BR112019001410B1

BR112019001410B1 - Dispositivo para dosagem e/ou pesagem de material a granel e método para operação de um dispositivo

Info

Publication number: BR112019001410B1
Application number: BR112019001410-1A
Authority: BR
Inventors: Peter SCHAI; René Haid; Andreas Kleiner; Heinz Brand
Original assignee: Bühler AG
Priority date: 2016-07-27
Filing date: 2017-07-27
Publication date: 2023-04-18
Also published as: EP3491349A1; KR20190028803A; CN109564128B; US11215496B2; EP3491349B1; KR102284628B1; CA3031555C; CN109564128A; CA3031555A1; BR112019001410A2; US20190162583A1; EP3715801A1; WO2018019930A1

Abstract

A invenção refere-se a um atuador eletromecânico (1) para um elemento de intercepção de material à granel, compreendendo um motor elétrico (2) e uma unidade de eletrônicos de controle e de acionamento (3) associados com o motor elétrico (2), no qual o atuador eletromecânico (1) compreende meios para armazenagem de energia

Description

[0001] A invenção refere-se a um atuador eletromecânico para um elemento de intercepção de material à granel, a um dispositivo para dosagem e/ou pesagem de material à granel com pelo menos um tal elemento de intercepção de material à granel, e a um método para operação de um atuador eletromecânico para um elemento de intercepção de material à granel.

[0002] A partir do estado da técnica, por exemplo, do EP 1 715 309 A1, atuadores são conhecidos que são supridos com ar comprimido. O material à granel é descarregado de um recipiente de armazenagem em um vaso de carga que interage com uma célula de carga. Quando uma densidade aparente desejada é alcançada no vaso de carga, um mecanismo de rebordo do vaso de carga é atuado por meio do atuador pneumático, e o vaso de carga é, desse modo, esvaziado.

[0003] Uma desvantagem de tais atuadores conhecidos é que eles primeiro de tudo requerem uma conexão de ar comprimido. Além disso, atuadores pneumáticos são de energia muito intensiva, desde que ar comprimido deve primeiro ser gerado e continuamente provido, mesmo se o atuador pneumático não seja atuado. Em adição, os dispositivos são usualmente designados de tal modo que o mecanismo de rebordo deve ser mantido ativo ou travado na posição de fechamento, que, por sua vez, significa aplicação constante de ar comprimido aos atuadores, ou a instalação de freios/travas. Além disso, atuadores pneumáticos não são infinitamente variáveis, mas podem somente serem operados reversivelmente entre duas posições de parada.

[0004] É, portanto, o problema da invenção proporcionar um atuador que evita as desvantagens do estado da técnica e, em particular, permite economias de energia, capacita operação rápida e infinitamente variável do elemento de intercepção de material à granel, pode ser operado com baixas correntes elétricas, e possa distribuir altos torques durante partida.

[0005] O problema é solucionado com um atuador eletromecânico e um método de operação de um atuador eletromecânico de acordo com as reivindicações independentes.

[0006] O atuador eletromecânico para um elemento de intercepção de material à granel compreende um motor elétrico e eletrônicos de controle e de acionamento associados ao motor elétrico. O eixo do motor do motor elétrico é conectado diretamente ou indiretamente ao elemento de intercepção.

[0007] De acordo com a presente invenção, o atuador eletromecânico compreende meios para armazenagem de energia.

[0008] Em particular, os eletrônicos de controle e de acionamento compreendem meios para armazenagem de energia elétrica.

[0009] Devido aos meios para armazenagem de energia, somente um baixo suprimento de corrente é necessário, à medida que atuadores para elementos de intercepção de material à granel não são gerados continuamente, mas ciclicamente com pausas de operação. O consumo de energia pode, desse modo, ser reduzido comparado aos atuadores pneumáticos. A demanda de energia requerida por um curto tempo quando a atuação do atuador é coberta pelos meios para armazenagem de energia, que agem como um tampão para ligar por ponte a demanda de energia de pico. Isto significa que nenhuma seção transversal do cabo grande, que são usualmente de custo muito intensivo, são necessárias para o suprimento de energia elétrica. Além disso, a necessidade de espaço e transformadores de custo intensivo e retificadores ou conversores, é também eliminada. Em adição, o motor elétrico pode usualmente ser operado em posições angulares diferentes do eixo de acionamento e, desse modo, permite que um elemento de intercepção de material à granel seja operado em posições diferentes.

