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Vorrichtung zur Bestimmung einer in der Zeiteinheit kontinuierlich geförderten Schüttgutmenge
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung einer in der Zeiteinheit kontinuierlich ge- förderten Schüttgutmenge unter Verwendung eines frei drehbar gelagerten Fächerrades.
Zum Messen und Regeln einer in der Zeiteinheit durchgesetzten und kontinuierlich geförderten
Schüttgutmenge sind verschiedene Verfahren in Anwendung. Oftmals wird der Schüttgutstrom über ein
Mengenmessgerät geleitet, das aus einem endlosen Förderband mit zwei Walzen besteht, von denen we- nigstens eine angetrieben wird. Das Band mit Walzen und Antrieb bildet dabei praktisch eine Waagschale, die ständig ausgewogen wird, so dass sich die in der Zeiteinheit durchgesetzten Schüttgutmengen laufend ermitteln lassen. Durch automatisches Integrieren der Messwerte erhält man ausserdem die Menge des von einem vorgegebenen Zeitpunkt ab geförderten Gutes.
Nachteilig bei diesem bekannten Messverfahren ist vor allem das grosse Gewicht der Waagschalen- bzw. Bandanordnung, die eine genaue Messung vor allem kleiner Mengen nicht zulässt. Ausserdem bleibt das Taragewicht einer solchen Bandwaage nicht konstant, da erfahrungsgemäss von dem Band Schüttgut- teilchen herabfallen oder am Band selbst anhaften und somit das Leergewicht der Waagenanordnung un- kontrollierbar machen. Die Mengenanzeige ist regelmässig zu hoch.
Weiterhin ist es bekannt, das Schüttgut über eine Waage mit einer kippbaren Waagschale oder einem
Behälter mit verschliessbarem Boden zu leiten. Sobald das eingestellte Sollgewicht erreicht ist, wird der
Behälter selbsttätig durch Kippen oder Öffnen der Bodenklappe entleert. Hiedurch wird jedoch der kontinuierliche Fördergang in einen diskontinuierlichen umgewandelt.
Für viele Bearbeitungsvorgänge, insbesondere solche, bei denen verschiedene Stoffe gemischt werden sollen, ist es unerlässlich, dass die Kontinuität der Zuführung erhalten bleibt. Die Verwendung des letzteren Messverfahrens scheidet schon deshalb aus, weil die Zahl der Wägezyklen zum Füllen und Entleeren selbst bei kleinsten Geräten auf zwei je Minute begrenzt ist. Jede Steigerung der Geschwindigkeit geht dabei zu Lasten der Messgenauigkeit.
Bei dem letzteren Messverfahren wird aber, vor allem bei einer grossen Zahl der Wägezyklen, nicht nur das Gewicht des Fördergutes gemessen, sondern auch der durch dessen kinetische Energie ausgeübte Stoss. Bei dem Versuch, dieses an sich stufenförmige Messverfahren kontinuierlich auszuüben, wurde auch schon die Verwendung eines Schaufelrades vorgeschlagen, das über einen gesonderten Antrieb mit konstanter Geschwindigkeit gedreht und dessen Achse ständig ausgewogen wird. Auch hiebei lagert sich ein Teil des Schüttgutes am Rad selbst und an der Waageeinrichtung ab, so dass schon aus diesem Grunde genaue Messungen bei kleinen Schüttgutmengen nicht möglich sind. Vor allem wird hiebei auch der Aufprall des Schüttgutes mit gemessen.
DiesesMessverfahren hat sich daher selbst bei groben Schüttgütern nicht durchsetzen können.
