DE102005058340A1

DE102005058340A1 - Füllstandsmesseinrichtung für Schüttgutbunker und Füllstandsmessverfahren für Schüttgüter

Info

Publication number: DE102005058340A1
Application number: DE200510058340
Authority: DE
Inventors: Rolf Gnauert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-12-06
Filing date: 2005-12-06
Publication date: 2007-06-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Füllstandsmesseinrichtung (8) für Schüttgutbunker (1) und ein Messverfahren für Schüttgüter (5). Es ist ein nach unten hängendes, sich bis in das Schüttgut (5) erstreckendes Zugmittel (9) vorgesehen, dessen oberes Ende (10) an einer Hubvorrichtung (11) befestigt ist. Die Hubvorrichtung (11) ist dazu vorgesehen, das Zugmittel (9) so weit zu verlagern, dass an der Hubvorrichtung (11) nur die Gewichtskraft (GO) desjenigen Längenabschnitts (OL) des Zugmittels (9) angreift, der sich oberhalb des Schüttguts (5) befindet. Eine Vorrichtung (14) zur Messung der Gewichtskraft (GO) erfasst diese Gewichtskraft (GO) und ist mit einem Messwertumformer (18) gekoppelt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Füllstandsmesseinrichtung für Schüttgutbunker sowie ein Füllstandsmessverfahren für Schüttgüter.
Zur Zwischenlagerung von Schüttgütern werden Schüttgutbunker eingesetzt. Es handelt sich dabei oftmals um Hohlräume, die sich im Wesentlichen in vertikaler Richtung erstrecken und einen Einfüllschacht in einem oberen Abschnitt des Hohlraums sowie eine Abzugsvorrichtung in einem unteren Abschnitt aufweisen.

Es besteht im Rahmen von Prozesssteuerungen die Notwendigkeit, die Füllstände von Schüttgutbunkern zu erfassen. Im Stand der Technik sind dazu elektrische Messeinrichtungen bekannt, die auf der Basis von Ultraschall oder elektromagnetischen Wellen arbeiten. Nachteilig an diesen Messeinrichtungen ist, dass ihre Reichweite begrenzt ist und äußere Störeinflüsse die Messung stark beeinträchtigen können. Die Störeinflüsse sind insbesondere Feuchtigkeit und Staub im Schüttgutbunker sowie ungleichmäßiges Einbringen des Schüttguts. Insbesondere bei sehr großen untertägigen Schüttgutbunkern mit Tiefen von bis zu 100 m stoßen bekannte Messtechniken an ihre Grenzen.

Hinzu kommt, dass z.B. im untertägigen Bereich Schüttgutbunker von Grubenräumen gebildet werden, das heißt dass der Füllstand nicht von außen gemessen werden kann. In diesem Fall ist nur eine Messung von oben möglich. Bei einem fast leeren Schüttgutbunker, in den Schüttgut zum Teil über 80 m tief fallen muss, sind die Staubaufwirbelungen innerhalb des Bunkers so groß, dass berührungslose Messverfahren versagen können.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Füllstandsmesseinrichtung für Schüttgutbunker und ein Füllstandsmessverfahren für Schüttgüter aufzuzeigen, die bzw. das eine einfachere und zugleich zuverlässigere Erfassung des Füllstands ermöglichen.

Der gegenständliche Teil der Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Kernpunkt der Erfindung ist ein nach unten hängendes, sich bis in das Schüttgut erstreckendes Zugmittel, dessen oberes Ende an einer Hubvorrichtung befestigt ist. Die Hubvorrichtung ist dafür vorgesehen, das Zugmittel in einer Weise zu verlagern, dass an der Hubvorrichtung nur die Gewichtskraft desjenigen Längenabschnitts des Zugmittels angreift, der sich oberhalb des Schüttguts befindet. Die eigentliche Messung erfolgt durch eine Vorrichtung zur Messung der Gewichtskraft sowie einen Messwertumformer.

