DE102015007648A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Gewichtes von einem Messvolumen einer Wasser-Feststoff-Mischung und/oder der Dichte einer Wasser-Feststoff-Mischung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Gewichtes von einem Messvolumen einer Wasser-Feststoff-Mischung und/oder der Dichte einer Wasser-Feststoff-Mischung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung des Gewichtes von einem Messvolumen einer Wasser-Feststoff-Mischung und/oder der Dichte einer Wasser-Feststoff-Mischung umfassend einen Messbehälter (1), eine Einfüllleitung (6), die in den Messbehälter (1) mündet und mit der, insbesondere mittels eines getaktet angesteuerten Ventils (6a), eine Wasser-Feststoff-Mischung in den Messbehälter (1) füllbar ist, eine am oder im Messbehälter (1) angeordnete Überlaufeinrichtung (2a, 2), mit der ein das Messvolumen überschreitender Teil der Wasser-Feststoff-Mischung aus dem Messbehälter (1) automatisch herausleitbar ist, eine Wägevorrichtung (8), mittels der das Gewicht des das Messvolumen ausfüllenden Teils der Wasser-Feststoffmischung messbar ist eine Ventilvorrichtung (3, 4), insbesondere eine getaktet angesteuerte Ventilvorrichtung (2, 3, 4), die am oder im Messbehälter (1) angeordnet ist, mittels der die im Messbehälter (1) vorhandene Wasser-Feststoff-Mischung aus dem Messbehälter (1) ablassbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Gewichtes von einem Messvolumen einer Wasser-Feststoff-Mischung und/oder der Dichte einer Wasser-Feststoff-Mischung.
  • In einer Vielzahl technischer Verfahren und Vorgänge ist die Kenntnis über den Feststoffanteil in einer Wasser-Feststoff-Mischung eine wichtige Größe. Eine wichtige Anwendung liegt z. B. vor bei der Überprüfung der geförderten Sedimentmenge aus einem Stausee.
  • Nach dem bisherigen Stand der Technik können z. B. sogenannte Coriolis-Massenstrommessgeräte eingesetzt werden, um die Dichte in einer geförderten Wasser-Feststoff-Mischung zu bestimmen. Über die bestimmte Dichte und die bekannte Dichte von reinem Wasser kann so auf die Menge von geförderten Feststoffen, z. B. Sedimenten, im Wasser zurückgeschlossen werden.
  • Problematisch bei diesen Messgeräten ist es jedoch, dass Gasanteile in der geförderten Mischung das Messergebnis stark verfälschen können. Solche Gasanteile kommen hingegen gerade bei der Sedimentförderung aus natürlichen oder auch künstlichen Seen häufig vor, sodass solche Messgeräte weniger geeignet sind. Weiterhin nachteilig sind bei solchen Messgeräte die hohen Kosten, die Verschleißanfälligkeit und eine nur bedingte Eignung bei Mehrphasenströmungen mit ungleichmäßiger Dichteverteilung.
  • Ebenso ist es bekannt, radiometrische Messgeräte einzusetzen, mit denen die vom Massenstrom absorbierte radioaktive Strahlung erfasst wird, was aus Gründen des Personen- und Umweltschutzes bedenklich ist und besondere Genehmigungen und Sicherheitsvorkehrungen erfordert.
  • Eine personell aufwändige weitere Alternative ist die manuelle Dichtebestimmung einer Probe mittels eines Pyknometers.
  • Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereit zu stellen, mittels denen die Möglichkeit erschlossen wird, den Feststoffanteil in einer Feststoff-Wasser-Mischung wiederkehrend, mit hoher Genauigkeit und kostengünstig zu bestimmen. Insbesondere soll automatisch wiederkehrend das Gewicht einer im Messvolumen festgelegten Probe bzw. deren Dichte ermittelbar sein. Bevorzugt soll dabei auch der Einsatz der Vorrichtung und des Verfahrens auf Gewässern, d. h. bei Wellengang ermöglicht sein.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einem Verfahren zur Bestimmung des Gewichtes von einem vorgegebenen Messvolumen einer Wasser-Feststoff-Mischung bzw. der Dichte einer Wasser-Feststoff-Mischung, ein Messbehälter, insbesondere getaktet gesteuert, durch eine Einfüllleitung mit einer Wasser-Feststoff-Mischung bis über ein vorbestimmtes Messvolumen hinaus befüllt wird, sich der Messbehälter durch eine Überlaufeinrichtung selbsttätig teilweise entleert, insbesondere soweit, bis dass das vorbestimmte Messvolumen erreicht ist, der das Messvolumen ausfüllende Teil der Wasser-Feststoff-Mischung gewogen wird durch eine mit dem Messbehälter verbundene Wägevorrichtung und durch Öffnen eines Ablaßventils nach der Wägung die Wasser-Feststoff-Mischung aus dem Messbehälter abgelassen wird.
  • Eine Vorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens erfindungsgemäß eingesetzt wird, umfasst demnach einen Messbehälter, eine Einfüllleitung, die in den Messbehälter mündet und mit der, insbesondere mittels eines getaktet angesteuerten Ventils, eine Wasser-Feststoff-Mischung in den Messbehälter füllbar ist, eine am oder im Messbehälter angeordnete Überlaufeinrichtung, mit der ein das Messvolumen überschreitender Teil der Wasser-Feststoff-Mischung aus dem Messbehälter automatisch herausleitbar ist, eine Wägevorrichtung, mittels der das Gewicht des, das Messvolumen ausfüllenden Teils der Wasser-Feststoffmischung messbar ist, eine Ventilvorrichtung, insbesondere eine getaktet angesteuerte Ventilvorrichtung, die am oder im Messbehälter angeordnet ist, mittels der die im Messbehälter vorhandene Wasser-Feststoff-Mischung aus dem Messbehälter ablassbar ist.
  • Gemäß der Erfindung kann es in einer bevorzugten Anwendung vorgesehen sein, dass aus der geförderten Wasser-Feststoff-Mischung einer Förderanlage für Wasser-Feststoff-Gemische bevorzugt wiederkehrend, z. B. periodisch eine Probe entnommen wird und gemäß dem Verfahren bzw. mit der Vorrichtung von der Probe ein bestimmtes Volumen, nämlich das vorbestimmte Messvolumen gewogen wird.
  • Hierdurch wird ein Messwert des Gewichtes des Gemisches im Messvolumen erhalten und bei Bedarf ist daraus die Dichte des Gemisches bestimmbar anhand der Kenntnis der Größe des Messvolumens. Das Messvolumen selbst ist vorbestimmt durch die Konstruktion der Vorrichtung, konkret durch die Konstruktion des Messbehälters. Das Messvolumen ist derjenige Volumenanteil im Messbehälter, der nach einer automatischen Teilentleerung durch das Überlaufen im Messbehälter erhalten bleibt. Insbesondere ist das Messvolumen derjenige Volumenanteil im Messbehälter der unter dem Niveau der Überlaufvorrichtung liegt.
  • Die exakte Volumengröße des Messvolumens kann für die Durchführung des Verfahrens vorab bestimmt werden und z. B. in einer Datenverarbeitungsanlage gespeichert werden, welcher auch die Messwerte der Wägevorrichtung über das Gewicht zugeführt werden.
  • In Kenntnis der Dichte von reinem Wasser und dem gemessenen Gewicht des Messvolumens der Probe kann so der Massenanteil der Feststoffe im Wasser bestimmt werden. Es kann so bei bekanntem Volumenstrom der Förderanlage zum Probenentnahmezeitpunkt auf den Massenstrom geschlossen werden.