[0010] Se o motor elétrico não é operado, dependendo da concretização, os eletrônicos de controle e de acionamento podem assegurar que os meios para armazenagem de energia elétrica sejam restabelcidos.

[0011] Os meios para armazenagem de energia elétrica são, de preferência, designados como supercapacitores.

[0012] Os supercapacitores são particularmente adequados para a provisão de curto prazo de altas correntes. Em adição, os supercapacitores são virtualmente de livre manutenção, e têm uma vida útil mais longa do que os acumuladores, por exemplo.

[0013] Em particular, os supercapacitores podem distribuir correntes de 25 ampére. Estas correntes permitem operação rápida e imediata de elementos de intercepção pesados, em particular. Tempos de operação desejados de elementos de intercepção frequentemente se encontram dentro de uma faixa de menos do que 0,5 segundo (de completamente fechados para abertos, ou vice-versa).

[0014] O motor elétrico é, de preferência, um motor de corrente contínua. Um motor CC sem escova é particularmente preferido como motor elétrico.

[0015] Motores CC com supercapacitores são particularmente adequados para as propostas acima mencionadas. Em adição, motores CC e, em particular, motores CC sem escova podem ser operados etapas por etapa em ambas as direções de rotação, e podem também serem usados como um gerador de energia.

[0016] O motor elétrico é, de preferência, um servomotor. Um servomotor no sentido da presente invenção significa todos os motores elétricos que são equipados com um sensor para determinar a posição do eixo do motor. O sensor é conectado aos eletrônicos de controle e de acionamento, e permite que ambas a posição angular do eixo do motor e, desse modo, a posição/condição do elemento de intercepção, seja determinada, bem como a posição angular desejada do eixo do motor seja alcançada e mantida, e a posição/condição desejada do elemento de intercepção seja alcançada.

[0017] O motor elétrico é, de preferência, designado para gerar energia elétrica.

[0018] A energia elétrica gerada pelo motor elétrico é, em particular, alimentada nos meios de armazenagem de energia elétrica. O atuador é, desse modo, de preferência, designado de tal modo que quando o elemento de intercepção é operado, o próprio elemento de intercepção é atuado pelo menos parcialmente durante o movimento por gravidade e/ou a influência do material à granel. Desde que então nenhuma energia elétrica é requerida, o motor elétrico pode ser usado como um gerador. Isto reduz adicionalmente o consumo de energia do atuador, desde que energia elétrica pode ser gerada e reutilizada sem suprimento externo.

[0019] De preferência, o atuador pode ser operado com uma corrente máxima de 3 ampéres.

[0020] De preferência, o atuador é suprido com uma voltagem na faixa de baixa corrente, especialmente abaixo de 48 V, especialmente preferida entre 22 e 28 V.

[0021] Não é, desse modo, não obstante possível gerar alta energia do motor elétrico com baixa voltagem, e com a ajuda de meios de armazenagem de energia elétrica (por exemplo, supercapacitores).

[0022] O atuador, além disso, e, de preferência, compreende uma unidade de engrenagem. A unidade de engrenagem é, de preferência, designada como uma unidade compacta de engrenagem, especialmente com uma unidade de engrenagem planetária. Para aplicações especiais, a unidade de engrenagem inclui uma unidade de engrenagem angular.

[0023] Dependendo da aplicação, o atuador pode, desse modo, ser adaptado. Por exemplo, dependendo da proporção de engrenagem, torques muito altos ou posicionamento muito preciso do elemento de intercepção, são possíveis.

[0024] Os eletrônicos de controle e de acionamento estão, de preferência, localizados diretamente no motor elétrico. Em particular, os eletrônicos de controle e de acionamento estão localizados em um alojamento comum com o motor elétrico e quaisquer outros componentes presentes.