Der grundlegende Erfindungsgedanke ist, dass das Zugmittel in einem unteren Längenabschnitt von Schüttgut umgeben ist und dass dieser Längenabschnitt von dem Schüttgut gehalten ist. Dieser untere Längenabschnitt kann folglich nicht gewogen werden. Wenn nun der obere Längenabschnitt gelockert wird, hängt dieser obere Teil des Zugmittels frei nach unten und kann gewogen werden. Die an der Hubvorrichtung angreifende Gewichtskraft des Zugmittels wird zur Messung auf die Gewichtskraft des oberen Längenabschnitts reduziert. Mithin ist das Verhältnis der Gewichtskraft des oberen Längenabschnitts des Zugmittels zur Gewichtskraft des gesamten Zugmittels umgekehrt proportional zu dem Füllstand des Schüttgutbunkers. Ist die Gewichtskraft des oberen Längenabschnitts klein, so ist der Füllstand hoch und umgekehrt. Entspricht die Gewichtskraft des oberen Längenabschnitts des Zugmittels der des gesamten Zugmittels, so ist der Schüttgutbunker zumindest bis zum unteren Ende des Zugmittels entleert.

Durch das Sacken und Nachrutschen bei der Entnahme des Schüttguts greifen zusätzliche Kräfte am Zugmittel an, die das Messergebnis verfälschen würden. Die Hubvorrichtung dient quasi der kräftemäßigen Entkopplung des oberen Längenabschnitts des Zugmittels vom unteren Längenabschnitt. Der obere Längenabschnitt muss vor der Messung ein kleines Stück gelockert werden, damit der untere Längenabschnitt während der Messung nicht am oberen Längenabschnitt zieht. Das Zugmittel wird durch die Schüttgutentnahme von unten selbsttätig wieder gestrafft, so dass der obere Längenabschnitt für die nächste Messung wieder verlagert werden muss. Es handelt sich daher um ein diskontinuierliches Messverfahren.

Die erfindungsgemäße Füllstandsmesseinrichtung ermöglicht eine hinreichend genaue Füllstandsmessung insbesondere in sehr tiefen Schüttgutbunkern. Darüber hinaus zeichnet sich die Füllstandsmesseinrichtung dadurch aus, dass sie konstruktiv einfach gehalten und damit robust ist sowie mit geringem Aufwand ein präziseres Messergebnis erzielt als bekannte Füllstandsmesseinrichtungen des Standes der Technik, die je nach Messverfahren teils starken Störeinflüssen unterliegen.

Grundsätzlich ist es möglich, mehrere Füllstandsmesseinrichtungen dieser Art im gleichen Schüttgutbunker anzuordnen, um die Messgenauigkeit zu erhöhen. Eine einzelne Füllstandsmesseinrichtung kann je nach Bedarf mittig oder auch außermittig an dem Schüttgutbunker angeordnet sein. Selbstverständlich sollte das Zugmittel möglichst nicht im Einwurfbereich des frei fallenden Schüttguts hängen, um Messfehler zu vermeiden.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen es Erfindungsgedankens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 9.

Die Vorrichtung zur Messung der Gewichtskraft umfasst bevorzugt wenigstens eine Wägezelle. Die Wägezelle ist Teil eines elektrischen Messsystems, das eine Anzeige des Messergebnisses auch an entfernten Orten ermöglicht. Wägezellen zeichnen sich darüber hinaus durch große Messbereiche und eine hohe Messgenauigkeit aus.

Zweckmäßigerweise erstreckt sich das Zugmittel wenigstens bis zu einer minimalen Füllstandhöhe. Die Füllstandshöhe, bis zu der eine Messung durchgeführt werden kann, ist durch die Länge des Zugmittels vorgegeben. Im untertägigen Bergbau wird es zur Vermeidung von Wetterkurzschlüssen, die entstehen, wenn der Schüttgutbunker vollständig entleert ist, so dass Wetter ungehindert vom Einfüllschacht bis zur Abzugsöffnung strömen können, angestrebt, den minimalen Füllstand nicht zu unterschreiten.

Das Zugmittel ist bevorzugt als Gliederzug ausgeführt. Vorzugsweise ist der Gliederzug eine Gliederkette, deren Kettenglieder möglichst beweglich zueinander sind, wie z.B. bei einer Rundstahlkette. Bei derartigen Zugmitteln kann durch Heben und/oder Senken des Zugmittels mit der Hubvorrichtung der obere Längenabschnitt des Zugmittels vom unteren vollständig entkoppelt werden. Mit einer feinen Teilung des Gliederzugs ist eine entsprechend präzise Messung des Füllstandes möglich. Theoretisch kann das Zugmittel auch ein Seil oder flaches Band sein, allerdings sind derartige Zugmittel in der Regel weniger flexibel als z.B. Ketten, so dass die Messgenauigkeit ebenfalls geringer wäre.