  • Vorteilhaft ist es bei der Erfindung, dass durch die Befüllung eines Messbehälters, der nach oben zur Umgebung offen ist, automatisch evtl. Gasanteile aus dem Messvolumen des Messbehälters entweichen können und somit die Messung nicht verfälschen, wie es ein bisheriges Problem des Standes der Technik, besonders in Verbindung mit kontinuierlichen Messungen der Fall war.
  • Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung beruht darauf, dass durch die Überbefüllung über das eigentliche Messvolumen hinaus und den vorgesehenen Überlauf am/im Messbehälter, sich dieser automatisch entleert bis das Messvolumen erreicht ist.
  • Dabei ist darauf hinzuweisen, dass das Messvolumen im Sinne der Erfindung nicht zwingend eine exakte Konstanz aufweisen muss, sondern vor dem Hintergrund der Akzeptanz einer Fehlergrenze unter dem Messvolumen ein Volumenbereich zu verstehen ist, bevorzugt mit einer Genauigkeit von kleiner 340 Promille (z. B. 1 g bei 2,95 L).
  • Ein Überlauf an dem Messbehälter kann z. B. durch wenigstens eine seitliche Überlauföffnung in der Wandung des Messbehälters realisiert sein. Z. B. kann über den Umfang des Messbehälters verteilt, eine Vielzahl von Öffnungen angeordnet sein, durch welche die Höhe der Oberfläche des Wasser-Feststoff-Gemisches nach der Befüllung definiert ist.
  • Die Erfindung kann in nachfolgend noch weiter zu beschreibender Ausführung bevorzugt, aber auch vorsehen, einen Überlauf im Messbehälter anzuordnen, bevorzugt zentrisch in diesem und weiter bevorzugt um eine vertikale Mittenachse herum.
  • Grundsätzlich kann zum Zweck der Wägung des Gemisches im Messvolumen der Messbehälter auf jede beliebige Art mit der Wägevorrichtung verbunden sein.
  • Um den Einsatz der Vorrichtung und des Verfahrens auf Gewässern zu begünstigen, kann hier jedoch eine bevorzugte Ausführung vorsehen, dass der Messbehälter unter einer Wägevorrichtung hängend an dieser befestigt ist. Bevorzugt ist diese hängende Befestigung derart, dass der Messbehälter an der Wägevorrichtung pendeln kann. Z. B. kann dies dadurch realisiert sein, dass eine Hängevorrichtung an drei Orten am oberen Rand des Messbehälters befestigt ist und nur an einem Ort an der Wägevorrichtung. Z. B. kann die Hängevorrichtung durch drei in einem oberen Ort zusammengeführte Stangen oder Seile ausgebildet sein. Oberflächenbewegungen eines Gewässers, auf dem die Vorrichtung betrieben wird, können so ausgeglichen werden und führen nicht oder weniger zu einer Verfälschung des Messergebnisses.
  • In weiterhin bevorzugter Ausführung der Erfindung kann es auch vorgesehen sein, dass die Einfüllleitung an der Vorrichtung kontaktfrei zum Messbehälter befestigt ist. So bleibt auch die Einfüllleitung ohne Einfluss auf die Wägung. Insbesondere kann es hier vorgesehen sein, dass die Auslaufmündung der Einfüllleitung im Messbehälter unterhalb der Oberfläche des das Messvolumen ausfüllenden Teils der Wasser-Feststoffmischung angeordnet ist. Dies trägt zu einer schnelleren Beruhigung der gesamten zu wiegenden Probe bei.
  • Nach dem Wiegen des das Messvolumen ausfüllenden, im Messbehälter verbleibenden Anteils des Wasser-Feststoff-Gemisches, wird dieses Gemisch aus dem Messbehälter abgelassen. Hierfür wird die Ventilvorrichtung, die vorteilhafterweise am unteren Ende des Messbehälters angeordnet ist, geöffnet, so dass das Gemisch alleine durch die wirkende Schwerkraft abfließt. Das Abfließen kann zurück in das Gewässer erfolgen, aus welchem die Probenentnahme erfolgt, bzw. das Gemisch mit einer Förderanlage abgepumpt wird.
