Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtasten des Unterlaufstrahles eines Hydrozyklons, insbesondere zur Regelung desselben durch Erfassen der Strahlveränderung am Grobkornaustrag durch optische Mittel gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Anordnung zur

Durchführung eines derartigen Verfahrens.

Hydrozyklone sind sowohl bei der Aufbereitung mineralischer Rohstoffe als auch im zunehmenden Maß in der Umwelttechnik, z. B. beim

Bodenwaschen als bevorzugte Klassierapparate für Trennkorngrößen im Bereich von 10 μιτι bis 100 μιτι im Einsatz. Ziel der jeweiligen Klassierung ist dabei die trennscharfe Abtrennung, z. B. eines kontaminierten

Feinkorns vom gewaschenen Grobkorn des Bodens.

Das Grobprodukt von Hydrozyklonen wird durch die sogenannte

Unterlaufdüse am unteren Ende des Hydrozyklons ausgetragen. Dabei bildet sich ein Austragsstrahl aus, dessen Form vom Betriebszustand des Hydrozyklons abhängt. Es wird hier zwischen Strangaustrag und

Schirmaustrag unterschieden. Für eine effektive Prozesssteuerung des Hydrozyklons ist dabei ein Abtasten des Auslaufstrahles erforderlich. Bei dieser Abtastung müssen verschiedene Voraussetzungen erfüllt werden. Zum einen muss die beginnende Ausbreitung des Strahls, d. h. der

Übergang vom Strang- zum Schirmaustrag sicher selektiert werden. Zum anderen müssen eingesetzte Sonden dem rauhen Hydrozyklonbetrieb beim Industrieeinsatz angepasst sein.

Aus der DE 199 63 284 AI ist eine Anordnung zur Regelung des Betriebs eines Hydrozyklons oder einer Hydrozyklonanordnung vorbekannt, bei der die Form des Austragsstrahls im Unterlauf mindestens eines Hydrozyklons mit Hilfe einer Sonde erfasst und das Sondensignal einem vorhandenen Regelventil in der Oberlaufleitung des Hydrozyklons für die Verstellung des Volumensplits zugeführt wird. Die dortige Sonde ist in der Lage, den Umschlag der Austragsform des Unterlaufstroms von Strang zu Schirm zu erfassen.

Dabei wird der erkannte Umschlag im Unterlauf als Indikator für den Zustand des Hydrozyklons regelungstechnisch genutzt. Solange im

Unterlauf des Hydrozyklons die Strangform beobachtet werden kann, ist Sediment im Konus gespeichert, was einen hohen Feststoffgehalt bzw. einen hohen Eindickungsgrad im Unterlauf bedeutet, aber auch einen zumindest partiellen Fehlaustrag von grobkörnigem Gut im Oberlauf nach sich zieht. Im Falle des Schirmaustrages ist nahezu kein Sediment mehr im Hydrozyklonkonus enthalten, so dass ein maximaler Feststoffaustrag gewährleistet wird. Bezüglich der einzusetzenden Messsonde wird nach DE 199 63 284 AI auf eine Berührungssonde verwiesen.

Als Alternative wurde in der DE 100 27976 C2 die Abtastung des

Suspensionsstrahls mit Hilfe der an sich bekannten Lichtschrankentechnik erwähnt. Hierbei wird eine Verschmutzung von Lichtquelle bzw.

Lichtempfänger dadurch verhindert, dass diese Einrichtungen im

ausreichenden großen Abstand vom Suspensionsstrahl positioniert werden.

Die Lösung nach DE 100 27976 C2 geht von dem Grundgedanken aus, die eigentliche Messsonde in einem Gehäuse anzuordnen, wobei das Gehäuse an seiner zum Strahl gerichteten Seite an sich offen ist, jedoch durch eine flexible Membran, insbesondere in Form einer Kappe, abgeschlossen wird. Diese Membran ist dann beim Auftreffen des Unterlaufstrahls einer

Verformung unterworfen, die wiederum vom im Gehäuseinneren geschützt angeordneten Sensor selektierbar ist. Demnach berührt der

Suspensionsstrahl zwar die Membran, nicht jedoch die im Inneren des Gehäuses befindliche Sensorik, so dass Messwertverfälschungen auf ein Minimum reduziert werden können.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass dann, wenn ein maximaler Strahlwinkel vorliegt, sich dieser bei weiterer Verdünnung der Aufgabesuspension kaum noch verändert. Aufgrund dieser Tatsache versagt bei geringen Feststoffgehalten in der Aufgabe die an sich bekannte Regelung auf der Basis der Messung des Schirmwinkels.

Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein weiterentwickeltes Verfahren sowie eine zugehörige Anordnung zum Abtasten des Unterlaufstrahls eines Hydrozyklons, insbesondere zur Regelung desselben durch Erfassen der Strahlveränderung ab Grobkornaustrag durch optische Mittel anzugeben, so dass eine Hydrozyklonregelung auch im Bereich geringer Feststoffkonzentrationen mit hoher Regelgenauigkeit möglich ist.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt verfahrensseitig durch die Lehre gemäß Patentanspruch 1 sowie hinsichtlich der Anordnung mit der Merkmalskombination nach Patentanspruch 7, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.

Es wird demnach verfahrensseitig von einer Abtastung des Unterlaufstrahls eines Hydrozyklons, insbesondere zu dessen Regelung ausgegangen, indem ein Erfassen der Strahlveränderung am Grobkornaustrag durch optische Mittel erfolgt.

Erfindungsgemäß wird eine Abbildung des Strahles auf eine optoelektronische Aufnahmeeinrichtung, insbesondere Kamera, mittels einer Durchlicht- Beleuchtungseinrichtung vorgenommen, wobei hierdurch Veränderungen der optischen Transparenz des Strahls ermittelbar sind.

Aus diesen Veränderungen der optischen Transparenz ergibt sich die Erkenntnis, dass der Feststoffgehalt reduziert ist, was regelungstechnisch genutzt werden kann.

Erfindungsgemäß kann der Feststoffgehalt in der Aufgabe mit

ausreichender Genauigkeit aus den optischen Signalen im Ergebnis der Transparenz- bzw. Trübungsmessung, d. h. quasi indirekt, bestimmt werden. Darüber hinaus gilt es erfindungsgemäß, mit Hilfe der

Bildaufnahmeeinrichtung die sich ändernde, strahlbedingte Verschattung der Beleuchtungseinrichtung, d. h. die Größe der verschatteten Fläche im gewählten Bildausschnitt festzustellen. Hieraus können auch kleinere Änderungen des Strahlwinkels erfasst werden, ohne dass es eines zusätzlichen apparativen Aufwandes im Sinne von mehreren diskret anzuordnenden mechanischen Sensoren oder mehrerer Lichtschrankensysteme bedarf.

Konkret wird aus dem sich ändernden Maß der Verschattung der

Strahlwinkel und/oder der Strahlumschlag bestimmbar.

Die Verschattungsbestimmung wird mit dem Erreichen eines maximalen oder sich nicht mehr vergrößernden Strahlwinkels durch die vorerwähnte Trübungs- bzw. Transparenzmessung ergänzt oder ersetzt.

Bei einer weiteren verfahrensseitigen Ausgestaltung besteht in

Abhängigkeit vom Material der Aufgabe die Möglichkeit, die Durchlicht- Beleuchtungseinrichtung hinsichtlich Beleuchtungsstärke und/oder

Beleuchtungswellenlänge einzustellen oder entsprechend zu kalibrieren, so dass sich die Messgenauigkeit und/oder die notwendige Auflösung erhöht.

Erfindungsgemäß kann zusätzlich zur Trübungs- und/oder

Verschattungsmessung noch das akustische Verhalten beim Übergang vom Strang zum Schirmaustrag ausgewertet werden. Insbesondere kann beim Erkennen des Übergangs vom Strang zum Schirmaustrag die

Verschattungs- bzw. Transparenz- oder Trübungsmessung aktiviert werden.

Bei einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung besteht die Möglichkeit, das Zeitverhalten, d. h. die zeitliche Schwankung der Verschattung zur

Identifizierung des Übergangsbereiches von Strang zu Schirmaustrag zu ermitteln. Auf dieser Grundlage besteht dann auch die Möglichkeit, ein Regelungssignal für den Hydrozyklon, z. B. zum Zweck der Wasserzugabe, abzuleiten.

Alternativ oder ergänzend zur Möglichkeit, das akustische Verhalten beim Übergang vom Strang zum Schirmaustrag auszuwerten, kann das zeitliche Verhalten der aufgenommenen optischen Signale bewertet werden. Dabei kann auch ein Kalibrierungs- und/oder Lernschritt durchgeführt und das typische Signalverhalten für den jeweiligen Hydrozyklon abgespeichert und zu Vergleichszwecken herangezogen werden.

