DE102009039910A1

DE102009039910A1 - Vorrichtung zum Messen des Füllstandes und der Oberflächenbeschaffenheit des Füllgutes in einer Zentrifuge

Info

Publication number: DE102009039910A1
Application number: DE102009039910A
Authority: DE
Inventors: Johannes Feller; Dieter Scherer; Otto Büttner-Jacobs
Original assignee: KMPT AG
Current assignee: KMPT AG
Priority date: 2009-09-03
Filing date: 2009-09-03
Publication date: 2011-03-10

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen des Füllstandes in einer Zentrifuge mit einer in der Zentrifugentrommel über einen Antrieb bewegbaren Fühlvorrichtung.
Um zuverlässig die Oberflächenbeschaffenheit des Füllgutes als auch die Füllstandshöhe in der Zentrifuge messen zu können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass über die Füllvorrichtung die Oberflächenbeschaffenheit des Füllgutes gemessen wird und dass der Antrieb (39) mit der Füllvorrichtung (31) über ein lösbares Element verbunden ist, das gelöst wird, wenn ein vorgegebener mechanischer Widerstand auf die Füllvorrichtung (31) ausgeübt wird.
Erfindungsgemäß wird somit eine einheitliche Vorrichtung zur Ermittllung beider Größen, sowohl des Füllstandes als auch der Oberflächenbeschaffenheit, verwendet, die Messung wird aber entkoppelt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen des Füllstandes der Oberflächenbeschaffenheit des Füllgutes in einer Zentrifuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 39 25 198 C2 bekannt. Bei der bekannten Vorrichtung wird eine Fühlvorrichtung in der Zentrifugentrommel zur Oberfläche des Füllgutes hin verschwenkt, der Schwingungszustand der Fühlvorrichtung, wird überwacht, und aus dem Schwingungszustand wird auf die Oberflächenbeschaffenheit des Füllgutes geschlossen. Dabei wird der Schwingungszustand beispielsweise aus einer Bewegungsmessung oder einer Winkelmessung ermittelt, wobei gleichzeitig die Füllstandshöhe erfasst werden kann.
Bei dem bekannten System ergibt sich das Problem, dass zur Messung des Schwingungszustandes eine endliche Messzeit benötigt wird, wodurch die Genauigkeit der Positionsmessung der Fühlvorrichtung zur Ermittlung des Füllstandes beeinträchtigt wird, d. h. beide Größen nicht gleichzeitig mit ausreichender Genauigkeit gemessen werden können.
Aus der DE 44 28 127 A1 ist eine Vorrichtung zur Messung der Füllstandshöhe in einer Zentrifuge bekannt, wobei zwischen einer Fühlvorrichtung und dem Antrieb der Fühlvorrichtung eine Rutschkupplung vorgesehen ist, die sich selbstständig löst, wenn die Fühlvorrichtung die Oberfläche des Füllgutes erreicht hat, wobei das Lösen der Rutschkupplung als Signal zur Ermittlung der Füllstandshöhe verwendet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine Vorrichtung anzugeben, mit der zuverlässig die Oberflächenbeschaffenheiten des Füllgutes als auch die Füllstandhöhe ermittelt werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Patentanspruchs 1; die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, eine einheitliche Vorrichtung zur Ermittlung beider Größen, des Füllstandes als auch der Oberflächenbeschaffenheit, zu Verwenden, die Messungen aber zu entkoppeln. Dazu ist zwischen dem Antrieb der Fühlvorrichtung und der Fühlvorrichtung ein in eine Richtung formschlüssiges und in eine andere Richtung lösbares Element vorgesehen, das ausgelöst wird, wenn die Fühlvorrichtung die Oberfläche des Füllgutes erreicht. Durch das Auslösen des formschlüssigen Elementes kann einerseits die Füllstandshöhe zuverlässig ermittelt werden, andererseits über den Schwingungszustand der Fühlvorrichtung in einer endlichen Messdauer die Oberflächenbeschaffenheit ermittelt werden.
Das formschlüssige Element kann beispielsweise als eine Stützhebelvorrichtung ausgeführt sein.
Vorzugsweise wir die Kraft für die Zustellung der Fühlvorrichtung und für den Kontakt mit der Oberfläche des Füllgutes über die Gewichtskraft der Fühlvorrichtung erzeugt. Alternativ kann die Zustellung und die Herstellung des Kontaktes mit der Oberfläche des Füllgutes auch mit einer Federeinrichtung ausgeführt werden.
Als alternative Variante ist zwischen dem Antrieb der Fühlvorrichtung und der Fühlvorrichtung ein kraftschlüssiges Element vorgesehen, das ausgelöst wird, wenn die Fühlvorrichtung die Oberfläche des Füllgutes erreicht.
Das kraftschlüssige Element kann beispielsweise als Rastverbindung oder Magneteinrichtung ausgebildet sein.
Auch hier wird die Gewichtskraft der Fühlvorrichtung oder eine Federeinrichtung vorgesehen, die nach dem Auslösen des kraftschlüssigen Elementes die Fühlvorrichtung in Kontakt mit der Oberfläche des Füllgutes hält.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Fühlvorrichtung an einer Schwenkwelle angeordnet, die über das formschlüssige oder das kraftschlüssige Element mit einer Antriebswelle verbunden ist.
Dabei können die Antriebswelle und die Schwenkwelle zusätzlich über eine Federeinrichtung miteinander verbunden sein.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Dabei zeigen
1 eine schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
2 eine Seitenschnittdarstellung der formschlüssigen Ausführung entsprechend der Linie A-A und der Linie B-B der 1.
3 eine Seitenschnittdarstellung der kraftschlüssigen Ausführung entsprechend der Linie A-A der 1.