Nun ist es auch bekannt, das Fächerrad frei drehbar mechanisch bzw. hydraulisch zu lagern und die geförderte Schüttgutmenge durch Messen der Drehzahl zu bestimmen. Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art wird auch die Drehzahl mechanisch abgegriffen. Dabei treten aber so grosse Messungenauigkeiten auf, dass man komplizierte Korrekturvorrichtungen anbringen muss, um überhaupt brauchbare Messergebnisse zu erhalten. Auch die Verwendung hydraulischer Schaufelradbremsen wurde schon vorgeschlagen. Dabei ergeben sich jedoch ebenfalls grosse Ungenauigkeiten, so dass nur Näherungswerte erzielt werden können.
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Erfindungsgemäss wird vorgeschlagen, das Fächerrad mittels eines Luftlagers frei drehbar zu lagern und ferner eine Magnetbremse und eine vom Fächerrad berührungsfrei gesteuerte Drehzahlmessvorrichtung vorzusehen. Solche Lager-, Brems- und Messvorrichtungen sind an sich bekannt. In ihrer Kombination er- möglichen sie hier eine praktisch verlustfreie Messung der in der Zeiteinheit geförderten Schüttgutmenge.
Es muss nur dafür gesorgt werden, dass sich aus der Bewegungsenergie des zugeführten Schüttgutes keine
Drehmomentkomponente für das Fächerrad ergibt, d. h. der Vektor des auf das Fächerrad'auftreffenden Gutes muss die Radachse schneiden.
Die Zuführvorrichtung muss also verschiedene Fördermengen in der gleichen Zeiteinheit mit gleicher Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit abgeben. Hiezu eignet sich beispielsweise eine Schüttelrinne.
Unwichtig für die Messung ist dagegen, in welcher Richtung das Rad anläuft. Erforderlichenfalls kann man zwei Aufnahmevorrichtungen vorsehen. Schüttgutteilchen oder Staub, die sich am Fächerrad ablagern können, haben praktisch auch dann keinen Einfluss auf die Messung, wenn sie sich ungleichmässig am Radumfang verteilen, weil ihr Drehmoment - über eine Umdrehung integriert - den Wert Null ergibt.
Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal kommt eine Wirbelstrombremse mit einem Permanentmagneten zur Anwendung, der eine am Fächerrad sitzende Bremsscheibe aus elektrisch gut leitendem Werkstoff, insbesondere Kupfer, umgreift. An dem Magneten können Druckluftdüsen vorgesehen werden, deren Luftstrom in den Spalt zwischen Magnet und Bremsscheibe gerichtet ist, so dass dieser Spalt oder die beiderseits der Scheibe gebildeten Spalte von Staubablagerungen freigehalten werden und die Bremswirkung auch nach längerer Betriebszeit unverändert bleibt.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der Verwendung einer Drehzahlmessvorrichtung mit einer am. Fächerrad sitzenden Scheibe, insbesondere der Bremsscheibe, die auf einem zur Drehachse konzentrischen Kreis Durchbrechungen mit gleichen Umfangsabständen aufweist, wobei zu beiden Seiten der Scheibe im Bereich der Unterbrechungen gegenüberliegend eine Lichtquelle und ein lichtelektrischer Wandler vorgesehen werden. Grundsätzlich kann selbstverständlich ohne gesonderte Lichtquelle gearbeitet werden. In diesem Fall ist jedoch der Aufwand für den Wandler etwas grösser.
Die Lichtquelle und der lichtelektrische Wandler sollen möglichst in je einem Schutzgehäuse untergebracht werden, das eineLichtdurchtrittsöffnung und eine Druckluftzuführung aufweist. Glasscheiben oder Linsen in der Lichtdurchtrittsöffnung können dann eingespart werden. Die Lichtstrahlen werden somit nicht geschwächt, und doch wird eine zuverlässige Staubsicherheit für Lichtquelle und Wandler erzielt. Ausserdem'werden gleichzeitig die Durchbrechungen der am Fächerrad sitzenden Scheibe freigehalten. Diesem zusätzlichen Zweck dienen auch die am Magneten vorgesehenen Druckluftdüsen.