Vorteilhafterweise besitzt das Zugmittel ein höheres spezifisches Gewicht als das Schüttgut. Somit ist sichergestellt, dass das Zugmittel stets lotrecht im Schüttgutbunker hängt und nicht ungewollt auftreibt. Durch ein hohes Gewicht des Zugmittels bzw. dessen einzelner Kettenglieder ist die Gewichtsdifferenz benachbarter Kettenglieder groß, so dass der Füllstand mit geringer Fehlerwahrscheinlichkeit bestimmt werden kann.

Die Hubeinrichtung ist bevorzugt eine vertikal wirkende Kolben/Zylinder-Einheit. Kolben/Zylinder-Einheiten kommen mit sehr wenigen beweglichen Teilen aus, sie sind daher sehr robust und dazu in der Lage, auf engstem Bauraum eine große Hubkraft bereitzustellen.

Vorteilhaft erfasst die Vorrichtung zur Messung der Gewichtskraft die Gewichtskraft des Kolbens und des daran angeschlagenen Zugmittels innerhalb des Zylinders. Die Vorrichtung zur Messung der Gewichtskraft ist dadurch sehr geschützt untergebracht. Das Messergebnis wird nicht durch äußere Einflüsse verfälscht. Zudem wird gegenüber einer externen Platzierung weniger Bauraum benötigt.

Der Kolben ist bevorzugt mit Druckluft beaufschlagt. Druckluft ist regelmäßig, insbesondere auch in Bergwerken, verfügbar und beeinträchtigt die Wägezellen am wenigsten. Eine solche Ausführungsform der Kolben/Zylinder-Einheit ist zudem eigensicher. Selbstverständlich können auch andere Hydraulik- oder Pneumatikfluide zum Einsatz kommen.

Der verfahrensmäßige Teil der Aufgabe wird durch die Maßnahmen des Patentanspruchs 10 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein nach unten hängendes Zugmittel an einer Hubvorrichtung befestigt, wobei sich das Zugmittel bis in das Schüttgut erstreckt und vor der Messung über die Hubvorrichtung so weit verlagert wird, dass an der Hubvorrichtung nur die Gewichtskraft desjenigen Längenabschnitts des Zugmittels angreift, der sich oberhalb des Schüttguts befindet, wobei die Gewichtskraft des Längenabschnitts durch eine Vorrichtung zur Messung der Gewichtskraft erfasst wird und zur Bestimmung des Füllstands in einem Messwertumformer in Relation zur Gewichtskraft des gesamten Zugmittels gesetzt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist wesentlich einfacher und liefert auch unter rauen Einsatzbedingungen ein genaueres Messergebnis als andere im Stand der Technik bekannte Verfahren.

