DE102006022894A1

DE102006022894A1 - Vorrichtung zur Ermittlung bestimmter Eigenschaften eines schüttfähigen Guts

Info

Publication number: DE102006022894A1
Application number: DE102006022894A
Authority: DE
Inventors: Joachim Mannhardt; Franz Fähler
Original assignee: J & M Analytische Mess & Regeltechnik GmbH; J & M Analytische Mess- und Regeltechnik GmbH
Current assignee: J&M ANALYTIK AG, 73457 ESSINGEN, DE
Priority date: 2006-05-15
Filing date: 2006-05-15
Publication date: 2007-11-22
Also published as: EP2027454A1; WO2007131571A1

Abstract

Eine Vorrichtung (10) zur Ermittlung bestimmter Eigenschaften eines schüttfähigen Guts (3), welches sich in Form eines Kegels (3a) auf einem im Wesentlichen ebenen Teller (6) befindet, weist wenigstens einen an einer Halteeinrichtung (11) angebrachten optischen Lichtleiter (12) auf, welcher wenigstens eine Beleuchtungsfaser (13) und wenigstens eine Detektionsfaser (14) aufweist. Die Beleuchtungsfaser (13) sendet optische Strahlung zu dem Kegel (3a). Die Detektionsfaser (14) ist so angeordnet, dass sie die von dem Kegel (3a) reflektierte optische Strahlung empfängt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung bestimmter Eigenschaften eines schüttfähigen Guts, welches sich in Form eines Kegels auf einem im wesentlichen ebenen Teller befindet. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Ermittlung bestimmter Eigenschaften eines schüttfähigen Guts, mit einem Teller zur Aufnahme des schüttfähigen Guts in Form eines Kegels.
Erfindungsgemäße Vorrichtungen sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Dabei wird eine festgelegte Menge an schüttfähigem Gut, insbesondere Pulver, in einen Behälter eingebracht. Durch eine festgelegte Öffnung in dem Behälter kann das Pulver auf einen sich unterhalb des Behälters befindlichen Teller fließen bzw. fallen und sammelt sich dort in Form eines Kegels. Um konstante Ergebnisse zu erhalten, weist der Teller einen festgelegten Durchmesser auf und ist zur Ermittlung der Masse und der Dichte des schüttfähigen Guts auf einer Wiegeeinrichtung angebracht. In Abhängigkeit der Fließeigenschaften und des Gesamtzustands des schüttfähigen Guts ergibt sich ein Kegel mit einer bestimmten Kegelhöhe, wobei das überschüssige Material am Rand des Tellers nach unten in einen Auffangbehälter fällt. Zur Ermittlung von physikalischen Parametern, wie Fließzeit, Fließvolumen, Kegelvolumen, Kegelhöhe, Masse oder Dichte, können geeignete Sensoren eingesetzt werden, wobei die von denselben erfassten Parameter angezeigt und protokolliert werden. Nach der Messung wird der Teller mit dem sich darauf befindlichen Kegel entnommen, entleert und gereinigt. Die Vorrichtung kann nach dem Einsetzen des leeren Tellers für die nächste Messung verwendet werden.
Allerdings lassen sich mit den bekannten Vorrichtungen verschiedene Eigenschaften des schüttfähigen Guts nicht ermitteln, weshalb hierfür zusätzliche Messeinrichtungen eingesetzt werden.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Ermittlung bestimmter Eigenschaften eines schüttfähigen Guts zu schaffen, welche in der Lage ist, eine größere Anzahl solcher Eigenschaften zu bestimmen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Durch den wenigstens einen Lichtleiter mit der wenigstens einen Beleuchtungs- und der wenigstens einen Detektionsfaser ist es möglich, neben den bekannten, rein physikalischen Eigenschaften des schüttfähigen Guts auch chemische und morphologische Eigenschaften desselben zu bestimmen, wie zum Beispiel Feuchtegehalt, bestimmte Konzentrationen bzw. Konzentrations- und/oder Mischungsverhältnisse, die Partikelgröße oder die Identität des schüttfähigen Guts. Vorteilhafterweise ist hierfür keine separate Vorrichtung notwendig, sondern die genannten Eigenschaften lassen sich bestimmen während sich das schüttfähige Gut in Form eines Kegels auf dem Teller befindet, also während der Bestimmung der allgemeinen physikalischen Parameter, wie Fließzeit, Fließvolumen, Kegelvolumen, Kegelhöhe, Masse oder Dichte.
Neben dieser simultanen Erfassung der optischen und physikalischen Daten ist selbstverständlich auch eine sequenzielle Erfassung möglich, wobei dies stets innerhalb eines Versuchsdurchgangs und Versuchsaufbaus zu bewerkstelligen ist. Dadurch kann auf eine zusätz liche Analyse der genannten Parameter in einem optischen Messgerät verzichtet werden, so dass sich nicht nur eine erhebliche Zeit-, sondern auch eine entsprechende Kostenersparnis ergibt.
