DE19641975C2 - Verfahren und Einrichtung zur automatischen Überwachung von Maschinen, insbesondere für Rotorscheren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach Anspruch 1 zur automatischen, lastabhängigen Überwachung eines Systems von Elementen einer Maschine zur Erzeugung von Informationen für den Betrieb der Maschine. Die Erfindung betrifft ferner nach Anspruch 4 eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Verfahren und Einrichtung sind besonders für Zerkleinerungsmaschinen wie Rotorscheren zum Zerkleinern von sperrigen Abfällen mit zwei parallel zueinander in einem Gehäuse gelagerten, gegenläufig angetrie­ benen, miteinander kämmenden Schneidrotoren, die jeweils aus mehreren im Abstand auf einer Welle aneinandergereihten, mit Schneidzähnen versehenen Rotorscheiben bestehen, ausgebildet.

Allgemein bekannt sind Steuerungseinrichtungen zum Schutz von Antrieben, die bei Überlastung eines der Antriebselemente Signale erzeugen, die über ein Steuergerät auf den Antrieb einwirken. Diese überwachenden Steuerungen erfassen in der Regel Antriebswerte, wie z. B. Strom, Leistung, Drehzahl, Drehmoment oder dgl.

Zerkleinerungsmaschinen der oben beschriebenen Gattung sind in ihrem Betrieb spezifisch hohen und wechselnden Belastungen ausgesetzt, deren hohe Extremwerte durch die den Zerkleinerungsprozeß blockierende Teile des Aufgabegutes verursacht werden. Diese sind hinsichtlich ihrer Größe, Form oder Materialbeschaffenheit sehr unterschiedlich, lassen sich jedoch letztlich in zerkleinerbare und nicht zerkleinerbare Teile einordnen. Um bei Rotorscheren den Zerkleinerungsprozeß blockierende und insbesondere die Schneidwerkzeuge zerstörende Materialien wie Schwerteile aus Eisen auszusondern, werden nach dem Vorwärtslauf durch sogenannte Reversierbewegungen infolge der Gestaltung der Schneidzähne und Lage der Rotorschere störende Teile zwangsläufig entfernt.

Für eine so arbeitende Rotorschere wurde nach der WO 95/01538 A1 bekannt, den Vorwärtslauf und die Reversierbewegung zeitlich aufeinander abzustimmen, ohne jedoch die Zeit für den Vorwärtslauf und die Reversierbewegung auf Bela­ stungsdaten der Maschine zu beziehen.

Nach der DE 34 12 306 C2 ist auch eine Steuerungseinrichtung zum Schutz eines elektromotorischen Antriebs, insbesondere eines Aktenvernichters, bekannt, die den Antrieb überwacht und bei seiner Überlastung ein Signal erzeugt, welches über ein Steuergerät auf den Antrieb einwirkt. Zur größtmöglichen Schonung der elektrischen und mechanischen Antriebsteile wird das Problem durch ein Aussteuerungsanzei­ geelement mit mehreren Leuchtdioden gelöst, welches in Abhängigkeit von dem Aussteueranzeigeelement zugeführten Antriebswerten stufenweise hintereinander angesteuert wird, wobei in Abhängigkeit von der Ansteuerung einer oder mehrerer Stufen das Signal erzeugt wird, welches einen Rückwärtslauf, das sogenannte Reversieren, oder ein Auskuppeln des Antriebs bewirkt. Für Aktenvernichter ist dies eine wirkungsvolle und praktikable Lösung, die jedoch nicht allgemein zur lastab­ hängigen Überwachung von Maschinen übertragbar und speziell für Zerkleine­ rungsmaschinen der oben beschriebenen Gattung anwendbar ist.

Gemäß der DE 29 37 846 C2 wird das Problem der Beseitigung von Störungen in der aufgabengemäßen Vermeidung der Beschädigung des Schneidwerksmotors oder eines kritischen Einphasenlaufes sowohl bei Vorwärts- als auch bei Rückwärtslauf gesucht. Folgerichtig wird deshalb vorschlagen, eine Hochlaufzeit auf eine Mindest­ drehzahl fest vorzugeben, so daß lediglich die jeweiligen Drehzahlen des Schneid­ werksantriebes überwacht werden und der Schneidwerksantrieb aus dem Vor- bzw. Rücklauf abgestellt wird, wenn er innerhalb der Vorgabezeiten nicht auf die betref­ fende Mindestdrehzahl gekommen.

Somit wird zwar eine praktikable Lösung geschaffen, die sich aber allein an der Relation Drehzahl/Zeit orientiert, ohne die eigentliche Dynamik des Prozesses von zu zerkleinerndem Material zu berücksichtigen.