  • Die Erfindung kann in einer bevorzugten Weiterbildung vorsehen, dass nach dem Ablassen der Wasser-Feststoffmischung das Innere des Messbehälters vor dem Schließen der Ventilanordnung zur Lösung zwischenzeitig abgesetzter Feststoffanteile gespült wird. Dies kann z. B. mit derselben Wasser-Feststoff-Mischung erfolgen, insbesondere durch Zufuhr über dieselbe Einfüllleitung. Nach dem Spülen wird die Ventilanordnung geschlossen für den nächsten einzuleitenden Messvorgang, bzw. die nächste Befüllung über die Einfüllleitung.
  • Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist darin zu sehen, dass der Messbehälter über das vorbestimmte Messvolumen hinaus befüllt wird und sich selbsttätig über die Überlaufvorrichtung entleert, bis das zumindest im Wesentlichen nur noch das Messvolumen im Messbehälter mit dem Wasser-Feststoff-Gemisch ausgefüllt ist, insbesondere abgesehen von einer eingangs genannten Fehlerungenauigkeit.
  • Die Erfindung kann hier vorsehen, dass eine Überbefüllung nur bis zu einem vorbestimmten Volumen-Maß erfolgt, welches das Messvolumen überschreitet.
  • Beispielsweise kann es dafür vorgesehen sein, einen Mengensensor in der Einfüllleitung vorzusehen, mit dem die Menge des durch die Einfüllleitung fließenden Gemisches erfasst wird. Ein in der Einfüllleitung angeordnetes Ventil, das zum Befüllen geöffnet wurde, kann geschlossen werden, wenn die vorbestimmte Menge an durchflossenem Gemisch festgestellt wurde. Die vorbestimmte Menge ist in diesem Fall bevorzugt nicht größer als 110%, weiter bevorzugt nicht größer als 105% des Messvolumens.
  • In anderer Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass die Überbefüllung des Messbehälters bis über das vorbestimmte Messvolumen hinaus zeitgesteuert begrenzt wird. Z. B. kann mit Beginn des Befüllvorganges ein Zeitzähler gestartet werden und der Befüllvorgang durch Schließen des Ventils der Einfüllleitung beendet werden, wenn dieser einen festgelegten Grenzwert erreicht. Der Grenzwert ist bevorzugt so zu bemessen, dass, insbesondere unter Berücksichtigung der Druckverhältnisse in der Einfüllleitung, mit Sicherheit die benötigte Überbefüllung erzielt wird, bevorzugt eine Überbefüllung wie vorangehend im Bereich von 105 bis 110% des Messvolumens.
  • In weiterhin anderer Ausgestaltung kann die Überbefüllung durch Schließen des Einlassventiles beendet werden, nach einer mit der Wägevorrichtung festgestellten Überschreitung eines Gewichtsgrenzwertes. Hierfür kann es vorgesehen sein, dass während des Vorgangs des Befüllens des Messbehälters dessen Gewicht mit der Wägevorrichtung erfasst wird und die Befüllung durch Schließen des Ventils in der Einfüllleitung beendet wird, wenn ein vorgegebenes Grenzgewicht erzielt ist, welches größer ist als das in der Messung zu erwartende Gewicht des Messvolumens.
  • In wiederum anderer Ausführung kann auch die Gewichtszunahme pro Zeit, bzw. die zeitliche Ableitung des Wäge-Messergebnisses während des Befüllens ermittelt werden. Hier ist festzustellen, dass die Gewichtszunahme pro Zeit/zeitliche Ableitung des Wägeergebnisses sich ab dem Einsetzen des Überlaufens verringert und mit zunehmendem Befüllen und Überlaufen weiter verringert, da immer mehr Menge an Gemisch bei der Befüllung direkt durch den Überlauf entweicht und somit nicht mehr zur Gewichtszunahme beiträgt.