Vorzugsweise wird das Zugmittel vor der Messung angehoben und wieder abgesenkt. Dies ermöglicht eine besonders einfache Ausführung der Hub vorrichtung. Zudem kann die Wägezelle im druckbeaufschlagten Teil des Zylinders unterhalb des Kolbens angeordnet sein, so dass der Kolben nach Ablassen des Druckfluids auf der Wägezelle zur Auflage gelangt.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, das Zugmittel vor der Messung abzusenken und nach der Messung wieder anzuheben. Dieses Vorgehen ermöglicht eine schnelle Ermittlung des Füllstands, weil das Anheben vor der Messung entfällt.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in einer schematischen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In der Zeichnung ist im Längsschnitt ein Schüttgutbunker 1 dargestellt. Der Schüttgutbunker 1 weist einen Hohlraum 2 auf, der sich im Wesentlichen in vertikaler Richtung erstreckt und außen durch eine Wand 3 begrenzt ist. Der Schüttgutbunker 1 wird in einem oberen Abschnitt 4 durch einen nicht näher dargestellten Einfüllschacht mit Schüttgut 5 gefüllt. In einem unteren Abschnitt 6 ist der Hohlraum 2 konisch verjüngt und es ist eine Abzugsöffnung 7 zu erkennen, durch welche das Schüttgut 5 nach Bedarf aus dem Schüttgutbunker 1 abgezogen wird.
An dem Schüttgutbunker 1 ist eine Füllstandsmesseinrichtung 8 angeordnet. Die Füllstandsmesseinrichtung 8 umfasst ein nach unten hängendes, sich bis in das Schüttgut 5 erstreckendes Zugmittel 9, das als Gliederzug in Form einer Rundstahlkette ausgeführt ist, und dessen oberes Ende 10 an einer Hubvorrichtung 11 befestigt ist. Die Glieder 11a des Zugmittels 9 haben ein höheres spezifisches Gewicht als das Schüttgut 5.
Die Hubvorrichtung 11 ist dazu vorgesehen, das Zugmittel 9 vor der Messung nach oben zu ziehen und anschließend wieder abzusenken, so dass an der Hubvorrichtung 11 nur noch die Gewichtskraft GO des oberen Längenabschnitts OL des Zugmittels 9 angreift, der sich oberhalb des Schüttguts 5 befindet. Die Hubvorrichtung 11 ist dazu als eine in vertikaler Richtung wirkende Kolben/Zylinder-Einheit 12 ausgeführt, die mit Druckluft betrieben wird. Das Zugmittel 9 ist an einer Kolbenstange des Kolbens 13 angeschlagen.
Die Vorrichtung 14 zur Messung der Gewichtskraft besteht aus zwei Wägezellen 15, die im Zylinder 16 angeordnet sind und die das Gewicht des oberen Längenabschnitts OL des Zugmittels 9 und des Kolbens 13 erfassen, wenn der Kolben 13 in der dargestellten Position auf den Wägezellen aufliegt. Die Wägezellen 15 sind unterhalb des Kolbens 13 angeordnet und befinden sie sich im druckbeaufschlagten Teil des Zylinders 16. Die Hubvorrichtung 11 ist in diesem Ausführungsbeispiel über zwei Doppel-T-Träger 17 auf dem oberen Rand des Schüttgutbunkers 1 abgestützt.
Die Wägezellen 15 sind mit einem Messwertumformer 18 gekoppelt. Im Messwertumformer 18 wird der durch die Wägezellen 15 erfasste Betrag der Gewichtskraft GO des oberen Längenabschnitts OL des Zugmittels 9 in Bezug zu dem Betrag der Gewichtskraft G des gesamten Zugmittels 9 gesetzt und mithin der Füllstand FS des Schüttgutbunkers 1 ermittelt, der sich hierzu umgekehrt proportional verhält. Der mit der Füllstandsmesseinrichtung 8 erfassbare minimale Füllstand FSMIN ist durch die Länge des Zugmittels 9 vorgegeben. Nur wenn unterste Glied des Zugmittels 9 im Schüttgut 5 zur Auflage gelangt, lässt sich der Füllstand positiv erfassen. Andernfalls ist das Messergebnis, dass der Schüttgutbunker 1 nicht bis zum minimalen Füllstand gefüllt ist. Dadurch, dass das Schüttgut 5 nur durch die Abzugsöffnung 7 abgezogen wird, ist gewährleistet, dass sich das Zugmittel 9 stets in Lotrichtung erstreckt.
Der Messwertumformer 18 und die Wägezellen 15 sind mit einem Sperrventil 19 der Hubvorrichtung 11 gekoppelt, das vor der Messung aktiviert wird.
Zur Messung des Füllstands des Schüttgutbunkers 1 wird zunächst das Zugmittel 9 so weit verlagert, dass an der Hubvorrichtung 11 nur die Gewichtskraft GO des oberen Längenabschnitts OL des Zugmittels 9 angreift, der sich oberhalb des Schüttguts 5 befindet. Mithin wird durch die Verlagerung wenigstens ein unterstes Glied 20 des unteren Längenabschnittes UL des Zugmittels 9 freigelegt, so dass sich die Gewichtskraft GO des Längenabschnitts OL oberhalb des Füllstands FS des Schüttguts 5 unabhängig von dem unteren Längenabschnitt UL, der sich im Schüttgut 5 befindet, messen lässt. Der untere Längenabschnitt UL des Zugmittels 9 ist in dem Schüttgut 5 gehalten und beeinflusst daher die Messung der Gewichtskraft GO des oberen Längenabschnitts OL nicht.
Um ein möglichst präzises Messergebnis zu erhalten ist vorgesehen, das Zugmittel 9 vor der Messung anzuheben und wieder abzusenken. Erst danach wird die Messung durchgeführt. Eine alternative Vorgehensweise ist, das Zugmittel 9 vor der Messung abzusenken und es nach der Messung wieder anzuheben. Dies ermöglicht eine beschleunigte Messung.
Zur Tarierung der Füllstandsmesseinrichtung 8 muss einmalig die Gewichtskraft G des gesamten Zugmittels 9 erfasst werden. Diese Erfassung wird zweckmäßigerweise in einem leeren Zustand des Schüttgutbunkers 1 durchgeführt.
Mit der erfindungsgemäßen Füllstandsmesseinrichtung 8 kann der Füllstand FS des Schüttgutbunkers 1 auf besonders einfache und zuverlässige Weise erfasst werden. Zudem ist das Messergebnis außerordentlich präzise und weitgehend unabhängig von äußeren Störeinflüssen, wie z.B. bei Staub und Feuchtigkeit. Die Füllstandsmesseinrichtung 8 kann bei beliebig tiefen Schüttgutbunkern 1 eingesetzt werden. Die Füllstandsmesseinrichtung lässt sich leicht nachrüsten.

