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Die
Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung zur
Messung der Strömungsgeschwindigkeit
von mittels einer Fördereinrichtung
gefördertem,
fließfähigem Schüttgut, mit
wenigstens zwei in Strömungsrichtung
unter einem vorgegebenen Abstand hintereinander angeordneten Sensoren,
welche zur Ermittlung von Änderungen
der Menge von die Sensoren passierendem Schüttgut ausgebildet sind, und
mit einer elektronischen Auswerteeinheit, welche zum Inbezugsetzen
der von den Sensoren ermittelten Mengenänderungen an Schüttgut derart
ausgebildet ist, daß sie
die mit dem Abstand der Sensoren korrespondierende Zeitdifferenz
der Mengenänderungen erfaßt. Die
Erfindung ist ferner auf eine Fördereinrichtung
zur Förderung
von fließfähigem Schüttgut gerichtet,
welche mit einer derartigen Meßvorrichtung ausgestattet
ist.
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Bei
der Förderung
von fließfähigen, d.
h. insbesondere Partikel- oder pulverförmigen Schüttgütern mittels Fördereinrichtungen,
wie Rüttelrinnen, Luftförderrinnen
und dergleichen, ist es häufig
erwünscht,
die Strömungsgeschwindigkeit
des Schüttgutes
zu ermitteln, welche – sofern
die geometri schen Abmessungen der Fördereinrichtung sowie die Füllhöhe des geförderten
Materials bekannt sind – in
den Volumenstrom oder – sofern
die Dichte des geförderten
Material bekannt ist – in
den Massenstrom umgerechnet werden kann. Hierbei finden gemäß dem Stand
der Technik kapazitive Meßmethoden
Anwendung, welche auf der Änderung
der Kapazität
eines Kondensators in Abhängigkeit
eines in diesen eingebrachten Dieelektrikums beruhen, wobei das
Dielektrikum das geförderte
Schüttgut
darstellt. Dabei sind in der Regel zwei mit Abstand hintereinander
angeordnete kapazitive Sensoren vorgesehen, welche zur Ermittlung
der Änderung
der Menge von die Sensoren passierendem Schüttgut ausgebildet sind, indem
das die Sensoren passierende Schüttgut die
Kapazität
der Sensoren verändert.
Eine elektronische Auswerteeinheit setzt die von den Sensoren ermittelten
Mengenänderungen
an Schüttgut
derart miteinander in Bezug, daß sie
die mit dem Abstand der Sensoren korrespondierende Zeitdifferenz
der Mengenänderungen
erfaßt,
so daß aus
dem Abstand a der Sensoren und der Zeit t, welche eine Mengenänderung,
also eine Mengeninhomogenität
des geförderten
Schüttgutes
benötigt,
um von dem ersten Sensor bis zu dem zweiten Sensor zu gelangen,
die Geschwindigkeit v = s/t des Schüttgutes ermittelt werden kann.
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Die
DE 30 49 019 A1 beschreibt
eine gattungsgemäße Vorrichtung
zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit
von in einer Förderrinne transportiertem,
fließfähigen Schüttgut, welche
zwei unter einem vorgegebenen Abstand entlang der Förderrinne
angeordnete Sensoren aufweist. Die Sensoren umfassen jeweils eine
oberhalb der Förderrinne angeordnete
erste Elektrode sowie eine im unteren Bereich derselben angeordnete
zweite Elektrode, welche die Platten eines Kondensators bilden und
die Meßstrecke
begrenzen. Die unteren Elek troden sind netzförmig ausgebildet, um von einer
unterhalb der Elektrode angeordneten Druckgasquelle erzeugte Druckluftimpulse
(das Schüttgut
wird also lokal fluidisiert) durchzulassen und somit eine Inhomogenität der Materialströmung zu
erhalten, deren Zeit gemessen wird, welche sie benötigt, um
die zwischen den Elektroden befindliche Wegstrecke zurückzulegen. Alternativ
kann die sensorisch zu erfassende Inhomogenität der Materialströmung auch
durch lokales Aufsprühen
elektrischer Ladungen auf das Schüttgut erzeugt werden, wobei
wiederum die Zeit gemessen wird, welche die Inhomogenität benötigt, um
die Wegstrecke zwischen den Elektroden zurückzulegen. Nachteilig ist einerseits
der relativ aufwendige und somit kostenintensive Aufbau der Meßvorrichtung,
welche neben den eigentlichen Sensoren und der zugehörigen Auswerteeinheit
notwendigerweise zusätzliche
Mittel zur Erzeugung von Inhomogenitäten in der Materialströmung erfordert,
seien sie fluidisch oder elektrisch. Ferner ist die Meßgenauigkeit begrenzt,
weil die in die Materialströmung
fluidisch oder elektrisch eingebrachten Inhomogenitäten notwendigerweise
nicht diskret sind, sondern eine mehr oder minder abgeflachte Peakform
aufweisen, so daß die
Sensoren die exakte Zeitdifferenz, welche das Schüttgut zum
Zurücklegen
der Meßstrecke
benötigt,
nicht exakt zu erfassen vermögen.
Darüber
hinaus gestaltet sich die Ausrüstung
bestehender Fördereinrichtung
mit einer solchen Meßvorrichtung
als arbeits- und materialaufwendig.
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Die
DE 1 798 182 A1 beschreibt
eine weitere gattungsgemäße Meßvorrichtung,
welche ein äußeres Aufbringen
von Inhomogenitäten
der Schüttgutströmung entbehrlich
macht, indem zufällige,
durch stets auftretende Mengenabweichungen bedingte Störungen bzw.