[0025] O atuador é, de preferência, designado de tal modo que uma posição do elemento de intercepção, em particular, uma posição extrema (isto é, uma posição que não é excedida pelo elemento de intercepção; por exemplo, uma posição de fechamento, ou uma posição de liberação), pode ser mantida quando o motor elétrico é "electroless" (isto é, o motor elétrico não é suprido com energia elétrica).

[0026] Isto significa que nenhum travamento do elemento de intercepção é necessário, que normalmente estende os tempos de operação, à medida que o elemento de intercepção deve primeiro ser destravado e então movido. Economias de energia são, desse modo, também possíveis, e o consume de energia médio do atuador é adicionalmente reduzido.

[0027] O atuador, de preferência, compreende uma alavanca articulada que conecta um motor ou eixo de engrenagem diretamente ou indiretamente (isto é, via componentes adicionais) ao elemento de intercepção, uma posição morta da alavanca articulada sendo designada de tal modo que uma posição do elemento de intercepção pode ser mantida quando o motor elétrico é "electroless".

[0028] Em particular, a posição do elemento de intercepção pode ser mantida quando o motor elétrico é "electroless" devido ao próprio peso do elemento de intercepção, e/ou quando o material à granel é acumulado à montante do elemento de intercepção.

[0029] A alavanca articulada, de preferência, compreende uma primeira alavanca com um primeiro veio de encaixe excentricamente disposto ou disponível, cuja primeira alavanca é rotativamente montada em um motor ou eixo de engrenagem, e uma haste de acoplamento, que é rotativamente montada no primeiro veio de encaixe. A alavanca articulada também compreende uma segunda alavanca com um segundo veio de encaixe excentricamente disposto ou disponível, cuja segunda alavanca é rotativamente montada ou montável sobre o eixo de articulação de um elemento de intercepção articulável, e no primeiro veio de encaixe. A haste de acoplamento, que é rotativamente montada no primeiro veio de encaixe e no segundo veio de encaixe, respectivamente, desse modo, acopla à primeira alavanca com a segunda alavanca.

[0030] Se nenhum elemento de intercepção articulante é usado, a segunda alavanca pode estar em conexão operante com o elemento de intercepção (por exemplo, uma placa de intercepção deslizável), ou pode ser trazida em conexão operante com o elemento de intercepção.

[0031] Devido à alavanca articulada, uma transmissão de torques/forças suficientemente grandes é, desse modo, possível, de modo que o elemento de intercepção pode ser movido rapidamente.

[0032] O atuador de acordo com a invenção é, de preferência, usado para uma escala de material. O elemento de intercepção é então, de preferência, designado como um rebordo articulante, e é operantemente conectado a pelo menos uma célula de carga, de modo que um peso se material à granel acumulado pode ser determinado com o rebordo em uma posição fechada. Quando o peso desejado é alcançado, o rebordo é trazido em uma posição de liberação, via um sistema de controle. À montante do rebordo pode existir um elemento de medição que pode ajustar a quantidade de material à granel que alcança o rebordo, de modo que, por exemplo, quando o peso desejado é alcançado e brevemente antes do rebordo ser articulado na posição de liberação, o fluxo de material à granel é interrompido, de modo que somente a quantidade pesada de material à granel pode ser descarregada.

[0033] A invenção adicionalmente se relaciona a dispositivo para dosagem e/ou pesagem de material à granel, compreendendo pelo menos um elemento de intercepção de material à granel que pode ser operado por pelo menos um atuador eletromecânico conforme descrito acima.

[0034] Em particular, a operação do elemento de intercepção de material à granel compreende a abertura e/ou fechamento do mesmo.

[0035] As concretizações preferidas e desenvolvimentos descritos acima para o atuador eletromecânico, de acordo com a presente invenção, podem, portanto, serem aplicadas ao dispositivo de acordo com a presente invenção.

[0036] O dispositivo é, de preferência, designado como uma escala de material à granel, no qual o elemento de intercepção de material à granel é designado como um rebordo articulável.

[0037] O problema é também solucionado por um processo para operação de um atuador eletromecânico para um elemento de intercepção de material à granel.