Eine besonders genaue Messung verbunden mit einem einfachen Aufbau des Lichtleiters ergibt sich, wenn in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung der wenigstens eine optische Lichtleiter so angeordnet ist, dass die optische Strahlung wenigstens annähernd senkrecht auf den Kegel auftrifft.
Des weiteren kann vorgesehen sein, dass an der Halteeinrichtung mehrere Lichtleiter derart angebracht sind, dass sie den Kegel zumindest teilweise umgeben. Durch eine solche Anordnung mehrerer Lichtleiter können gleichzeitig mehrere Punkte über der Mantelfläche des Kegels gemessen werden, so dass gemittelte Informationen hinsichtlich der chemischen und/oder morphologischen Daten erhalten werden können.
Wenn die Halteeinrichtung in vertikaler Richtung verstellbar ist, so kann auch bei einer in horizontaler Richtung starren Anordnung des wenigstens einen Lichtleiters stets ein optimaler Abstand desselben von dem schüttfähigen Gut gewährleistet werden.
Eine Zustellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Richtung des Kegels ist auch während des Fließens des schüttfähigen Guts auf den Teller möglich, wenn die Halteeinrichtung in einer vorteilhaften Weiterbildung wenigstens annähernd halbkreisförmig ausgebildet ist.
Aus Anspruch 13 ergibt sich eine Vorrichtung zur Ermittlung bestimmter Eigenschaften eines schüttfähigen Guts, mit einem Teller zur Aufnahme des schüttfähigen Guts in Form eines Kegels, mit wenigstens einer Einrichtung zur Ermittlung eines physikalischen Parameters, wie Fließzeit, Fließvolumen, Kegelvolumen, Kegelhöhe, Masse und/oder Dichte des schüttfähigen Guts, und mit der oben beschriebenen Vorrichtung zur Ermittlung bestimmter Eigenschaften des schüttfähigen Guts.
Mit einer derartigen Vorrichtung lassen sich also physikalische Eigenschaften, wie Fließzeit, Fließvolumen, Kegelvolumen, Kegelhöhe, Masse oder Dichte, sowie optisch ermittelbare Größen, wie Feuchtegehalt, Konzentrationen, Konzentrations- bzw. Mischungsverhältnisse, Partikelgröße oder Identität des schüttfähigen Guts in ein und derselben Vorrichtung bestimmen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass oberhalb des Tellers eine Halteeinrichtung zum Aufnehmen des schüttfähigen Guts und zum Ausgeben desselben auf den Teller vorgesehen ist, wobei insbesondere die Halteeinrichtung für die wenigstens eine Lichtleitfaser an der Halteeinrichtung für das schüttfähige Gut angebracht ist.
Auf diese Weise ergibt sich eine optimale Integration der Vorrichtung zur Ermittlung der optisch bestimmbaren Größen in die Vorrichtung zur Ermittlung der physikalisch bestimmbaren Größen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen. Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
Es zeigt:
1 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2 eine detailliertere Ansicht der Vorrichtung aus 1;
3 eine vergrößerte Darstellung gemäß dem Ausschnitt III aus 2; und
4 eine Draufsicht auf die Halteeinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Ermittlung bestimmter Eigenschaften eines sich in einem Behälter 2 befindlichen schüttfähigen Guts 3, insbesondere eines Pulvers. Der Behälter 2 befindet sich auf einer Halteeinrichtung 4 und weist eine verschließbare Öffnung 5 auf, durch welche das schüttfähige Gut 3 auf einen sich unterhalb des Behälters 2 befindlichen Teller 6 fallen bzw. fließen kann. Der Teller 6 ist über einen Verbindungsstab 7 auf einem Auffangbehälter 8 angeordnet, wobei sich im vorliegenden Fall zwischen dem Auffangbehälter 8 und dem Verbindungsstab 7 eine Wiegeeinrichtung 9 befindet.
Wenn das schüttfähige Gut 3 durch die Öffnung 5 des Behälters 2 auf den Teller 6 fällt, bildet es einen Kegel 3a aus, wobei das überschüssige schüttfähige Gut 3 über den Rand des Tellers 6 in den Auffangbehälter 8 fällt. Mittels nicht dargestellter, jedoch an sich bekannter Sensoren können bestimmte physikalische Parameter des schüttfähigen Guts 3, wie z. B. Fließzeit, Fließvolumen, Kegelvolumen, Kegelhöhe, Masse oder Dichte des schüttfähigen Guts 3, bestimmt werden. Diese Parameter bestimmen die Eigenschaften des schüttfähigen Guts 3 und dessen Verhalten bei der Weiterverarbeitung. Einer der Sensoren ist beispielsweise die Wiegeeinrichtung 9. Die erfassten Parameter können auf einer nicht dargestellten Anzeige angezeigt und in einer ebenfalls nicht dargestellten Speichereinrichtung protokolliert werden.