Der Erfindung liegt allgemein die Aufgabe zugrunde, das System von Elementen einer Maschine mittels mechanischer, hydraulischer, pneumatischer, elektrischer und/oder elektronischer Bauteile zur Erzeugung von Informationen für den Schutz der Maschine automatisch und lastabhängig zu überwachen und sowohl aus wirt­ schaftlichen als auch konstruktiven Gesichtspunkten die Maschinenelemente optimal zu dimensionieren. Dieser Aufgabe ist auch das Problem bei Zerkleinerungsmaschi­ nen der oben genannten Gattung untergeordnet, trotz den Zerkleinerungsprozeß störender Teile des Aufgabegutes, die zu stoßartigen, extrem hohen Belastungen führen, die Belastungsart der Maschine zu erkennen, den Maschinenbetrieb ohne Störungen weiterzuführen und dabei zerkleinerbares und nichtzerkleinerbares Aufgabegut zu unterscheiden, wobei maschinenbezogene last-, druck-, weg-, zeit-, schall- und/oder temperaturabhängige Meßgrößen aufzunehmen und auszuwerten sind.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 4 gelöst.

Die Erfindung zeigte überraschend den vorteilhaften Effekt, daß

• - eine automatische Überwachung für einen wirkungsvollen, hocheffizienten Maschinenbetrieb realisierbar ist und
• - die Funktionsteile der Maschine optimal dimensionierbar werden, d. h. der konstruktionsbedingte Materialeinsatz minimiert werden kann.

Bei der Anwendung der Erfindung für Rotorscheren ist besonders vorteilhaft, daß mit der Erfindung eine Kontrolle der Zusammensetzung des zu zerkleinernden Materials zum Schutz und zur Sicherung nachfolgender Prozesse, wie z. B. die Aufbereitung und Verwertung zerkleinerten Papiers, zerkleinerter Kunststoffe und anderer Materialien, die dann frei von störenden Materialien wie Schwerteile aus Eisenmetallen sind, gewährleistet ist.

Die Erfindung wird nachstehend an mehreren Ausführungsbeispielen prinzipieller Art an Hand der zugehörigen Zeichnungen dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 das Schema einer erfindungsgemäßen Verfahrensvariante für eine Rotorschere, dargestellt anhand der Kurven gemäß der Maschi­ nenbelastung sowie der Drehrichtung mit schematischer Darstellung des Entfernens eines nichtzerkleinerbaren Teils,

Fig. 2 das Schema einer weiteren erfindungsgemäßen Verfahrensvariante für eine Rotorschere, dargestellt anhand analoger Bedingungen gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens für eine Rotorschere in schematischer Darstellung,

Fig. 4 eine weitere Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens für eine Rotorschere in schematischer Darstellung und

Fig. 5 eine dritte Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens für eine Rotorschere in schematischer Darstellung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen das erfindungsgemäße Verfahren anhand von Kurvenver­ läufen in einem Koordinatensystem über die jeweilige P-Achse (Druck) und die jeweilige t-Achse (Zeit) und die daraus resultierenden kinematischen Abläufe hinsichtlich der Drehrichtung (Pfeile) der Schneidscheiben 8 (Fig. 3, 4 und 5) einer Rotorschere einschließlich das Entfernen der Schwerteile.

Aus Fig. 1 ist zu entnehmen, daß in Abhängigkeit einer einstellbaren, zeitlich diffe­ renzierten Meßgrößenkombination M1, M2 der Gradient der Anstiegsgeschwindigkeit der Maschinenbelastung über den Druckanstieg erfaßt wird. Bei zerkleinerbarem Aufgabegut läuft der Maschinenbetrieb in der zerkleinernden Drehrichtung der Rotorschere. Bei Anhäufung von zerkleinerbarem Aufgabegut und dem daraus resultierenden Gradienten einer relativ geringen Anstiegsgeschwindigkeit der Bela­ stung bis Pmax erfolgt zuerst eine Reversierbewegung des Antriebs, wonach die Schneidscheiben 8 entgegengesetzt den in den Fig. 3, 4 und 5 angegebenen Richtungen (Pfeile) drehen, um dann wiederum die ursprüngliche Richtung für die zerkleinernde Bewegung einzunehmen. Bei nichtzerkleinerbarem Aufgabegut wird aufgrund des Gradienten einer relativ hohen Anstiegsgeschwindigkeit der Belastung - nach einer eventuellen Reversierung - zunächst der Zerkleinerungsprozeß unterbrochen, das nichtzerkleinerbare Aufgabegut herausgeworfen und dann der normale, zerkleinernde Bewegungsablauf fortgesetzt. Wesentlich hierbei ist, daß die Erfassung des Gradienten unterhalb des eingestellten Wertes Pmax liegt. Bei prakti­ schen Versuchen hat sich herausgestellt, daß der hier in der Fig. 1 bei M2 darge­ stellte Spitzenwert der Maschinenbelastung auch oberhalb Pmax liegen kann.