[0038] O atuador eletromecânico é, de preferência, um atuador eletromecânico conforme descrito acima.

[0039] O atuador eletromecânico compreende um motor elétrico, eletrônicos de controle e de acionamento associados com o motor elétrico, e meios para armazenagem de energia.

[0040] De acordo com a invenção, quando o atuador é operado pelo motor elétrico, energia é armazenada nos meios para armazenagem de energia.

[0041] Em particular, a operação do elemento de intercepção de material à granel compreende uma abertura e/ou fechamento do mesmo.

[0042] Os eletrônicos de controle e de acionamento, de preferência, compreende os meios para armazenagem de energia, que são designados como meios para armazenagem de energia elétrica, no qual a energia é armazenada como energia elétrica, de preferência, em supercapacitores dos eletrônicos de controle e de acionamento (3).

[0043] A invenção é descrita abaixo usando uma concretização preferida em conjunto com o desenho. Nele é mostrado: Fig. 1 uma vista de topo de um mecanismo de operação na posição de fechamento; Fig. 2 uma vista de topo de um mecanismo de operação na posição de liberação; Fig. 3 uma vista de topo de um dispositivo de dosagem de material à granel; Fig. 4 uma vista em corte através do plano plane A-A da figura 3; Fig. 5 uma vista em perspectiva de um atuador; Fig. 6 o atuador da Fig. 5 sem tampa do alojamento; Fig. 7 o atuador da Figura 5 sem alojamento; e Fig. 8 um diagrama esquemático do consumo de energia de um atuador.

[0044] As Figuras 1 e 2 mostram o mecanismo 14 com uma alavanca articulada 6, a junta 6 estando em uma posição fechada S e uma posição de liberação F, respectivamente.

[0045] A junta 6 compreende uma primeira alavanca 7 e uma segunda alavanca 11, cada da qual é rotativamente montada em um eixo de engrenagem 9 de um atuador 1 mostrado nas Figuras 3 a 6, ou em um eixo de articulação SA de um rebordo 13 (mostrado na Figura 4).

[0046] Primeira e segunda alavancas 7 e 11 cada compreende um eixo de veio excentricamente disposto 8 e 12, respectivamente. Ambos eixos de veio 8 e 12 são conectados entre si, via uma haste de acoplamento 10.

[0047] Uma rotação da primeira alavanca 7 também causa uma rotação da segunda alavanca 11, via a haste de acoplamento 10.

[0048] Conforme mostrado na Figura 1, o mecanismo 14 é designado de tal modo que na posição de fechamento S, a primeira alavanca 7 é girada além do ponto morto de topo, e a haste de acoplamento 10 assenta contra um elemento parador 22 (mostrado na Figura 7).

[0049] Desse modo, os torques que ocorrem na segunda alavanca 11 não podem causar uma rotação da primeira alavanca 7, visto que uma rotação adicional da primeira alavanca 7 é impedida pelo elemento parador 22, que restringe o movimento, e o mecanismo 14, desse modo, age em uma maneira de autotravamento. Não é, portanto, necessário proporcionar a junta 6 com um freio ou dispositivo de travamento adicional.

[0050] As Figuras 3 e 4 mostram um dispositivo de dosagem de material à granel compreendendo dois atuadores 1 e 1', cada com um mecanismo 14. Um atuador 1 ou 1' compreende um motor elétrico 2 designado como um servomotor, eletrônicos de controle e de acionamento 3 com uma pluralidade de supercapacitores 4 e uma engrenagem 5.

[0051] Uma direção de fluxo do material à granel é mostrada esquematicamente com a seta 15. O dispositivo de dosagem do material à granel é disposto em um alojamento 16, que pode ser disposto em uma linha de material à granel, ou pode ser parte de uma linha de material à granel.

[0052] O dispositivo de dosagem de material à granel compreende dois rebordos 13 e 13', que são cada montado ao redor de um eido oscilante SA e SA', respectivamente. O rebordo 13 foi articulado descendentemente e, desse modo, está na assim denominada posição de liberação F. O rebordo 13' está na posição de fechamento S, e interage com uma vedação 17 disposta no alojamento 16 para interromper a passagem do material à granel na direção de fluxo 15.