Inhomogenitäten
an zwei voneinander beabstandeten Meßstellen ermittelt und die
an den Meßstellen ermittelten
Störwerte
so miteinander in Beziehung gesetzt werden, daß sich ein Maß für die von
den betreffenden Störungen
zum Zurücklegen
der Meßstrecke
benötigte
Laufzeit ergibt. Die an den Meßstellen
vorgesehenen Sensoren sind wiederum kapazitiver Natur, wobei ein
Flächenausschnitt
der Wandung der – hier
rohrförmigen – Fördereinrichtung
von der übrigen
Rohrwand elektrisch isoliert ist und eine Kondensatorplatte bildet,
während
die andere Kondensatorplatte von der hiervon isolierten, übrigen Rohrwand
gebildet ist. Die Kondensatoren werden mit elektrischen Signalen
beaufschlagt, welche durch die der Schüttgutströmung immanenten Störungen bzw.
Inhomogenitäten
beeinflußt
werden, indem die Kapazität
der Kondensatoren durch diese Störungen
bzw. Inhomogenitäten
des sie passierenden Schüttgutes,
welches als Dielektrikum wirkt, verändert wird. Nachteilig ist
auch hier insbesondere der verhältnismäßig große Aufwand,
um eine bestehende Fördereinrichtung
mit einer solchen Meßvorrichtung
auszurüsten.
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Eine ähnliche
Vorrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit,
unter anderem von Schüttgütern, ist
der
WO 2005/075945
A2 zu entnehmen, wobei auch hier nach Art von Kondensatoren ausgestaltete
und sich um den Umfang der Materialströmung erstreckende Elektroden
vorgesehen, von welchen wenigstens eine als Empfangselektrode und wenigstens
zwei als stromab bzw. stromauf der Empfangselektrode angeordnete
Sendeelektroden ausgebildet sind, welche mit Wechselspannungssignalen
beaufschlagt werden, um den zeitlichen Versatz dieser Signale an
der Empfangselektrode zu messen. Letzteres geschieht mittels einer
zeitdiskreten Kreuzkorrelation. In Bezug auf die Nachteile gilt
weitestgehend das oben zur
DE
1 798 182 A1 Gesagte.
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Entsprechendes
gilt weitgehend für
eine aus der
US 4 509
366 A bekannte Vorrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit
von fließfähigem Schüttgut, welche
drei oder mehr, in Strömungsrichtung
betrachtet mit Abstand voneinander angeordnete Elektroden nach Art
von Plattenkondensatoren aufweisen kann.
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Die
JP 62-298 766 A beschreibt
eine Meßvorrichtung
zur Ermittlung der Rieselgeschwindigkeit von fließfähigem Schüttgut mit
zwei elektrostatischen Kapazitätssensoren,
welche in Bezug auf die Materialströmung hintereinander – bzw. in
Bezug auf das durch Gravitation rieselnde Schüttgut übereinander – angeordnet
sind. Die Sensoren sind zur Ermittlung einer Zeitdifferenz zwischen
Signalen derselben Wellenform ausgebildet, welche aus Mengenänderungen der
Materialströmung
resultiert. Die Sensoren sind hierbei an einem gemeinsamen Sensorträger in Form
eines in das Fallrohr des Schüttgutes
eingebrachten Stabes angeordnet, welcher folglich von der Materialströmung umspült wird.
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Darüber hinaus
ist es bekannt, die Strömungsgeschwindigkeit
von in einem Fluidstrom vorhandenen Partikeln, wie insbesondere
Ruß- oder
anderen Schadpartikeln aus Verbrennungsmotoren, in ähnlicher
Weise zu messen. So beschreibt beispielsweise die
US 7 275 415 B2 eine Vorrichtung
zur Messung des Partikelanteils in Gasströmungen, insbesondere in Abgasen
von Verbrennungsmotoren. Hierzu kann die Vorrichtung zwei mit Abstand
voneinander angeordnete Sensoren aufweisen, welche die mit ihrem
Abstand korrespondierende Zeitdifferenz von Mengenänderungen
sie passierender Partikel erfassen. Anstelle von zwei separaten
Sensoren können
dabei auch zwei unter einem vorgegebenen Abstand voneinander auf
einem gemeinsamen Träger angeordnete
Sensoren vor gesehen sein, deren Funktionsweise entsprechend ist.
Der
US 2002/0000810
A1 ist eine weitere Vorrichtung zur – in diesem Fall berührungsfreien – Messung
der Strömungsgeschwindigkeit
von in Dieselabgasen vorhandenen Partikeln entnehmbar, welche zwei
in Strömungsrichtung
hintereinander angeordnete Sensoren umfaßt. Letztere sind in einem
gemeinsamen Sensorträger
in Form eines Rohres untergebracht, welches in die Schüttgutströmung eintaucht.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßvorrichtung der eingangs genannten
Art auf einfache und kostengünstige
Weise dahingehend weiterzubilden, daß die vorgenannten Nachteile
zumindest weitestgehend vermieden werden. Sie ist ferner auf eine
mit einer solchen Meßvorrichtung
ausgestattete Fördereinrichtung
gerichtet.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe bei einer Meßvorrichtung
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Sensoren an einem gemeinsamen
Sensorträger
angeordnet sind, welcher derart in das geförderte Schüttgut einbringbar ist, daß die Sensoren
in die Schüttgutströmung eintauchen,
wobei an dem Sensorträger
ferner wenigstens ein Füllstandssensor
angeordnet ist, welcher sich über
zumindest einen im wesentlichen senkrecht zu der Schüttgutströmung angeordneten
Abschnitt des Sensorträgers
erstreckt.