Entsprechend der Fig. 2 ist nach einer weiteren erfindungsgemäßen Variante des Verfahrens der Ablauf so gesteuert, daß beim Erreichen einer ersten Meßgröße M1 bei Pmax und Anhäufung von zerkleinerbarem Aufgabegut zuerst eine Reversier­ bewegung des Antriebs, dann eine anschließende weitere Bewegung für die Zerklei­ nerung eingeleitet wird, um dann beim Überschreiten einer einstellbaren zweiten Meßgröße aufgrund des Vorhandenseins von nichtzerkleinerbarem Aufgabegut den Zerkleinerungsprozeß - nach einer eventuellen Reversierung - zunächst abzubre­ chen, das nichtzerkleinerbare Aufgabegut zu entfernen und danach im Normal­ betrieb einer Zerkleinerung weiterzufahren.

Die Fig. 3, 4 und 5 zeigen drei prinzipielle Lösungsvarianten von Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.

In diesen sind die Schneidrotoren 8 einer nicht dargestellten Rotorschere mit dem hydraulischen Antrieb wie Hydromotor 7 und die Drehmomentstütze 1 als für das Erfindungsprinzip wesentliche Wirkungselemente für die Abnahme der Belastungs­ daten herausgestellt.

Gemäß Fig. 3 werden nach einer der beschriebenen verfahrensgemäßen Variante der Rotorscherenbelastung entsprechende Kräfte F1, F2, F3, F4 abgeleitet, z. T. gemessen und ausgewertet bzw. gebildet. Dazu ist die Drehmomentstütze 1 zur Aufnahme der Kraft F1 aus der Drehbewegung der Rotorschere an einer Kolben­ stange 2 eines Hydraulikzylinders 3 angelenkt. Zwischen der Drehmomentstütze 1 und dem Hydraulikzylinder ist eine Feder 4 zur Erzeugung der Kraft F2 angeordnet, die der Kraft F1 entgegenwirkt. Dem Kolbenraum des Hydraulikzylinders 3 ist eine hydraulische Verbindung 5 zu einem speicherartigen Behälter 6 nachgeschaltet. Dieser ist wahlweise zur Sicherstellung einer jeweils erforderlichen Vorspannung als Basisdruck für die Gewährleistung der Vorspannung und Erzeugung einer Vorspannkraft F3, die die Kraft F2 überlagert und der Kraft F1 entgegenwirkt, füllbar. In der hydraulischen Verbindung 5 sind nicht dargestellte Sensoren untergebracht für die Erzeugung der Meßgrößen M1, M2, um infolge der zeitlichen Differenziertheit dieser Meßgrößen den erfindungstypischen verfahrensgemäßen Ablauf des Zerklei­ nerungsprozesses der Rotorschere zu steuern (Fig. 1).

Bei dieser Einrichtung bilden die so beschriebenen Mittel für die Kräfte F1, F2 und F3 ein Dämpfungssystem mit Dämpfungskräften F4 zur Erzeugung eines Dämpfungsdekrements.

Eine andere Variante einer erfindungsgemäßen Einrichtung nach Fig. 4 sieht in der als Biegebalken wirkenden Drehmomentstütze 1 ein Meßelement 1.1 wie Dehnmeß­ streifen zur Messung der Durchbiegung der Drehmomentstütze 1 vor, das mit einem Meßverstärker 1.2 verbunden ist. Alternativ dazu kann sich die Drehmomentstütze 1 auch unter Zwischenschaltung eines mit einem anderen Meßverstärker 1.4 verbundenen Piezo-Elementes als weiteres Meßelement 1.3 abstützen, welche Meßelemente 1.1, 1.3 die der Rotorscherenbelastung entsprechende Kraft F1 messen.

Der erste 1.2 oder der zweite Meßverstärker 1.4 wertet die Maschinenbelastung gemäß der Fig. 1 und 2 zur Erzeugung der Meßgrößen M1, M2 und/oder den Gradienten der Geschwindigkeit des Belastungsanstiegs aus, um den kinematischen Ablauf des Betriebs der Rotorschere - verfahrensgemäß wie oben beschrieben - zu steuern.