[0053] Ambos eixos oscilantes SA e SA' são dispostos paralelos e lado a lado. Os rebordos 13 e 13' podem ser articulados descendentemente em direções opostas.

[0054] Cada rebordo 13 ou 13' é articulado por 90° entre a posição de fechamento S e a posição de liberação F sobre o respectivo eixo oscilante SA ou SA'. Conforme mostrado nas Figuras 1 e 2, a articulação do rebordo 13 e 13' respectivamente corresponde à rotação da segunda alavanca 11 por 90° também. Contudo, devido à proporção de transmissão, a primeira alavanca 7 deve ser girada por mais do que 90° de modo a trazer o rebordo 13 e 13', respectivamente, na posição de liberação F.

[0055] Na região dos dois eixos oscilantes SA e SA', é provido um defletor 18 com uma seção transversal triangular, e um pico direcionado ascendentemente. O corpo do defletor 18 impede material à granel de alcançar a região dos eixos oscilantes SA e SA'.

[0056] Nas figuras 5 a 7, o atuador 1 é mostrado em vista em perspectiva, em um alojamento 19, sem uma tampa do alojamento 20, e sem uma tampa 21 para o mecanismo 14, e sem um alojamento 19, respectivamente.

[0057] O mecanismo 14 das Figuras 1 e 2 é visível nas Figuras 6 e 7, e está na posição de fechamento S.

[0058] O arranjo do motor elétrico 2 com uma engrenagem angular 5 é visível. Os eletrônicos de controle e de acionamento 4 são diretamente fixados à unidade de engrenagem do motor elétrico. Os eletrônicos de controle e de acionamento 4 também incluem uma pluralidade de supercapacitores 4. O atuador total 1 é protegido no alojamento 19.

[0059] Os supercapacitores 4, por um lado, capacitam a recuperação e armazenagem de energia elétrica, por exemplo, quando o rebordo 13 é articulado na posição de liberação F por gravidade somente.

[0060] Além disso, a alta energia requerida para um curto tempo quando operando o dispositivo de intercepção pode ser tomada a partir dos supercapacitores 4. Isto significa que voltagens não altas são requeridas para suprir o atuador 1. Seções transversais de cabo grande não são também necessárias.

[0061] A Figura 8 mostra uma sequência exemplar esquemática de um processo de abertura e de fechamento de um elemento de intercepção de acordo com a presente invenção, que é provido na forma de um rebordo, conforme descrito acima.

[0062] O eixo da abscissa representa um tempo sem dimensão, o eixo da ordenada mostra a energia consumida e gerada pelo atuador em watts sem escala.

[0063] Uma linha que se aproxima de um sinal de onda retangular representa a posição do rebordo.

[0064] Conforme pode ser visto a partir do curso da linha P, o rebordo de movimento 13 na posição de liberação F primeiro requer energia de modo a superar o autotravamento do mecanismo 14 (primeira alavanca 7 deve ser movida acima do ponto morto de topo). Isto é indicado por uma elevação da linha P. Contudo, desde que o rebordo 13 é aberto pela gravidade somente após a primeira alavanca 7 ter passado no ponto morto de topo, uma energia negative é gerada que é perceptível pela queda da linha P. Isto significa que o motor elétrico gera energia. Conforme pode ser visto da Figura 8, a energia de rede gerada pelo movimento do rebordo 13 na posição de liberação F é P2 (watts).

[0065] Esta energia P2 é armazenada na forma de energia elétrica nos supercapacitores 4 do atuador 1.

[0066] Quando da articulação do rebordo 13 na posição de fechamento S, contudo, energia é requerida, visto que o rebordo 13 deve ser movido contra a gravidade. Na figura 8, isto pode ser percebido a partir do aumento da linha P. De acordo com a Figura 8, a energia de rede requerida é P1 (Watt).