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Die
erfindungsgemäße Ausgestaltung
bietet einerseits die Möglichkeit
einer äußerst einfachen und
kostengünstigen
Nachrüstung
von beliebigen Fördereinrichtungen
mit einer solchen Meßvorrichtung,
indem deren Sensorträger
an einer beliebigen Stelle entlang deren Verlaufes derart in die
Schüttgutströmung eingebracht
wird, daß die
Sensoren in diese eintauchen. Sofern die Fördereinrichtung nach oben offen
ausgebildet ist, kann dies mittels einfachster bekannter Halteeinrichtungen
geschehen; ist die Fördereinrichtung
geschlossen und z. B. im wesentlichen rohrförmig ausgestaltet, so muß lediglich
eine Öffnung
in dem Rohr angebracht werden, an welcher die Meßvorrichtung festgelegt werden
kann. Die Sensoren können
ferner sehr nahe, z. B. unter einem Abstand von wenigen Millimetern
bis wenige Zentimeter, voneinander an dem Sensorträger angeordnet werden,
so daß die
Meßvorrichtung
eine hohe Kompaktheit aufweist. Darüber hinaus sorgt der notwendigerweise
ebenfalls in die Schüttgutströmung eintauchende
Sensorträger
selbst, welcher folglich von dem Schüttgut umströmt wird, zuverlässig für einfach zu
erfassende Inhomogenitäten
der Schüttgutströmung infolge
seitlicher Ablenkung der Schüttgutpartikel,
wobei diese Inhomogenitäten
jedoch weitaus geringerer und diskreterer Natur sind als im Falle
einer Aufwirbelung derselben mit Druckluft oder eine Beaufschlagung
derselben mit elektrischen Ladungen, so daß eine sehr hohe Meßgenauigkeit
sichergestellt wird. In diesem Zusammenhang wurde auch gefunden,
daß auch
dann, wenn – wie
weiter unten noch näher
erläutert – die erfindungsgemäße Meßvorrichtung
von kapazitiven Sensoren Gebrauch macht, die Meßgenauigkeit dadurch in keiner
Weise beeinträchtigt
wird, daß das
Schüttgut
nicht, wie beispielsweise beim Stand der Technik gemäß der oben
zitierten
DE 1 798
182 A1 der Fall, zwischen den Platten eines Plattenkondensators
hindurchgeführt
wird, sondern, wie erfindungsgemäß vorgesehen,
an den jeweils auf dem Sensorträger
angeordneten Platten eines Plattenkondensators vorbeigeführt wird.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung
dahingehend, daß an
dem Sensorträger
ferner wenigstens ein Füllstandssensor
angeordnet ist, welcher sich über
zumindest einen im wesentlichen senkrecht zu der Schüttgutströmung angeordneten
Abschnitt des Sensorträgers erstreckt,
kann bei einer bekannten Geometrie der Fördereinrichtung zusätzlich der
Volumenstrom des Schüttgutes
ermittelt werden, wie es weiter unten noch näher erläutert ist.
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Um
für einen
möglichst
großflächigen Kontakt
des Schüttgutes
mit den Sensoren zu sorgen, kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen
sein, daß der
Sensorträger
im wesentlichen plattenförmig
ausgebildet ist und die Sensoren an wenigstens einer Oberfläche des
plattenförmigen Sensorträgers angeordnet
sind. In diesem Fall kann es ferner zweckmäßig sein, den etwa platten-
oder schwertförmigen
Sensorträger
unter einem endlichen Winkel, z. B. zwischen 0° und etwa 45°, vorzugsweise zwischen 0° und etwa
20°, wie
beispielsweise zwischen 0° und
etwa 10°,
seiner Plattenebene in Bezug auf die Schüttgutströmung in letzterer zu positionieren,
so daß die
Sensoren der Schüttgutströmung zugewandt
sind. Die Sensoren können
dabei vorzugsweise im Bereich des in die Schüttgutströmung eintauchenden freien Endes
des Sensorträgers
angeordnet sein.
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Ferner
kann es bei einer solchen Ausgestaltung des Sensorträgers im
Hinblick auf eine strömungstechnische
Optimierung desselben günstig sein,
wenn zumindest die mit den Sensoren versehene Oberfläche des
Sensorträgers – vorzugsweise
geringfügig – konvex
ausgestaltet ist. Überdies
kann zu demselben Zweck die der Schüttgutströmung zugewandte Stirnseite
des im wesentlichen plattenförmigen
Sensorträgers
spitz zulaufen, indem beispielsweise die beiden entgegengesetzten
Oberflächen des
Sensorträgers
schräg
abgefast sind, so daß der Sensorträger auch
im Falle eines sehr feinpartikulären,
pulvrigen Schüttgut
keinen Staupunkt für
dieses erzeugt.
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Die
Ermittlung der mit dem Abstand der Sensoren korrespondierenden Zeitdifferenz
der Mengenänderungen
an Schüttgut
kann im übrigen
auf beliebige bekannte Weise, z. B. mittels Kreuzkorrelation, erfolgen,
was durch die elektronische Auswerteeinheit geschehen kann.