Erfindungsgemäss ist ferner einMessgerät,welches aus der Drehzahl des Fächerrades die durchgesetzte Menge Schüttgut ermittelt, mit einem Vorwähler versehen, und zwischen Vorwähler und Anzeiger kann eine Steuervorrichtung, insbesondere Kontakteinrichtung, vorgesehen werden, welche die Antriebsgeschwindigkeit der Zuführeinrichtung steuert.
Zur Lagerung des Fächerrades kann zweckmässig ein radial und axial zentrierendes Luftlager verwen- det werden, dem Druckluft durch zwei symmetrisch zur Lagermittelebene angeordnete Ringspalte zugeführt wird, wobei die Luft in der Lagermitte und an beiden Lagerenden entweichen kann.
Die Magnetbremse kann z. B. mit einem Elektromagneten versehen werden, dessen Stromstärke zur Einregelung des auf das Fächerrad berührungsfrei einwirkenden Bremsmomentes verwendet wird. Es lassen sich auch ein oder-mehrere Permanentmagnete zur Änderung des Messbereiches austauschbar anbringen.
Die Zeichnung gibt eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wieder. Es zeigen : Fig. 1 in
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Hülsen 11, 12 mit gleichem Durchmesser Ringspalte 20, 21 mit etwa 0, 03 mm lichter Weite vorgesehen.
Diese Ringspalte können gegebenenfalls auch durch Radialbohrungen ersetzt werden.
Auf dem Bolzen 10 sitzt die Nabe 22 eines Fächerrades 23 mit einem radialen Lagerspiel 29 von
0, 04 mm. Sie ist topfförmig mit durchbohrtem Boden 24 ausgebildet und trägt auf der in Fig. 2 rechten
Stirnseite einen ebenfalls durchbohrten Deckel 25. Die Hülsen 11, 12 sind abgesetzt ausgebildet. Ihr zur
Lagermitte hin liegender Teil hat den gleichen Aussendurchmesser wie der Lagerbolzen 10 und ihre axia- len Stirnflächen haben vom Boden 24 und vom Deckel 25 einen Abstand von je 0, 20 mm. Mit 26 ist eine in der Mitte des Bolzens 10 liegende Aussennut bezeichnet, die über eine Radialbohrung 27 und eine Axial- bohrung 28 an die Abluftleitung angeschlossen ist. Die Abluft kann somit durch die Ringnut 26 und axial nach aussen zwischen 24, 12 und 25, 11 entweichen.
Wird auf die Nabe 22 eine Radialkraft, z. B. von oben durch das Gewicht des Fächerrades 23 ausge- übt, so wird das Radialspiel oberhalb des Bolzens 10 kleiner als unterhalb. Die Drosselungsverhältnisse zwischen 20, 21 und 29 ändern sich oben und unten in umgekehrtem Verhältnis, so dass zwischen den
Teilen 10 und 22 oben eine grössere Radialkraft als unten erzielt wird, die einem Absenken des Rades entgegenwirkt. Sinngemäss die gleiche Wirkung tritt ein, wenn das Rad in axialer Richtung aus seiner
Mittelstellung verschoben wird.
Mit Sicherheit wird jedenfalls stets vermieden, dass eine mechanische Berührung zwischen dem La- gerbolzen 10 bzw. zwischen den Teilen 11, 12 und der Nabe 22 eintritt. Daher ist die Lagerreibung auf ein Kleinstmass herabgemindert und kann praktisch auch bei feinsten Messungen vernachlässigt werden.
Das Fächerrad 23 besteht im wesentlichen aus einer fest mit der Nabe 22 verbundenen Scheibe 30, an der ein Trommelansatz 31 sitzt, der wiederum eine Ringscheibe 32 trägt. Zwischen den Teilen 30 und 32 wird somit ein Ringkanal gebildet, der durch Querstege 33 in eine Anzahl gleichbleibender Fä- cher 34 unterteilt ist.