[0067] Se o rebordo 13 estiver na posição liberada F ou na posição de fechamento S (curso horizontal do "sinal retangular"), nenhuma energia é requerida (o motor elétrico 2 é "electroless"). Isto pode ser visto a partir do curso horizontal da linha P.

[0068] Desde que a energia gerada é armazenada nos supercapacitores 4, eles podem ser usados quando o rebordo 13 é novamente articulado na posição de fechamento S. A energia de rede requerida para operar o atuador 1 é, portanto, P1-P2 (Watt) por operação de abertura e fechamento. Contudo, desde que um processo de abertura e fechamento leva somente 10 a 20% do tempo de um ciclo de operação AZ, e o motor elétrico 2 é, de outro modo, "electroless", economias de energia muito grandes são possíveis comparada aos atuadores do estado da técnica.

Claims

1. Dispositivo para dosagem e/ou pesagem de material a granel, compreendendo pelo menos um elemento de intercepção de material a granel, caracterizado pelo fato de que o elemento de intercepção de material a granel pode ser operado por pelo menos um atuador eletromecânico (1), no qual a operação do elemento de intercepção de material a granel é uma abertura ou fechamento ou abertura e fechamento do mesmo, o referido elemento de intercepção de material a granel sendo um rebordo articulante e sendo operantemente conectado a pelo menos uma célula de carga, de modo que um peso de material à granel acumulado pode ser determinado com o rebordo em uma posição fechada, e no qual o atuador (1) compreende - um motor elétrico (2), - eletrônicos de controle e acionamento (3) atribuídos ao motor elétrico (2), e no qual o atuador eletromecânico (1) compreende, como meio (4) para armazenagem de energia, capacitores, que são configurados e dispostos para atuar como um tampão para ligar por ponte a demanda de energia de pico ao acionar o atuador.

2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os eletrônicos de controle e de acionamento (3) compreendem os meios para armazenagem de energia, que são projetados como meios (4) para armazenagem de energia elétrica.

3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os meios (4) para armazenagem de energia elétrica são projetados como supercapacitores.

4. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o motor elétrico (2) é um motor de corrente contínua, em particular um motor de corrente contínua sem escova.

5. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o motor elétrico (2) é um servomotor.

6. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o motor elétrico (2) é projetado para geração de energia elétrica.

7. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o atuador (1) pode ser operado com uma corrente máxima de 3 ampéres.

8. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o atuador compreende adicionalmente uma engrenagem (5), em particular, uma engrenagem compacta.

9. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que os eletrônicos de controle e de acionamento (3) são dispostos diretamente no motor elétrico (2).

10. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o atuador (1) compreende uma alavanca articulada (6) que conecta diretamente ou indiretamente um motor ou eixo de engrenagem ao membro de intercepção, no qual um ponto morto da alavanca articulada é projetado de tal modo que uma posição do membro de intercepção pode ser mantida quando o motor elétrico é “electroless”.

11. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a alavanca articulada compreende (6): - uma primeira alavanca (7) com um primeiro veio de encaixe excentricamente disposto ou disponível (8), cuja primeira alavanca (7) é rotativamente montada em um motor ou eixo de engrenagem (9), e - uma haste de acoplamento (10), que é rotativamente montada no primeiro veio de encaixe (8), no qual a alavanca articulada (6) compreende adicionalmente uma segunda alavanca (11) com um segundo veio de encaixe excentricamente disposto ou disponível (12), cuja segunda alavanca (11) é rotativamente montada ou montável sobre o eixo de articulação (SA) de um membro de intercepção articulável (13) e no primeiro veio de encaixe (8).

12. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o dispositivo é projetado como uma escala de material à granel, o membro de intercepção de material à granel sendo projetado como um rebordo articulável.

13. Método para operação de um dispositivo, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que, quando o atuador é operado pelo motor elétrico (2), a energia é armazenada nos meios (4) para armazenagem de energia.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que os eletrônicos de controle e de acionamento (3) compreendem os meios (4) para armazenagem de energia, que são projetados como meios (4) para armazenagem de energia elétrica, a energia sendo armazenada como energia elétrica, de preferência, em supercapacitores dos eletrônicos de controle e de acionamento (3).