  • Bei Unterschreitung eines Grenzwertes kann der Befüllvorgang durch Schließen des Ventils in der Einfüllleitung beendet werden. Der zu beachtende Grenzwert kann hierbei durch die Vorrichtung selbst ermittelt werden, nämlich z. B. in Abhängigkeit des ermittelten Wertes der Gewichtszunahme/Zeit bzw. der Ableitung des Wägeergebnisses am Anfang der Befüllung, insbesondere wenn ein Überlaufen noch nicht eingesetzt hat. Der Grenzwert kann dann gebildet werden durch diesen Wert multipliziert mit einem Faktor kleiner 1.
  • Nach der Überbefüllung, d. h. nach Schließen des Ventils in der Einfüllleitung und eingesetztem Überlaufen, nimmt das Volumen an Gemisch im Messbehälter ab und nähert sich einem Grenzvolumen, dem Messvolumen an. Diese Annäherung an das Grenzvolumen erfolgt jedoch zum Ende hin immer langsamer. Die Erfindung kann daher vorsehen, die Annäherung an das Grenzvolumen nicht vollständig abzuwarten, da zu viel Zeit vergehen würde.
  • Vielmehr kann die Erfindung vorsehen, dass die Wägung erfolgt, nachdem eine gemessene Gewichtsabnahme pro Zeit, die durch das automatische Überlaufen erzeugt ist, bzw. die zeitliche Ableitung des Wägemesswertes einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet. Das zu diesem Zeitpunkt im Messbehälter vorhandene Volumen bildet das Messvolumen, insbesondere welches etwas größer ist, als das theoretische Grenzvolumen, was im Behälter wäre, wenn der Überlaufvorgang bis zum Ende abgewartet würde. Dies ist unproblematisch, wenn der Grenzwert von Messung zu Messung der gleiche ist und somit das sich einstellende Messvolumen immer gleich ist.
  • Die Erfindung sieht für eine fortwährende Kontrolle vom Massenströmen eines Wasser-Feststoff-Gemisches bevorzugt vor, dass zumindest die Schritte der Befüllung des Messbehälters, automatisches Überlaufen, Wägung, Ablassen der Mischung aus dem Messbehälter automatisch getaktet wiederholt hintereinander durchgeführt werden. Dies kann bevorzugt periodisch erfolgen. Eine übergeordnete Steuerung kann diese automatische Taktung vornehmen, insbesondere mit jedem Verfahrenstakt einen Messwert des Gewichtes des Gemisches erhalten.
  • In einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung kann die Erfindung vorsehen, dass die Überlaufeinrichtung und die Ventilvorrichtung ein gemeinsames von der Messbehälterwandung umgebenes und mit einem Aktor gesteuert anhebbares Rohr umfassen, wobei mit dem untere Ende des Rohres eine im Messbehälter unten angeordnete Ablauföffnung durch Heben und Senken des Rohres öffenbar und schließbar ist und das obere Endes des Rohres im abgesenkten Zustand des Rohres die Höhe der Oberfläche des das Messvolumen ausfüllenden Teils der Wasser-Feststoffmischung und somit das Messvolumen bestimmt.
  • Dieses Rohr, dass somit sowohl Teil der Ventilvorrichtung zum Ablassen des Gemisches aus dem Messbehälter, als auch Teil der Überlaufeinrichtung ist, kann bevorzugt zentrisch im Messbehälter angeordnet sein. Dabei ist es vertikal ausgerichtet.
  • Der obere Rand des oberen Endes des Rohres kann bevorzugt in Umfangsrichtung gezackt ausgebildet sein und hierdurch eine Überlaufkrone ausbilden, an der die Oberflächenspannung des Gemisches gebrochen wird.
  • Am unteren Ende des Rohres, insbesondere das untere Ende umgebend, kann ein elastomeres, bevorzugt konisches Dichtelement angeordnet sein, das mit einem korrespondierend geformten, bevorzugt konischen Dichtsitz am unteren Ende des Messbehälters dichtend zusammenwirkt.