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Um
die Meßgenauigkeit
der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung
weiter zu erhöhen,
kann gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung ferner vorgesehen sein, daß an dem
Sensorträger
wenigstens drei in Strömungsrichtung
unter einem vorgegebenen Abstand hintereinander angeordneten Sensoren angeordnet
sind, wobei die elektronische Auswerteeinheit zum Inbezugsetzen
einerseits der von einem ersten und von einem zweiten Sensor, andererseits der
von einem zweiten und von einem dritten Sensor ermittelten Mengenänderungen
an Schüttgut
derart ausgebildet ist, daß sie
die mit dem Abstand einerseits des ersten und zweiten Sensors, andererseits des
zweiten und dritten Sensors korrespondierende Zeitdifferenz der
Mengenänderungen
erfaßt.
Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, einen Mittelwert dieser
Zeitdifferenzen zu ermitteln, welcher unter Heranziehen des bekannten
Abstandes der Sensoren zur Ermittlung eines Mittelwertes der Strömungsgeschwindigkeit
des Schüttgutes
herangezogen werden kann. Der ”erste”, ”zweite” und ”dritte” Sensor
können,
wenn auch nicht notwendigerweise, unter demselben Abstand voneinander
angeordnet sein.
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Während die
Ermittlung des Volumenstromes des Schüttgutes mittels des wenigstens
einen an dem Sensorträger
angeordneten Füllstandssensors
grundsätzlich
auch mittels externer Einrichtungen, wie in geeigneter Weise programmtechnisch eingerichteter
elektronischer Datenverarbeitungseinheiten geschehen kann, sieht
eine vorteilhafte Ausgestaltung in diesem Zusammenhang vor, daß die Auswerteeinheit
zum Inbezugsetzen des mittels des Füllstandssensors ermittelten
Füllniveaus
des Schüttgutes
mit der mittels der Sensoren ermittelten Geschwindigkeit des Schüttgutes
ausgebildet ist, um hieraus mit Hilfe der bekannten geometrischen
Abmessungen der Fördereinrichtung
den Volumenstrom des Schüttgutes
in der Fördereinrichtung
zu ermitteln. Folglich ist es möglich,
mittels ein und derselben, kompakten Meßvorrichtung nicht nur die
Strömungsgeschwindigkeit
und die Füllhöhe, sondern auch
den Volumenstrom des Schüttgutes
zu erfassen, wie es mittels herkömmlicher
Meßvorrichtungen gemäß dem Stand
der Technik bislang nicht der Fall war.
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Während die
geometrischen Abmessungen einer oder mehrerer individueller Fördereinrichtungen
bereits in der Auswerteeinheit vorgespeichert sein können, sieht
eine bevorzugte Ausgestaltung vor, daß die Auswerteeinheit Mittel
zur Eingabe der geometrischen Abmessungen der Fördereinrichtung umfaßt, so daß die Meßvorrichtung
universell für
beliebige Fördereinrichtungen
verwendbar ist, um den hierin transportierten Volumenstrom an Schüttgut zu ermitteln.
So ist es beispielsweise möglich,
bei einer Fördereinrichtung
mit rechteckigem Förderquerschnitt
deren Breite B [m] einzugeben, so daß die Auswerteeinheit einerseits
anhand der sensorisch erfaßten
Füllhöhe H [m],
andererseits anhand der sensorisch erfaßten Schüttgutgeschwindigkeit v [m/s] den
Volumenstrom V [m3/s] gemäß der Formel V = B·H·vzu
ermitteln vermag.
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Darüber hinaus
kann, sofern gewünscht, selbstverständlich auch
der Massenstrom des Schüttgutes
ermittelt werden, was wiederum grundsätzlich mittels externer Einrichtungen,
wie in geeigneter Weise programmtechnisch eingerichteter elektronischer
Datenverarbeitungseinheiten geschehen kann, wobei jedoch vorzugsweise
vorgesehen sein kann, daß die
Auswerteeinheit zum Inbezugsetzen des mittels des wenigstens einen
Füllstandssensors ermittelten
Füllniveaus
des Schüttgutes
mit der mittels der Sensoren ermittelten Geschwindigkeit des Schüttgutes
derart ausgebildet ist, um hieraus mit Hilfe der bekannten geometrischen
Abmessungen der Fördereinrichtung
sowie der bekannten Dichte des Schüttgutes den Massenstrom des
Schüttgutes
in der Fördereinrichtung
zu ermitteln. Die Auswerteeinheit weist folglich vorteilhafterweise
Mittel zur Eingabe der Dichte des Schüttgutes. Als Eingabemittel kommen
z. B. herkömmliche
Tastaturen, Spracheingabeeinrichtungen oder dergleichen in Betracht.
Die Auswerteeinheit kann vermag somit einerseits anhand der sensorisch
erfaßten
Füllhöhe H [m],
andererseits anhand der sensorisch erfaßten Schüttgutgeschwindigkeit v [m/s]
nicht nur den Volumenstrom V [m3/s] anhand
der obigen Formel, sondern zusätzlich
anhand der Dichte ρ [kg/m3] des Schüttgutes auch den Massenstrom
M [kg/s] gemäß der Formel M = B·H·v·ρ (wiederum
im Falle einer Fördereinrichtung
mit rechteckigem Querschnitt) zu ermitteln. Wie bereits erwähnt, ist
es indes aber selbstverständlich
auch denkbar, daß die
erfindungsgemäße Meßvorrichtung lediglich
die Schüttgutgeschwindigkeit
oder sowohl diese als auch die Füllhöhe des Schüttgutes
getrennt voneinander ermittelt und hieraus der Volumen- und/oder
der Massenstrom des Schüttgutes
mittels externer, an sich bekannter elektronischer Einrichtungen,
wie Computern, ermittelt wird.