Gemäß 1 umfasst eine Zentrifugentrommel 1 in an sich bekannter Weise ein Drainagegewebe 2 und Filtermittel 3, auf denen sich ein Filterkuchen 4, dessen Oberfläche mit 5 bezeichnet ist, aufbaut. Oberhalb des Filterkuchens 4 ist eine zu trennende Suspension/Flüssigkeit 6 dargestellt, deren Oberfläche mit 7 bezeichnet ist.
Die Zentrifugentrommel 1 ist in einem Gehäuse 10 aufgenommen, an dem ein Füllstandsmesssystem 20 mittels eines Flansches 21 angebracht ist.
In einem Gehäuse 22 des Füllstandsmesssystems ist auf einer Welle 32 eine Fühlvorrichtung 31 in Form eines Schwenkarms und einer Kufe befestigt. Durch Schwenkung der Welle 32 kann die Kufe der Fühlvorrichtung 31 in Kontakt mit der Oberfläche 7 innerhalb der Zentrifugentrommel gebracht werden.
Die Schwenkwelle 32 ist über Lager 33 in einer hohlen Antriebswelle 37 gelagert, die ihrerseits über Lager 36 am Gehäuse 22 gelagert ist. Die Antriebswelle 37 wird über einen Hebel 38 von einem Schwenkantrieb angetrieben. Die momentane Winkelposition der Schwenkwelle 32 wird über ein Winkelmesssystem 34, das mit einem Anschlagwinkel 35 zur Winkelmessung zusammenwirkt, angezeigt.
Wie aus 2 ersichtlich wird, ist die Schwenkwelle 32 mit der Antriebswelle 37 über ein in einer Richtung formschlüssiges Element 40 verbunden. Das Formschlüssige Element besteht aus einem an der Antriebswelle angeordneten Hebel/Anschlag 42 und einem damit zusammenwirkenden an der Schwenkwelle angeordneten Hebel/Anschlag 41. Der formschlüssige Zustand wir über einen Sensor 44 mit einem Halter 45 erfasst.
Zur Messung der Füllstandshöhe wird die Antriebswelle in Richtung des in 2 dargestellten Pfeils M (Uhrzeigerrichtung) verschwenkt, bis die Kufe der Fühlvorrichtung 31 die Oberfläche 7 des Füllgutes in der Zentrifugentrommel 1 erreicht. Das Formschlüssige Element trägt die Gewichtskraft der Fühlvorrichtung 31, bis durch das Schwenken der Antriebswelle die Kufe die Oberfläche 7 des Füllgutes berührt. Dabei wird eine Gegenkraft auf die Kufe ausgeübt, die die Gewichtskraft der Fühlvorrichtung übersteigt und sich dadurch die Hebel des formschlüssigen Elementes voneinander lösen. Das Lösen dieser Verbindung wir über den Sensor 44 erfasst und ist ein Indikator für das Erreichen der Oberfläche 7 des Füllgutes und damit für den Füllstand in der Trommel; die entsprechende Winkelposition der Schwenkwelle wird durch das Winkelmesssystem 34 ermittelt.
Alternativ können die Antriebswelle und die Schwenkwelle über eine Feder 61 3 verbunden sein, die einerseits über eine Halterung 63 an der Schwenkwelle 32 befestigt ist, andererseits über eine Halterung 62 an der Antriebswelle 37.
Nach dem Lösen der Verbindung führt ein weiteres Verschwenken der Antriebswelle nicht unmittelbar zu einer Verschwenkung der Fühlvorrichtung 31. Die Aufpresskraft der Fühlvorrichtung in Richtung auf die Oberfläche 7 wird entweder durch die Gewichtskraft der Fühlvorrichtung oder durch die Kraft der Feder 61, die ihrerseits die Schwenkwelle 32 vorspannt, erzeugt.
In 3 ist eine andere Ausführung mit einem kraftschlüssigen Element 50 für die Erzeugung der Zustellbewegung dargestellt. Die Schwenkwelle 32 ist mit der Antriebswelle 37 über ein Magnetsystem verbunden, wobei an der Antriebswelle auf einem Halter 52 ein Teil des Magnetsystems 51 angebracht ist, das mit dem anderen Teil des Magnetsystems 51, das an dem Halter 53 mit der auf der Schwenkwelle verbunden ist, zusammenwirkt.
Des Weiteren sind die Antriebswelle und die Schwenkwelle über eine Feder 61 verbunden, die einerseits über eine Halterung 63 an der Schwenkwelle 32 befestigt ist, andererseits über eine Halterung 62 an der Antriebswelle 37.
Zur Messung der Füllstandshöhe wird die Antriebswelle in Richtung des in 2 dargestellten Falls (Uhrzeigerrichtung) verschwenkt, bis die Kufe der Fühlvorrichtung die Oberfläche 7 des Füllgutes in der Zentrifugentrommel 1 erreicht. Dabei wird eine Gegenkraft auf die Kufe ausgeübt, die die Haltekraft der Magnete 51, 53 übersteigt und sie voneinander löst. Das Lösen dieser Magnetverbindung wir über den Sensor 44 erfasst und ist ein Indikator für das Erreichen der Oberfläche 7 des Füllgutes und damit für den Füllstand in der Trommel; die entsprechende Winkelposition der Schenkachse wird durch das Winkelmesssystem 34 ermittelt.
Nach dem Lösen der Magnetverbindung führt ein weiteres Verschwenken der Antriebswelle nicht unmittelbar zu einer Verschwenkung der Fühlvorrichtung 31 sondern lediglich zu einer Belastung der Feder 61, die ihrerseits die Schwenkwelle 32 vorspannt und damit die Fühlvorrichtung in Richtung auf die Oberfläche 7 mit der definierten Federkraft vorspannt.
Die Fühlvorrichtung ist mit einer geeigneten Einrichtung (nicht dargestellt) zur Ermittlung des Schwingungszustandes der Fühlvorrichtung 31 versehen, die den Schwingungszustand der Fühlvorrichtung Kufe ermittelt und damit Rückschlüsse auf die Oberflächenbeschaffenheit des Füllgutes in der Zentrifugentrommel 1 ermöglicht. Die Einrichtung zur Ermittlung des Schwingungszustandes kann direkt mit der Fühlvorrichtung oder der Schwenkwelle verbunden sein oder aber indirekt über die Antriebswelle, das Gehäuse des Füllstandsmesssystem oder das Gehäuse/Türe der Zentrifuge. Erfindungsgemäß können somit die Messvorgänge für die Füllstandshöhe und die Oberflächenbeschaffenheit getrennt werden, und beide Messungen können mit der erforderlichen Genauigkeit durchgeführt werden.
Dies ist auch möglich, wenn die Fühlvorrichtung beim Befüllen der Zentrifugentrommel fest positioniert wird und durch den ansteigenden Füllstand ausgelöst wird.
Bezugszeichenliste