Der Lagerbolzen 10 ist derart in Bewegungsrichtung der Granulate 2 vom in Fig. 1 linken Ende 35 der Schüttelrinne 3 versetzt angeordnet, dass die von dort herabfallenden Granulate in Richtung des Pfeiles 36 auf das Rad 23 auftreffen. Diese Richtung soll möglichst genau durch die Achse des Bolzens 10 führen. Jedenfalls wird stets ein kleines Übergewicht auf der rechten oder linken Seite vorhanden sein, so dass sich das anfangs stillstehende Rad nach der einen oder andern Richtung zu drehen beginnt. In der Grundplatte 7 sind an beiden Abgabestellen Aufnahmetrichter 37 vorgesehen, welche die vom Fächerrad 23 abgegebenen Granulate auf ein Förderband 38 leiten, das diese in Richtung des Pfeiles 39 weiterfördert.
An der Scheibe 30 ist aussen eine weitere Scheibe 40 aus Kupfer oder einem andern elektrisch gut leitenden Werkstoff befestigt. Unterhalb des Bolzens 10 sitzt auf der Grundplatte 7 ein U-förmigerPermanentmagnet 41, der mit seinen beiden Schenkeln 42, 43 die Scheibe 40 mit geeigneten Luftspalten 44 umschliesst. Über eine Leitung 45 wird durch zwei Düsen 46 Druckluft in die Spalte 44 eingeblasen, so dass diese sich nicht mit Staub zusetzen können.
Die Bremswirkung der durch 41 und 40 gebildeten Wirbelstrombremse ist drehzahlabhängig, d. h. das Fächerrad 23 wird beim Anlaufen durch das Schüttgut so lange beschleunigt, bis das Antriebsmoment durch das Schüttgut gleich dem Bremsmoment durch den Magneten 41 ist. Für die Bestimmung der in der Zeiteinheit durchgesetzten Menge Schüttgut kann somit entweder das Drehmoment oder die Drehzahl bzw. Winkelgeschwindigkeit herangezogen werden.
Nach der Erfindung wird die Drehzahl berührungsfrei gemessen. Zu diesem Zweck sind auf einem zur Drehachse des Rades konzentrischen Kreis 47 Bohrungen 48 mit gleichbleibendem Abstand in der Scheibe 40 vorgesehen. Wie vor allem aus Fig. 3 zu ersehen ist, sind auf beiden Seiten der Scheibe 40 im Bereich der Bohrungen gegenüberliegend eine Glühbirne 49 und eine Photodiode 50 vorgesehen. Beide Teile werden je durch ein Blechgehäuse 51 umschlossen, das eine Druckluftzuführung 52 und auf der Verbindungslinie zwischen den Teilen 49 und 50 eine Lichtdurchtrittsöffnung 53 aufweist. Durch die Pressluft - zuführungen 52 werden nicht nur an den Lichtdurchtrittsöffnungen 53 Glasscheiben eingespart, sondern gleichzeitig werden auch die Bohrungen 48 durchspült und von Staub freigehalten.
Bei gleichbleibender Geschwindigkeit des Rades 23 liefert somit die Photodiode 50 in gleichen Zeitabständen Lichtblitze, die in Stromstösse umgewandelt werden. Der durchgesetzten Schüttgutmenge ist eine bestimmte Winkelgeschwindigkeit zugeordnet, so dass durch die Zahl der Lichtblitze und Stromstösse pro Zeiteinheit, die durchgesetzte Schüttgutmenge bestimmbar ist.