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Der
wenigstens eine Füllstandssensor
erstreckt sich zweckmäßig zumindest über einen
im Bereich des freien Endes des Sensorträgers angeordneten, im wesentlichen
senkrecht zu der Schüttgutströmung angeordneten
Abschnitt des Sensorträgers,
insbesondere über
im wesentlichen dessen gesamte Höhe,
um einen praktisch beliebigen Füllstand des
in der Fördereinrichtung
transportierten Schüttgutes
erfassen zu können.
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Um
für eine
besonders hohe Meßgenauigkeit
der Füllhöhe des Schüttgutes
zu sorgen, kann vorgesehen sein, daß an dem Sensorträger wenigstens
ein Referenzsensor vorgesehen ist, wobei der Sensorträger derart
in das geförderte
Schüttgut
einbringbar ist, daß der
Referenzsensor nicht in die Schüttgutströmung eintaucht.
Der Referenzsensor kann hierbei insbesondere im Bereich des nicht
in die Schüttgutströmung eintauchenden,
dem freien Ende desselben entgegengesetzten Ende des Sensorträgers angeordnet
sein. Auf diese Weise können
etwaige, das Meßergebnis
des Füllstandssensors
beeinflussende Parameter in der Fördereinrichtung, wie beispielsweise
Temperatur, Feuchtigkeit oder dergleichen, eliminiert werden, so
daß das
Meßergebnis unabhängig von
solchen Parametern ist und folglich eine höhere Genauigkeit besitzt. Der
Referenzsensor sollte dabei vorzugsweise auf demselben Meßprinzip wie
der Füllstandssensor
beruhen, wobei die Auswerteeinheit durch Inbezugsetzen der Signale
des Füllstandssensors
und des Referenzsensors die genannten Störfaktoren zumindest weitestgehend
eliminieren kann.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann zu demselben Zweck eine Mehrzahl an im wesentlichen senkrecht
zu der Schüttgutströmung übereinander
angeordneter Füllstandssensoren
vorgesehen sein. In diesem Fall muß ein jeder Füllstandssensor
nicht notwendigerweise ein quantitatives Ergebnis liefern, sondern
kann es z. B. ausreichen, wenn jeder Sensor lediglich eine ”Ja/Nein-Information” dahingehend
liefert, ob der jeweilige Sensor mit dem Schüttgut in Kontakt steht oder
nicht. Die Füllhöhe des Schüttgutes
ergibt sich dann aus dem Abstand des oberen mit dem Schüttgut in
Kontakt stehenden Füllstandssensors
der – wiederum
unter einem bekannten Abstand voneinander angeordneten, mehreren – Füllstandssensoren
von dem Boden der Fördereinrichtung.
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Die
zur Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit
dienenden Sensoren und/oder der/die Füllstandssensor(en) und gegebenenfalls
der Referenzsensor können
grundsätzlich
von beliebigen bekannten Sensoren gebildet sein, welche die ihnen
zugedachte Funktion zu erfüllen
vermögen.
So kann gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform
vorgesehen sein, daß die
Sensoren und/oder der/die Füllstandssensor(en)
und gegebenenfalls der Referenzsensor von mit elektrischer Spannung
beaufschlagbaren, elektrisch voneinander isolierten Elektroden gebildet
sind, so daß zwischen
den Elektroden eines jeden Sensors (Geschwindigkeits-/Füllstandssensors)
ein elektrisches Meßfeld
vorhanden sind, dessen Stärke
sich in Abhängigkeit
der den jeweiligen Sensor passierenden Menge an Schüttgut verändert. Bei
dem Meßfeld
handelt es sich zweckmäßig um ein Wechselfeld,
welches durch Anlegen einer elektrischen Wechselspannung an die
Elektroden erzeugt werden kann. Die Elektroden der Sensoren und/oder Füllstandssensoren
wie auch des Referenzsensors können
dabei im wesentlichen plattenförmig
ausgebildet sein, um nach Art eines Plattenkondensators eine möglichst
hohe Ladung aufnehmen zu können und
ein möglichst
breites Meßfeld
zu erzeugen.
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Ferner
ist es im Hinblick auf eine konstruktiv einfache Ausgestaltung der
Meßvorrichtung
möglich, daß die wenigstens
zwei oder mehr Sensoren eine gemeinsame Elektrode sowie jeweils
eine separate Elektrode aufweisen, wobei die separaten Elektroden der
Sensoren sowohl untereinander als auch von der gemeinsamen Elektrode
elektrisch isoliert sind. Entsprechendes gilt für den Fall einer Mehrzahl an
im wesentlichen senkrecht zu der Schüttgutströmung übereinander angeordneter Füllstandssensoren.
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Statt
dessen kann beispielsweise auch vorgesehen sein, daß die Sensoren
und/oder der/die Füllstandssensor(en)
von elektrisch voneinander isolierten triboelektrischen Sensoren
gebildet sind, deren Meßprinzip
auf einem Elektronenübergang
zwischen dem an den Sensoren vorbeigeförderten und mit diesen in Kontakt
tretenden Schüttgut
und den Sensoren selbst beruht.