  • Hierbei kann der Dichtsitz am Messbehälter direkt durch die innere Fläche der Wandung des Messbehälters ausgebildet sein. Bevorzugt kann somit der Messbehälter in seinem unteren Bereich, zumindest bereichsweise nach unten verjüngend, insbesondere konisch verjüngend ausgebildet sein und weiter bevorzugt am unteren Ende in einem Ablauföffnung münden, die durch das konische Dichtelement am unteren Ende des Rohres durch Absenken des Rohres verschließbar und durch anheben öffenbar ist. Ein konisches Dichtelement hat hier auch den Vorteil, durch die Konusmantelfläche eine vergleichsweise große Dichtfläche zu bilden, was eine gute Dichtigkeit auch bei Feststoffablagerungen aus dem Gemisch ermöglicht.
  • Der Messbehälter kann, besonders in Verbindung mit der vorgenannten Ausführung der unteren Konizität in seinem oberen Bereich, bzw. über dem unteren Konus liegenden Bereich zumindest bereichsweise nach oben verjüngend, insbesondere konisch verjüngend ausgebildet sein. Dadurch wird insgesamt ein genügend großes Messvolumen erzielt und gleichzeitig sichergestellt, dass die Querschnittsfläche um den oberen Rand des Überlaufrohres kleiner ist als der maximale Querschnitt des Messbehälters, somit also zur Erzielung des Messvolumens vergleichsweise wenig Volumen durch den Überlauf ablaufen muss, das Messvolumen also schnell erreicht wird. Der oberste Bereich des Messbehälter, insbesondere der oberhalb der Überlaufkrone liegende Bereich, kann zylindrisch ausgebildet sein.
  • Um das Überlaufrohr, welches gleichzeitig den Ventilstempel bildet, in vertikaler Richtung auf und ab bewegen zu können, sieht die Erfindung in bevorzugter Ausbildung vor, am offenen Ende des Messbehälters einen Linearaktor, insbesondere einen pneumatisch betriebenen Linearaktor, anzuordnen.
  • Bevorzugt können alle Aktoren, insbesondere derjenige zum Öffnen und Schließen des Ventiles, zur Einfüllleitung pneumatisch gesteuert sein. Ebenso können alle Aktoren im Niedervoltbereich vorgesehen sein. Das Ventil in der Einfülleitung kann bevorzugt als ein solches ausgebildet sein, welches den Durchgangsquerschnitt eines elastischen Elastomerschlauchstücks, in radialer Richtung von außen nach innen abschnürt.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in der nachfolgend beschriebenen 1 erläutert.
  • Diese 1 zeigt einen Messbehälter 1 mit einem unteren, sich nach unten konisch verjüngenden Bereich 1a und einem darüber liegenden, sich nach oben konisch verjüngenden Bereich 1b, der sich nach Erreichen eines oberen minimalen Durchmessers nach oben in einen zylindrischen Bereich 1c fortsetzt, der nach oben offen ist.
  • Zentrisch um die vertikale Mittenachse herum ist in dem Messbehälter 1 ein Überlaufrohr 2 angeordnet, dessen unteres Ende eine sich konisch nach unten verjüngende Dichtung 3 trägt, die mit der Innenseite der Messbehälterwand im unteren konischen Bereich 1a so zusammenwirkt, dass durch das Anheben des Überlaufrohres 2, die unten im Messbehälter angeordnete Ablauföffnung 4 geöffnet, bzw. durch das Absenken des Überlaufrohres wieder geschlossen werden kann. Dichtung 3 bzw. unteres Rohrende und Ablauföffnung 4 bilden somit die Ventilvorrichtung des Messbehälters 1. Hier weist die Dichtung 3 eine doppelte Konizität auf, d. h. verjüngt sich nach oben und nach unten, um die Ablagerung von Partikeln auf der Dichtung besser zu reduzieren.