Die Photodiode 50 ist über Leitungen 54, 55 an ein Messgerät 56 angeschlossen, das mit seinem Zeiger 57 auf einer Skala 58 die augenblicklich geförderte Schüttgutmenge anzeigt. Mit 59 ist ein Vorwähler mit einer Marke 59a bezeichnet, über den man eine z. B. für einen nachgeschalteten Mischvorgang
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benötigte Schüttgutmenge einstellen kann. Diese Einstellung kann von Hand, gegebenenfalls aber auch selbsttätig inAbhängigkeit von einer andern Messgrösse erfolgen. Im vorliegenden Fall ist die eingestellte
Fördermenge noch nicht ganz erreicht. Über den Regelmotor 6 muss somit der Vibrator 4 auf eine grössere
Amplitude eingestellt werden.
Auch diese Einstellung erfolgt nach dem Ausführungsbeispiel selbsttätig. Wie Fig. 4 zeigt, weist der
Vorwähler 59 zweiKontaktsegmente 60, 61 auf, die über Leitungen 62, 63 entweder unmittelbar oder unter
Zwischenschalten von Relais an den Regelmotor 6 angeschaltet sind. Über das Segment 60 und die Lei- tung 63 wird der Verstellmotor so lange in der einen Richtung angetrieben und somit der Widerstand 6a verstellt, bis der Vibrator 4 eine solche Amplitude erreicht, dass die am Vorwähler eingestellte Förder- menge und damit die vorgegebeneDrehzahl des Rades 23 erreicht ist. Dabei gelangt die an die Stromzu- führungsleitung 65 angeschlossene Kontaktfeder 64, die mit dem Zeiger 57 verbunden ist, zwischen die
Kontaktsegmente 60, 61 und schaltet den Verstellmotor 6 ab.
Damit dieser Regler nicht pendelt, arbeitet der beschriebene Regler mit einer nachgiebigen Rückführung (nicht dargestellt). An Stelle der im Beispiel ausgeführten Regelung kann selbstverständlich jede andere Regelanordnung angewendet werden. Die Ver- stellung bzw. Regelung des Antriebes der Schüttelrinne kann gegenüber dem oben erwähnten Beispiel ge- nau so gut auch durch Anschneiden der Phase des erregenden Wechselstromes erfolgen.
- Der Bremsmagnet 41 kann auswechselbar vorgesehen werden, so dass bestimmten Durchsatzmengen verschiedene Drehzahlen zugeordnet werden. An Stelle eines Permanentmagneten lässt sich ferner ein re- gelbarer Elektromagnet verwenden. Stets ist nun das Bremsmoment bei einer bestimmten Einstellung des
Magneten - jedenfalls für eine spezifische Drehzahl-bekannt, und man kann aus diesem Moment und der gemessenen'Drehzahl die in der Zeiteinheit durchgesetzte Menge Schüttgut bestimmen. Diese Menge lässt sich wiederum nur durchSteuerung des Antriebes der vorgeschalteten Fördervorrichtung, hier also des Vibrators 4, ändern. In der Regel besteht nun die Aufgabe darin, die durchgesetzte Fördermenge konstant zu halten.
Wenn man nicht bei Verwendung einer Bremse mit drehzahlabhängigem Bremsmoment dieses Mo- ment und die Drehzahl messen will, so gibt man für die gewünschte Fördermenge eine bestimmte Dreh- zahl vor und stellt die Bremse so ein, dass sich bei der vorgegebenen Drehzahl das dieser Fördermenge zugeordnete Bremsmoment ergibt. Abweichungen von der vorgegebenen Drehzahl lassen sich dann für eine Korrektursteuerung der Antriebs Vorrichtung verwenden. Zur Änderung der gewünschten Fördermenge kann man einmal die vorgegebene Drehzahl, zum andern aber auch die Einstellung der Bremse ändern.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Bestimmung einer in der Zeiteinheit kontinuierlich geförderten Schüttgutmenge, unter Verwendung eines frei drehbar gelagerten Fächerrades, dessen Drehzahl gemessen wird, gekennzeichnet durch die Kombination einer Luftlagerung für das Fächerrad mit einer Magnetbremse und einer berührungsfrei vom Fächerrad gesteuerten Drehzahlmessvorrichtung.