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An
dem dem freien Ende des Sensorträgers entgegengesetzten
Ende desselben kann vorzugsweise eine Halterung angeordnet sein,
welche zum Festlegen der Meßvorrichtung
an der Fördereinrichtung,
z. B. zum Festlegen an einem Rohrflansch derselben, ausgebildet
ist. Der Sensorträger
ist dabei be vorzugt höhenverlagerbar,
insbesondere teleskopierbar, an der Halterung festgelegt, um die
Meßvorrichtung
sicher und zuverlässig
derart an der Fördereinrichtung
befestigen zu können,
daß die
zur Geschwindigkeitsmessung dienenden Sensoren in die Schüttgutströmung eintauchen
und – im
Falle des Vorhandenseins zusätzlicher
Füllstandssensoren – die Füllstandssensoren
in dem geeigneten – vorherbestimmten
oder wählbaren – Abstand
von dem Boden der Fördereinrichtung
positionieren zu können. Darüber hinaus
kann der Sensorträger
vorzugsweise drehbar an der Halterung festgelegt sein, um, wie bereits
angedeutet, eine zumindest geringfügige Schrägstellung des Sensorträgers bezüglich der Strömungsrichtung
des Schüttgutes
einstellen zu können.
Indes kann die Positionierung der Meßvorrichtung in Bezug auf die
Fördereinrichtung
selbstverständlich
auch durch geeignete separate Befestigungsmittel beliebiger bekannter
Art geschehen. Um für
eine einfache Wartung zu sorgen, kann der Sensorträger ferner
auswechselbar an der Halterung festgelegt sein.
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Die
mit einer solchen Meßvorrichtung
ausgestattete erfindungsgemäße Fördereinrichtung
kann im übrigen
ebenfalls von beliebiger bekannter Art und beispielsweise in Form
einer Luftförderrinne
ausgebildet sein.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine
schematische perspektivische Ansicht einer mit einer Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Meßvorrichtung
ausgestatteten Fördereinrichtung
in Form einer Luftförderrinne;
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2 eine
der 1 entsprechende Ansicht der mit der Meßvorrichtung
ausgestatteten Fördereinrichtung
in geschnittener Darstellung;
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3 eine
schematische Seitenansicht der Meßvorrichtung gemäß 1 und 2;
und
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4 eine
schematische perspektivische Detailansicht des Sensorträgers der
Meßvorrichtung gemäß 1 bis 3 mit
kapazitiven Sensoren.
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In 1 ist
eine Fördereinrichtung 1 in
Form einer Luftförderrinne
wiedergegeben, welche beim vorliegenden Ausführungsbeispiel allseitig von
Wandungen umschlossen ist. Der Querschnitt der Fördereinrichtung kann rechteckig
sein oder eine beliebige andere Form besitzen. Im Innern der Fördereinrichtung 1 ist
zwischen der oberen und den seitlichen Wandungen derselben und einerseits
ein Transportkanal 2 gebildet, in welchem das zu fördernde
Schüttgut
(nicht dargestellt) längs
der Fördereinrichtung 1 transportiert
wird. Der Boden des Transportkanals 2 ist von einem gasdurchlässigen Einsatz 3,
z. B. in Form eines Textils, wie einem Gewebetuch, gebildet, welches
an den seitlichen Wandungen des Transportkanals 2 befestigt
ist und sich zwischen diesen erstreckt. Der Einsatz 3 trennt
den Transportkanal 2 von einem unterhalb desselben befindlichen
Luftkanal 4 ab, welcher mit Überdruck beaufschlagbar ist (nicht
gezeigt), um die Reibung des in dem Transportkanal 2 geförderten
Schüttgutes
auf dem Einsatz 3 zu vermindern. Die Förderung des Schüttgutes
erfolgt dabei in der Regel rein infolge Gravitation, d. h. durch
eine geneigte Anordnung der Fördereinrichtung,
wobei die in dem Luftkanal 4 unter Überdruck ste hende Luft durch
den porösen
Einsatz 3 hindurch auch in das Schüttgut eindringt, so daß letzteres
mit Luft angereichert und die Reibung der Schüttgutpartikel untereinander
vermindert wird.
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Wie
insbesondere auch aus 2 und 3 ersichtlich,
ist die Fördereinrichtung 1 mit
einer Meßvorrichtung 10 zur
Messung sowohl der Strömungsgeschwindigkeit
des Schüttgutes
als auch dessen Füllstand
in der Fördereinrichtung 1 ausgestattet, welche
im vorliegenden Fall an einem an der oberen Wandung der Fördereinrichtung 1 angeordneten Rohrstutzen 5 festgelegt
ist. Die Meßvorrichtung 10 umfaßt einen
im wesentlichen platten- oder schwertförmigen Sensorträger 11,
dessen Sensoren weiter unten unter Bezugnahme auf 4 näher erläutert sind,
welcher in die Schüttgutströmung hineinragt, wobei
die Meßvorrichtung 10 vorzugsweise
derart – in
vorteilhafter Ausgestaltung staubdicht – an dem Rohrstutzen 5 befestigt
ist, daß sich
das freie Ende 11a unmittelbar oberhalb des Einsatzes 3 befindet. Der
plattenförmige
Sensorträger 11 kann
dabei parallel zu den seitlichen Wandungen der Fördereinrichtung 1 oder
auch demgegenüber
geringfügig,
z. B. um einen Winkel von etwa 5° bis
10°, geneigt
ausgerichtet sind, so daß das
geförderte
Schüttgut
auf die Sensoren (4) auftrifft. Der Sensorträger 11 ist zweckmäßig aus
einem Material gefertigt oder mit einem solchen beschichtet, welches
sowohl möglichst verschleißfest ist
als auch antihaftende Eigenschaften besitzt, z. B. glas- und/oder
karbonfaserverstärkte
Kunststoffe, wie beispielsweise Polytetrafluorethylen. Darüber hinaus
kann eine an sich bekannte Verschleißanzeige vorgesehen sein.
