voneinander gelöst haben, wird die Schaltklaue 54 durch die ständige Vorspannung der Feder 56 und die schrägen Langlöcher 77 und 771 ebenfalls in ihre Ausgangslage zurückgedreht, so dass die Schaltzähne 75 und 76 bei Absinken des Azetylendruckes wieder in Wirkungsverbindung stehen. Für die stufenlose Einstellbarkeit des gewünschten minimalen Azetylendruckes besitzt der Stellkolben 71 eine Stellspindel 85, die durch den Deckel 83 von aussen betätigt werden kann und damit eine Vorspannung der Feder 55 bewirkt. Von der Wasserzulaufleitung 51 wird entsprechend der Kolbenstellung des Hauptschiebers 58 zum Entwickler 60 geleitet, vom Entwickler 60 strömt das erzeugte Azetylen durch den Hauptschieber in die Azetylenleitung 62. An die Azetylenleitung 62 ist die Steuerleitung 63 angeschlossen, welche zum Vorsteuerschieber 52 führt.
Gleichzeitig ist die Steuerleitung 63 über den Kreuzschalter 53 so mit der Steuerleitung 65 zum Hauptschieber 58 verbunden, dass der Hauptschieberkolben 59 in seiner gezeichneten Stellung gehalten wird. Bei sinkendem Azetylendruck infolge der Verschlammung des Entwicklers 60 wird der Druckkolben 57 von der Feder 55 gegen die Schaltklaue 54 hin verschoben und damit die gegenseitige Sperrung von Kreuzschalter 53 und Schaltklaue 54 aufgehoben, wenn der Schaltriegel 69 aus den Längsnuten 731 des Kreuzschalters 53 herausgeglitten ist. Damit kann sich die Feder 56 entspannen, indem sie mit Hilfe der Verzahnungen 75 und 76 den Kreuzschalter 57 in die erforderliche Schaltstellung bringt, um den Hauptschieber 58 umzusteuern.
Die Steuerleitung 63 wird mit der Steuerleitung 66 verbunden, wodurch der Hauptsteuerkolben 59 so verschoben und anschliessend gehalten wird, dass er die Wasserzulaufleitung zum Entwickler 61 freigibt und zum Entwickler 60 versperrt. Die Steuerleitung 65 wird über die Entlüftungsleitung 64 entlüftet. Durch den vom Entwickler 61 erzeugten Azetylendruck wird daran anschliessend der Druckkolben 57 entgegen dem Federdruck der Feder 55 zurückgeschoben, wobei der Schaltriegel 69 in die Längsnuten 73 des Kreuzschalters 53 gleitet und somit Kreuzschalter 53 und Schaltklaue 54 gegenseitig sperrt.