Schließlich kann nach Fig. 5 eine erfindungsgemäße Einrichtung auch zur Realisie­ rung des Verfahrens führen, wenn zwischen dem Hydromotor 7 und einer Hydro­ pumpe 9 ein Drucksensor 7.1 zur Aufnahme des Gradienten als Geschwindigkeits­ anstiegs der Belastung vorgesehen und über eine Steuerung 7.2 der erfindungsge­ mäße Verfahrensablauf beeinflußt wird.

Besonders effektiv können das erfindungsgemäße Verfahren und dementspre­ chende Einrichtungen in der Praxis mit einer installierten Software eingesetzt werden, um letztlich die Maschine - wie hier eine Rotorschere - bei einerseits wirksa­ merer Zerkleinerung von Sperrgut und andererseits Aussonderung von nicht­ zerkleinerbarem Aufgabegut sowohl hocheffizient als auch schonend zu betreiben.

Claims (9)

1. Verfahren zur automatischen Überwachung einer Maschine und Erzeugung von Informationen für den Schutz der Maschine mittels Aufnahme von maschinenbezogenen Meßgrößen, insbesondere für Rotorscheren, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von mindestens einer Meßgröße (M1, M2) als abhängige Größe der Austragsgeschwindigkeit der sich aus dem Funktionsbetrieb der Maschine ergebenden Maschinenbelastung, die Maschinenbelastung somit erfaßt wird und danach die Steuerung des kinematischen Ablaufs der Maschine erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Rotor­ schere zur Unterscheidung von zerkleinerbarem und nichtzerkleinerbarem Aufgabegut sowie zur Erzeugung von Informationen für den Ablauf des Zerkleinerungsprozesses in Abhängigkeit der Meßgrößen (M1, M2) die Anstiegsgeschwindigkeit der Maschinenbelastung erfaßt, daraus zerkleinerbares oder nichtzerkleinerbares Aufgabegut unterschieden und danach bei nichtzerkleinerbarem Aufgabegut der Maschinenbetrieb stillgesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zur Überwachung des Betriebs einer Rotorschere, gekennzeichnet durch mindestens einen nicht dargestellten Sensor zur Erzeugung von Signalen zur Überleitung in ein nicht dargestelltes Auswertegerät für mindestens eine Meßgröße (M1), von der mindestens ein Wert zur Veränderung des kinematischen Ablaufes der Zerkleinerungsmaschine erzeugt wird, und mindestens eine weitere Meßgröße (M2), die von der ersten unabhängig oder in Reihenfolge zeitlich differenziert ist, und die den Zerkleinerungsprozeß zunächst unterbricht und dies anzeigt.

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Rotorschere mit Antrieb durch Hydromotor (7) ein den Druckanstieg erfassender und zeitlich differenzierte Meßgrößen (M1, M2) erzeugender Drucksensor (7.1) für die Messung der Anstiegsgeschwindigkeit der Maschinenbelastung vorgesehen ist, welcher mit einer Steuerung (7.2) zur Beeinflussung des kinematischen Ablaufs des Betriebs der Rotorschere verbunden ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch

• a) eine Drehmomentstütze (1) zur Aufnahme von Kräften (F1) aus Drehbewe­ gungen der Zerkleinerungsmaschine, die an einer Kolbenstange (2) eines Hydraulikzylinders (3) angelenkt ist,
• b) eine Feder (4) zur Erzeugung der Kraft (F2),
• c) mindestens eine hydraulische Verbindung (5) zwischen dem Kolbenraum oder Kolben- und Ringraum eines Hydraulikzylinders (3) zu einem speicherartigen Behälter (6), der wahlweise zur Sicherstellung einer jeweils erforderlichen Vorspannung (Basisdruck) für die Gewährleistung der Vorspannung füllbar ist, und
• d) eine hydraulische Verbindung zwischen dem Kolbenraum oder Kolben- und Ringraum des Hydraulikzylinders (3) zu einem nicht dargestellten Versor­ gungssystem zur Einstellung der Vorspannung (Basisdruck).

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß statt der hydraulischen Bauelemente gleichwirkende pneumatische verwendet werden.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß statt des Sensors wie Drucksensor (7.1) mindestens ein nicht dargestellter Druckschalter verwendet wird.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, gekennzeichnet durch nicht dargestellte Hilfsaggregate zur Einstellung der Vorspannung (Basisdruck).

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Rotorschere an einer Drehmomentabstützung (1) mindestens ein Meßelement (1.1, 1.3) zur Messung der Maschinenbelastung angebracht und mit einem Meßverstärker (1.2, 1.4) verbunden ist.