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Die
Meßvorrichtung 10 umfaßt ferner
eine Halterung 12, an welcher das dem freien Ende 11a des
Sensorträgers 11 entge gengesetzte
Ende befestigt ist und welche zum Festlegen der Meßvorrichtung 10 an
dem Rohrstutzen 5 dient. Die Halterung 12 kann
dabei z. B. zwei relativ zueinander verschiebliche, teleskopierbare
Teile 12a, 12b umfassen, so daß der Sensorträger 11 hieran
höhenverlagerbar angeordnet
ist und letzterer auf dem gewünschten Höhenniveau
in Bezug auf die jeweilige Fördereinrichtung 1 positionierbar
ist. Die Teile 12a, 12b können darüber hinaus relativ zueinander
drehbar sein, um den Sensorträger 11 unter
einem gewünschten Winkel
in Bezug auf die Schüttgutströmung auszurichten.
Darüber
hinaus kann der Sensorträger 11 vorzugsweise
auswechselbar an der Halterung 12 befestigt sein, was beispielsweise
durch einfache Steckkontakte, gegebenenfalls in Verbindung mit einer
mechanischen Arretierung (nicht dargestellt), geschehen kann.
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An
die dem Sensorträger 11 abgewandte Seite
der Halterung 12 der Meßvorrichtung 10 schließt sich
ein Gehäuse 13 an,
welches zur Aufnahme einer elektronischen Auswerteeinheit (nicht gezeigt),
z. B. in Form einer elektronischen Datenverarbeitungseinheit dient,
um aus den sensorisch erfaßten
Daten die Strömungsgeschwindigkeit
sowie die Füllhöhe des geförderten
Schüttgutes
zu ermitteln. Die Auswerteeinheit kann ferner eine Anzeigeeinheit,
wie ein Display, einen Wechselspannungsgenerator zur Versorgung
der Sensoren (siehe hierzu weiter unten unter Bezugnahme auf 4)
sowie Eingabemittel, wie eine Tastatur, aufweisen, um z. B. die
geometrischen Abmessungen der jeweiligen Fördereinrichtung 1,
die Dichte des geförderten
Schüttgutes
oder weitere Parameter, eingeben zu können, so daß die Meßvorrichtung 10 in
der Lage ist, aus den sensorisch erfaßten Daten weitere Parameter
zu ermitteln, wie den Volumenstrom oder den Massenstrom des geförderten
Schüttgutes.
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Wie
der
4 zu entnehmen ist, ist an dem Sensorträger
11 im
Bereich dessen freien – unteren – Endes
eine erste Anordnung von Sensoren
20a,
20b,
20c angebracht,
welche unter einem vorgegebenen Abstand – hier z. B. etwa 1 cm – voneinander
und in Strömungsrichtung
hintereinander angeordnet sind und zur Ermittlung von geringfügigen Änderungen der
Menge (auch solchen Mengenänderungen,
welche von dem in die Schüttgutströmung eingreifenden Sensorträger
11 verursacht
werden) von dem die Sensoren
20a,
20b,
20c passierenden
Schüttgut ausgebildet
sind. Die Auswerteeinheit setzt die von den Sensoren
20a,
20b,
20c ermittelten
Mengenänderungen
an Schüttgut
derart miteinander in Bezug, daß sie
die mit dem vorgegebenen Abstand der Sensoren
20a,
20b,
20c korrespondierende
Zeitdifferenz der Mengenänderungen
erfaßt
(d. h. die Auswerteeinheit vergleicht die von den Sensoren erfaßten Mengenänderungen,
um feststellen zu können,
wann die z. B. von dem Sensor
20c registrierte Mengenänderung
von dem Sensor
20b registriert wird, wie es als solches
z. B. weitgehend aus der eingangs zitierten
DE 1 798 182 A1 bekannt
ist) und hieraus die Geschwindigkeit des Schüttgutes (Abstand pro Zeit)
ermittelt. Sind mehr als zwei – hier
drei – Sensoren
20a,
20b,
20c vorgesehen,
so besteht überdies
die Möglichkeit
einer Erhöhung
der Genauigkeit des Meßergebnisses,
indem die elektronische Auswerteeinheit z. B. sowohl die von einem
ersten und einem zweiten Sensor (z. B. von den Sensoren
20c und
20b)
als auch die von einem zweiten und einem dritten Sensor (z. B. von
den Sensoren
20b und
20a oder auch
20c und
20a)
ermittelten Mengenänderungen
miteinander in Bezug setzt und aus den unter Heranziehen der bekannten
Abstände
der jeweiligen Sensoren ermittelten Zeitdifferenzen einen Mittelwert
bildet, was beispielsweise durch das bekannte Verfahren der Kreuzkorrelation
erfolgen kann.
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Zusätzlich zu
den Geschwindigkeitssensoren 20a, 20b, 20c ist
an dem Sensorträger 11 beim vorliegenden
Ausführungsbeispiel
ein Füllstandssensor 21 zur
Ermittlung der Füllhöhe des Schüttgutes
in der Fördereinrichtung 1 angeordnet,
welcher sich von dem Niveau der Geschwindigkeitssensoren 20a, 20b, 20b im
Bereich des freien Endes 11a des Sensorträgers 11 bis
in den Bereich dessen entgegengesetzten Endes erstreckt. Wie bereits
erwähnt,
können
die von dem Füllstandssensor 21 gelieferten
Informationen über
die Füllhöhe in Verbindung
mit dem von dem Sensoren 20a, 20b, 20c gelieferten
Informationen über
die Schüttgutgeschwindigkeit,
sofern gewünscht,
mittels der Auswerteeinheit oder externer Datenverarbeitungseinheiten
in zusätzliche
Informationen in Bezug auf den Volumen- oder Massenstrom des Schüttgutes
umgerechnet werden.