1: Schüttgutbunker
2: Hohlraum
3: Wand
4: oberer Abschnitt v. 2
5: Schüttgut
6: unterer Abschnitt v. 2
7: Abzugsöffnung
8: Füllstandsmesseinrichtung
9: Zugmittel
10: oberes Ende v. 9
11: Hubvorrichtung
11a: Glied v. 9
12: Kolben/Zylinder-Einheit
13: Kolben
14: Vorrichtung zur Messung der Gewichtskraft
15: Wägezelle
16: Zylinder
17: Doppel-T-Träger
18: Messwertumformer
19: Sperrventil
20: unterstes Glied v. 9 im OL
FS: Füllstand
FSMIN: minimaler Füllstand
G: Gewichtskraft v. 9
GO: Gewichtskraft des OL v. 9
OL: oberer Längenabschnitt v. 9
UL: unterer Längenabschnitt v. 9

Claims

Füllstandsmesseinrichtung für Schüttgutbunker (1), dadurch gekennzeichnet, dass ein nach unten hängendes, sich bis in das Schüttgut (5) erstreckendes Zugmittel (9) vorgesehen ist, dessen oberes Ende (10) an einer Hubvorrichtung (11) befestigt ist, wobei die Hubvorrichtung (11) dafür vorgesehen ist, das Zugmittel (9) so weit zu verlagern, dass an der Hubvorrichtung (11) nur die Gewichtskraft (GO) desjenigen Längenabschnitts (OL) des Zugmittels (9) angreift, der sich oberhalb des Schüttguts (5) befindet, und wobei eine Vorrichtung (14) zur Messung der Gewichtskraft (GO) sowie ein Messwertumformer (18) vorgesehen sind.
Füllstandsmesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (14) zur Messung des Gewichtskraft (GO) aus wenigstens einer Wägezelle (15) besteht.
Füllstandsmesseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Zugmittel (9) wenigstens bis zu einer minimalen Füllstandshöhe (FSMIN) erstreckt.
Füllstandsmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugmittel (9) ein Gliederzug ist.
Füllstandsmesseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gliederzug eine Kette ist.
Füllstandsmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugmittel (9) ein höheres spezifisches Gewicht als das Schüttgut (5) besitzt.
Füllstandsmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubvorrichtung (11) eine vertikal wirkende Kolben/Zylinder-Einheit (12) ist.
Füllstandsmesseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (14) zur Messung der Gewichtskraft die Gewichtskraft des Kolbens (13) und des daran angeschlagenen Zugmittels (9) innerhalb des Zylinders (16) erfasst.
Füllstandsmesseinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (13) mit Druckluft beaufschlagt ist.
Füllstandsmessverfahren für Schüttgüter, dadurch gekennzeichnet, dass ein nach unten hängendes Zugmittel (9) an einer Hubvorrichtung (11) befestigt wird, wobei sich das Zugmittel (9) bis in das Schüttgut (5) erstreckt und vor der Messung über die Hubvorrichtung (11) so weit verlagert wird, dass an der Hubvorrichtung (11) nur die Gewichtskraft (GO) desjenigen Längenabschnitts (OL) des Zugmittels (9) angreift, der sich oberhalb des Schüttguts (5) befindet, wobei die Gewichtskraft (GO) dieses Längenabschnitts (OL) durch die Vorrichtung (14) zur Messung der Gewichtskraft (GO) erfasst wird und zur Bestimmung des Füllstands (FS) in einem Messwertumformer (18) in Relation zur Gewichtskraft (G) des gesamten Zugmittels (9) gesetzt wird.
Füllstandsmessverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugmittel (9) vor der Messung angehoben und wieder abgesenkt wird.
Füllstandsmessverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugmittel (9) vor der Messung abgesenkt und nach der Messung wieder angehoben wird.