1: Zentrifugentrommel, hier Filtertrommel
2: Drainagegewebe
3: Filtermittel
4: Filterkuchen
5: Filterkuchenoberfläche
6: Suspension/Flüssigkeit
7: Innenoberfläche der Zentrifuge, Flüssigkeitsoberfläche
10: Gehäuse/Türe Zentrifuge
20: Gehäuse Füllstandsmesssystem
21: Flansch Füllstandsmesssystem
22: Gehäuse
31: Füllvorrichtung, Schwenkarm und Kufe des Füllstandsmesssystems
32: Welle/Schwenkachse
33: Lager Schwenkachse
34: Winkelmesssystem Schwenkwelle
35: Anschlagswinkel Winkelmesssystem
36: Lagerung Antriebswelle
37: Antriebswelle
38: Hebel zu Schwenkantrieb
39: Schwenkantrieb
40: Stützhebelvorrichtung (in eine Richtung formschlüssige Kopplung der Drehbewegung)
41: Hebel/Anschlag auf Antriebswelle
42: Hebel/Anschlag auf Schwenkwelle
43: Halter MagneteHebel/Anschlag auf SchwenkachseSchwenwelle
44: Sensor
45: Halter für Sensor
50: Raste (kraftschlüssige Kopplung der Drehbewegung)
51: Magnete
52: Halter Magnete auf Antriebswelle
53: Halter Magnete auf Schwenkwelle
60: Federsystem
61: Zugfeder
62: Halter für Feder auf Antriebswelle
63: Halter für Feder auf Schwenkwelle
M: Schwenkrichtung der Füllvorrichtung
U: Rotationsrichtung der Zentrifugentrommel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3925198 C2 [0002]
DE 4428127 A1 [0004]