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Sowohl
die Geschwindigkeitssensoren 20a, 20b, 20c als
auch der Füllstandssensor 21 weisen beim
vorliegenden Ausführungsbeispiel
jeweils zwei elektrisch voneinander isolierten, im wesentlichen plattenförmige Elektroden
E1, E2 auf, welche mit einer vorzugsweise hochfrequenten elektrischen Wechselspannung,
insbesondere mit wenigstens etwa 50 Hz, beaufschlagbar sind, so
daß die
Elektroden E1, E2 als Platten eines Kondensators wirken, dessen
Platten aber nicht, wie bei einem Plattenkondensator üblich, einander
gegenüberliegend,
sondern parallel zueinander angeordnet sind. Gleichwohl wirkt das
an den Elektroden E1, E2 vorbeiströmende Schüttgut nach Art eines Dielektrikums,
welches das in 4 mit von den Elektroden E2
zu den Elektroden E1 verlaufenden Feldlinien angedeutete elektrische
Feld F be einflußt.
Die Erzeugung des elektrischen Meßfeldes geschieht erfindungsgemäß folglich
unmittelbar in der Schüttgutströmung, wobei es
je nach Menge an das Feld durchsetzendem Schüttgut verstärkt bzw. abgeschwächt wird.
Im Hinblick auf einen konstruktiv einfachen Aufbau können z.
B. alle Geschwindigkeitssensoren 20a, 20b, 20c eine
gemeinsame Elektrode E1 sowie jeweils nur eine separate, d. h. hiervon
elektrisch isolierte Elektrode E2 umfassen.
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Was
den Füllstandssensor 21 betrifft,
so erstrecken sich dessen plattenförmigen Elektroden E1, E2 beim
gezeigten Ausführungsbeispiel über im wesentlichen
die gesamte Höhe
des Sensorträgers 11, wobei
derjenige Bereich des elektrischen Feldes F, welcher von dem wiederum
nach Art eines Dielektrikums wirkenden Schüttgutes durchsetzt wird, die Füllhöhe des Schüttgutes
repräsentiert.
Um für
eine hohe Meßgenauigkeit
des Füllstandssensors 21 zu sorgen,
kann diesem ein zweckmäßig auf
demselben Meßprinzip
beruhender Referenzsensor 22 zugeordnet sein, welcher im
Bereich des oberen, dem freien Ende 11a des Sensorträgers 11 abgewandten
Ende oberhalb des Füllstandssensors 21 angeordnet
ist. Der Referenzsensor 22 umfaßt seinerseits zwei etwa plattenförmige Elektroden
und ist ebenfalls mit einer elektrischen Wechselspannung beaufschlagbar. Wird
folglich das von dem Schüttgut
beeinflußte
Signal des Füllstandssensors 21 mit
dem nicht von dem Schüttgut
beeinflußten
Signal des Referenzsensors 22 von der Auswerteeinheit in
Beziehung gesetzt (z. B. durch ein einfaches Subtraktionsverfahren),
so lassen sich Parameter, welche das Meßergebnis des Füllstandssensors 21 beeinflussen
können,
wie beispielsweise Temperatur, Feuchtigkeit oder dergleichen, eliminieren,
um auf diese Weise zu einem exakten Meßergebnis der Füllhöhe des Schütt gutes
in der Fördereinrichtung 1 unabhängig von
solchen Parametern zu gelangen.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann der Füllstandssensor 21 von
einer Mehrzahl an übereinander
angeordneten Sensoren gebildet sein (nicht gezeigt), deren Aufbau
z. B. im wesentlichen etwa dem der Geschwindigkeitssensoren 20a, 20b, 20c,
nur in einer Abfolge etwa senkrecht zur Schüttgutströmung, entsprechen kann. Bei
einer solchen Ausgestaltung ist es möglich, daß jeder Sensor lediglich qualitativ ermittelt,
ob er mit dem als Dielektrikum wirkenden Schüttgut in Berührung steht
oder nicht, wobei die Füllhöhe des Schüttgutes
dem Höhenniveau
des oberen, gerade noch mit dem Schüttgut in Kontakt stehenden
Sensor entspricht. In diesem Zusammenhang sei indes darauf hingewiesen,
daß die
Erfindung nicht auf die Verwendung von kapazitiven Sensoren beschränkt ist,
sondern auch beliebige andere bekannte Sensoren eingesetzt werden
können,
welche die ihnen zugedachte Funktion zu erfüllen vermögen, wie beispielsweise, wenn
auch nicht ausschließlich,
triboelektrische Sensoren. Darüber
hinaus müssen
sämtliche
Sensoren 20a, 20b, 20c, 21, 22 nicht
notwendigerweise an einer Seite des Sensorträgers 11 angeordnet
sein, wobei die Seite(n) insbesondere auch geringfügig konvex
nach außen
gewölbt
sein kann/können
(nicht zeichnerisch dargestellt) und beide Seiten des Sensorträgers 11 in
Richtung des anströmenden
Schüttgutes
spitz zulaufen können
(ebenfalls nicht dargestellt), um das Schüttgut nicht lokal zu stauen
und eine einwandfreie Umströmung
der auf dem Sensorträger 11 angeordneten Sensoren 20a, 20b, 20c, 21 zu
gewährleisten.