Um chemische bzw. morphologische Daten des schüttfähigen Guts 3, die durch optische Messungen bestimmt wer den können, wie z. B. dessen Feuchtegehalt, bestimmte Konzentrationen, bestimmte Konzentrations- und/oder Mischungsverhältnisse, Partikelgröße oder die Identität des schüttfähigen Guts 3 zu bestimmen, ist eine weitere Vorrichtung 10 vorgesehen, die eine Halteeinrichtung 11 und wenigstens einen an der Halteeinrichtung 11 angebrachten optischen Lichtleiter 12 aufweist. Der Lichtleiter 12 wiederum weist, wie in 3 zu erkennen ist, wenigstens eine Beleuchtungsfaser 13 und wenigstens eine Detektionsfaser 14 auf.
Zur Messung der genannten optisch bestimmbaren Daten sendet die Beleuchtungsfaser 13 optische Strahlung zu dem sich auf dem Teller 6 bildenden bzw. sich bereits darauf befindlichen Kegel 3a des schüttfähigen Guts 3 aus, welche von dem Kegel 3a reflektiert wird. Die Detektionsfaser 14 ist dabei so angeordnet, dass sie die von dem Kegel 3a reflektierte optische Strahlung empfängt und an eine in 1 sehr schematisch angedeutete Auswerteeinrichtung 15 weitergibt, wo die Messwerte vorzugsweise softwaremäßig weiterverarbeitet werden. Die Verfahren zur Messung der jeweiligen Eigenschaften des schüttfähigen Guts 3 sind an sich bekannt und werden daher nachfolgend nicht näher erläutert.
In 1 ist zu erkennen, dass der Lichtleiter 12 so angeordnet ist, dass die optische Strahlung wenigstens annähernd senkrecht auf die Mantelfläche des Kegels 3a auftrifft. In diesem Zusammenhang sollte klargestellt werden, dass mit optischer Strahlung nicht nur sichtbares Licht gemeint ist. Vielmehr kann der Lichtleiter 12 je nach zu messender bzw. zu bestimmender Eigenschaft für eine UV-VIS-(sichtbares UV-Licht), NIR-(nahes Infrarot), Fluoreszenz- oder Raman-Spektroskopie bzw. -Photometrie geeignet sein. Das Material des jeweiligen Lichtleiters 12 ist also auf die jeweils ausgewählte Messmethode bzw. den jeweiligen Spektralbereich optimiert.
Wenn, wie in 2 und 4 dargestellt, um den Umfang des Kegels 3a mehrere optische Lichtleiter 12 vorgesehen sind, so können diese gegebenenfalls nach jeweils unterschiedlichen Prinzipien arbeiten, so dass sich eine sehr universell einsetzbare Vorrichtung 10 ergibt. Mit anderen Worten, an ein und derselben Halteeinrichtung 11 können unterschiedlich ausgebildete Lichtleiter 12 angebracht werden, um unterschiedliche Messmethoden einzusetzen. In 4 sind rein beispielhaft sieben um den Umfang des Kegels 3a verteilte Lichtleiter 12 dargestellt, es ist jedoch selbstverständlich jede andere geeignete Anzahl denkbar. Die Halteeinrichtung 11, die den wenigstens einen Lichtleiter 12 hält, ist im vorliegenden Fall in vertikaler Richtung, also in der Richtung der Höhenausdehnung des Kegels 3a, verstellbar, so dass zum Einen mehrere Stellen in Längsrichtung des Kegels 3a gemessen werden können und zum Anderen stets ein optimaler Abstand des Lichtleiters 12 zu dem schüttfähigen Gut 3 einstellbar ist. In nicht dargestellter Weise könnte die Halteeinrichtung 11 auch um eine im wesentlichen vertikale Achse drehbar sein, so dass mit lediglich einem Lichtleiter 12 dennoch verschiedene Punkte am Umfang des Kegels 3a gemessen werden könnten. Des weiteren ist auch ein um eine im wesentlichen horizontale Achse kippbare Halteeinrichtung 11 möglich. In einer weiteren Ausführungsform könnten auch mehrere in vertikaler Richtung übereinander angeordnete Lichtleiter 12 vorgesehen sein, sodass sich für jeden der Lichtleiter 12 ein unterschiedlicher Abstand zu dem Kegel 3a ergibt. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Halteeinrichtung 11 schließt eine halbkreisförmige Ausbildung derselben ein, wobei selbstverständlich auch andere Geometrien zum Einsatz kommen können. Auch Kombinationen der unterschiedlichen Ausführungsformen der Halteeinrichtung 11 sind möglich.
Im Unterschied zu dem in 3 vergrößert dargestellten Lichtleiter 12 könnte dieser auch ein Faserbündel, d.h. mehrere Beleuchtungsfasern 13 und/oder mehrere Detektionsfasern 14 aufweisen, wobei insbesondere eine Ausführungsform mit einer Beleuchtungsfaser 13 und mehrerer Detektionsfasern 14 zu bevorzugen ist, da auf diese Weise eine größere Flexibilität hinsichtlich des Aussendens der optischen Strahlung gegeben ist.