Bei der Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zum Abtasten des Unterlaufstrahls eines Hydrozyklons durch Erfassen der Strahlveränderung am Grobkornaustrag wird auf eine Durchlicht-Beleuchtungseinrichtung und auf eine Bildaufnahmeeinrichtung zurückgegriffen, die gegenüberliegend auf einer optischen Achse befindlich sind. Diese gemeinsame optische Achse schneidet den Unterlaufstrahl, wobei sich der Schnittpunkt des Unterlaufstrahls zwischen der Durchlicht-Beleuchtungseinrichtung und der Bildaufnahmeeinrichtung befindet. Über einen ausreichenden Abstand sowohl der Durchlicht-Beleuchtungseinrichtung als auch der

Bildaufnahmeeinrichtung, bezogen auf den vorerwähnten Schnittpunkt, werden Verschmutzungen vermieden bzw. auf ein Mindestmaß reduziert.

Als Bildaufnahmeeinrichtung kommen optoelektronische Kameras zum Einsatz, die eine ladungsgekoppelte Bildwandlungssenorik besitzen, mit deren Hilfe das vorhandene Verschattungsbild bzw. die auftretende

Trübung hochaufgelöst ermittelbar sind.

Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung weist die Durchlicht-Beleuchtungseinrichtung eine Optik auf, um das sich

verändernde Unterlaufstrahlbild auf den genannten Bildempfänger der Bildaufnahmeeinrichtung zu projizieren. Dabei können Abschnitte des Unterlaufstrahls ausgewählt werden. Mit Hilfe der Optik und/oder einer Fokuseinstellung der

Bildaufnahmeeinrichtung kann in reproduzierbarer Weise ein Teilbereich des Unterlaufstrahls selektiert und ausgewertet werden.

Ergänzend besteht die Möglichkeit, dass die Bildaufnahmeeinrichtung den Farbwert des durchleuchteten Unterlaufstrahls ermittelt, um zusätzliche Erkenntnisse über die Arbeitsweise und das Verhalten des Hydrozyklons in Abhängigkeit der Aufgabe und des erreichten Klassierungsgrades zu erlangen.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.

Hierbei zeigen:

Figur 1 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen

Anordnung und

Figur 2 typische beispielhafte Strahlwinkel und

Trübungszustände am Hydrozyklonunterlauf.

Bei der Darstellung nach Fig. 1 wird vom konischen unteren Abschnitt eines Hydrozyklons 5 ausgegangen, wobei unterseitig sich der

Hydrozyklonaustrag 2 ergibt. Das in der Fig. 1 gezeigte Strahlbild ist von einem leichten Schirmaustrag geprägt.

Eine Durchlicht-Beleuchtungseinrichtung 1 in Form, z. B. eines

Scheinwerfers erzeugt Strahlung in Richtung des Hydrozyklonaustrages 2, die den dortigen Materialaustrag teilweise durchdringt. Mit Hilfe einer als Kamera ausgebildeten Bildaufnahmeeinrichtung 3 und einer

nachgeschalteten Einheit 4 zur Bildanalyse kann sowohl die Transparenz im Hydrozyklonaustrag 2 als auch der sich verändernde Strahlwinkel über eine strahlbedingte Verschattung erfasst werden. Die hierbei auftretenden möglichen optischen Zustände sind stark vereinfacht in den Abbildungen gemäß Figur 2, fortlaufend nummeriert mit 1 bis 5 und abnehmendem Feststoffgehalt von 1 nach 5 gezeigt.

Bei der Bildauswertung werden sowohl die jeweiligen

Abschattungszustände der Bildfläche durch den Austrittsstrahl als auch dessen optische Durchlässigkeit bestimmt. Bei hohen Konzentrationen ist der Strahl nahezu intransparent. Die abgeschattete Fläche nimmt mit zunehmender Verdünnung der Aufgabesuspension zu. Bei weiterer

Verdünnung (Darstellung 4) bleibt das Abschattungs- und

Strahlwinkelverhältnis nahezu gleich, es stellt sich jedoch eine

zunehmende Transparenz im Hydrozyklonaustrag ein (Darstellung 5). Hierdurch ist angezeigt, dass der Feststoffgehalt im Auftragsstrahl weiter sinkt.

Mit Hilfe der vorgestellten Erfindungslehre kann eine Hydrozyklonregelung auch im Bereich geringer Feststoffkonzentrationen vorgenommen werden. Das hierbei realisierte Monitoring erfordert nur einen geringen technischen Aufwand. Sowohl die Bildaufnahmeeinrichtung als auch die eingesetzten Lichtquellen sind ohne Weiteres verfügbar. Die durchgeführten Messungen sind wenig störempfindlich, da die Komponenten Bildaufnahmeeinrichtung und Beleuchtungseinrichtung in ausreichender Entfernung vom

Hydrozyklonaustrag installierbar sind, so dass eine Verunreinigung durch Strahlspritzer vermeidbar ist.