Claims

Vorrichtung zum Messen des Füllstandes in einer Zentrifuge mit einer in der Zentrifugentrommel über einen Antrieb (39) bewegbaren Fühlvorrichtung (31) zur Ermittlung der Oberflächenbeschaffenheit des Füllgutes in der Zentrifugentrommel (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (39) mit der Fühlvorrichtung (31) über ein lösbares Element verbunden ist, das gelöst wird, wenn ein vorgegebener mechanischer Widerstand auf die Fühlvorrichtung (31) ausgeübt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das lösbare Element ein formschlüssiges Element ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das lösbare Element ein in einer Richtung formschlüssiges und in einer anderen Richtung lösbares Element ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das lösbare Element eine in eine Richtung kraftschlüssiges Element ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das kraftschlüssige Element eine mechanische Rastverbindung oder eine Magneteinrichtung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Zustellkraft der Fühlvorrichtung durch die Gewichtskraft der Fühlvorrichtung (31) erbracht wird.
Vorrichtung nach eine der Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Federvorrichtung (51) zum Vorspannen der Fühlvorrichtung (31) in Richtung auf den Mantel der Zentrifugentrommel (1).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Sensoreinrichtung (34) zur Erfassung des Schwenkzustandes der Fühlvorrichtung (31).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Fühlvorrichtung (31) an einer Schwenkwelle (32) angeordnet ist, die über das kraftschlüssige Element (53, 54) mit einer Antriebswelle (32) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Fühlvorrichtung (31) an einer Schwenkwelle (32) angeordnet ist, die über das formschlüssiges Element (42, 42) mit einer Antriebswelle (32) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (37) und die Schwenkwelle (32) über eine Federeinrichtung (61 bis 63) miteinander verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Sensoreinrichtung (44) zum Erfassen der Grundposition/Lage der Fühlvorrichtung (31) an dem lösbaren formschlüssigen (41, 42) bzw. kraftschlüssigen Elementes (41, 43).
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine geeigneten Einrichtung zur Ermittlung des Schwingungszustandes der Fühlvorrichtung 31.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Ermittlung des Schwingungszustandes direkt mit der Fühlvorrichtung oder der Schwenkwelle verbunden ist oder indirekt über die Antriebswelle, das Gehäuse des Füllstandsmesssystem oder das Gehäuse/Türe der Zentrifuge.