Claims

Vorrichtung zur Ermittlung bestimmter Eigenschaften eines schüttfähigen Guts, welches sich in Form eines Kegels auf einem im wesentlichen ebenen Teller befindet, gekennzeichnet durch wenigstens einen an einer Halteeinrichtung (11) angebrachten optischen Lichtleiter (12), welcher wenigstens eine Beleuchtungsfaser (13) und wenigstens eine Detektionsfaser (14) aufweist, wobei die Beleuchtungsfaser (13) optische Strahlung zu dem Kegel (3a) sendet, und wobei die Detektionsfaser (14) so angeordnet ist, dass sie die von dem Kegel (3a) reflektierte optische Strahlung empfängt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine optische Lichtleiter (12) so angeordnet ist, dass die optische Strahlung wenigstens annähernd senkrecht auf den Kegel (3a) auftrifft.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Halteeinrichtung (11) mehrere Lichtleiter (12) derart angebracht sind, dass sie den Kegel (3a) zumindest teilweise umgeben.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (11) in vertikaler Richtung verstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (11) um eine im wesentlichen vertikale Achse drehbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (11) um eine im wesentlichen horizontale Achse kippbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (11) wenigstens annähernd halbkreisförmig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Lichtleiter (12) so ausgebildet ist, dass mit demselben eine UV-VIS-Spektroskopie durchführbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Lichtleiter (12) so ausgebildet ist, dass mit demselben eine NIR-Spektroskopie durchführbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Lichtleiter (12) so ausgebildet ist, dass mit demselben eine Fluoreszenz-Spektroskopie durchführbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Lichtleiter (12) so ausgebildet ist, dass mit demselben eine Raman-Spektroskopie durchführbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (12) mehrere Beleuchtungsfasern (13) und/oder mehrere Detektionsfasern (14) aufweist.
Vorrichtung zur Ermittlung bestimmter Eigenschaften eines schüttfähigen Guts, mit einem Teller zur Aufnahme des schüttfähigen Guts in Form eines Kegels, mit wenigstens einer Einrichtung zur Ermittlung eines physikalischen Parameters, wie Fließzeit, Fließvolumen, Kegelvolumen, Kegelhöhe, Masse und/oder Dichte des schüttfähigen Guts, und mit einer Vorrichtung zur Ermittlung bestimmter Eigenschaften des schüttfähigen Guts nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des Tellers (6) eine Halteeinrichtung (11) zum Aufnehmen des schüttfähigen Guts (3) und zum Ausgeben desselben auf den Teller (6) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (11) für die wenigstens eine Lichtleitfaser (12) an der Halteeinrichtung (11) für das schüttfähige Gut (3) angebracht ist.