  • Für das Anheben und Absenken des Überlaufrohres 2, ist am oberen Rand 1d des Messbehälters 1, ein bevorzugt pneumatisch angetriebener Linearaktor 5 mit vertikaler Wirkrichtung angeordnet und dessen linear verschiebbare Stange 5a mit dem Überlaufrohr verbunden ist.
  • Das obere Ende 2a des Überlaufrohres ist über den Umfang hinweg gezackt ausgebildet und bildet so eine Überlaufkrone mit der die Oberflächenspannung einer Wasser-Feststoff-Mischung in der Niveau-Ebene NE der Überlaufkrone 2a reduziert wird. Das Volumen um das Überlaufrohr 2 herum und unterhalb des oberen Rohrendes 2a bildet das Messvolumen, welches durch das Gemisch nach genügend langem Abwarten des Überlaufens ausgefüllt werden kann.
  • Durch die obere Öffnung des Messbehälters 1 ragt kontaktfrei zum Messbehälter 1 eine Einfüllleitung 6 hinein, durch welche eine Gemischprobe in den Messbehälter eingefüllt werden kann. Dazu wird das Ventil 6a in der Einfüllleitung 6 aufgesteuert, insbesondere ebenso pneumatisch.
  • Über die Hängevorrichtung 7 ist der Messbehälter 1 pendelbar an der Wägevorrichtung 8 befestigt, z. B. einem Biegebalken. Das im dem Messbehälter vorhandene Volumen an Gemisch aus Feststoff und Wasser und insbesondere das bis auf das Messvolumen reduzierte Volumen kann so gewogen werden.
  • Die Funktion ist derart, dass über die Einfüllleitung 6 durch Aufsteuern von deren Ventil 6a, eine Menge an Gemisch in den Messbehälter 1 eingefüllt wird, die größer ist als das Messvolumen. Nach Überschreiten der Niveauhöhe der Überlaufkrone 2a beginnt das Gemisch automatisch durch das Innere des Überlaufrohres 2 aus dem Messbehälter 1 abzufließen, bis dass das Niveau der Überlaufkrone 2a erreicht ist.
  • Bei Erreichen dieses Zustandes, ggfs. auch schon vorher, wie im allgemeinen Teil beschrieben, kann die Wägung des im Messbehälter 1 befindlichen Volumens des Gemisches stattfinden. Die Feststoffmenge des Gemisches kann so im Vergleich zum Gewicht reinen Wassers mit demselben Messvolumen bestimmt werden, bzw. es wird der errechnete Dichtemesswert des Gemisches weiter verarbeitet, z. B. um dem Massenstrom des Gemisches in einer Förderleitung zu bestimmen aus welcher die Probe des Gemisches stammt.
  • Nach Wägung mit der Wägevorrichtung 8 wird der Linearaktor 5 angesteuert und das Überlaufrohr 2 angehoben, welches hierdurch die Ablauföffnung 4 freigibt und das Gemisch aus dem Messbehälter 1 abfließt.
  • Ggfs. wird das Ventil 6a der Einfüllleitung 6 aufgesteuert, um den Messbehälter 1 durch Gemisch von abgesetzten Feststoffen freizuspülen. Nach Entleerung des Messbehälters 1 wird das Überlaufrohr 2 wieder abgesenkt und die nächste Messung gestartet, was beliebig wiederholt werden kann.
  • Während der Förderung von Wasser-Feststoff-Gemischen in einer Förderleitung aber auch von offenen Gewässern kann so wiederholend, aber diskontinuierlich, eine Probe entnommen und deren Dichte, bzw. der Gehalt an Feststoffen bestimmt werden. Das Verfahren und die Vorrichtung können somit z. B. eingesetzt werden, um die in der Förderleitung absolut oder pro Zeiteinheit geförderte Menge an Feststoffen bestimmen zu können.
  • Vorbeschriebene Erfindung ist gefördert und entstanden im Rahmen des BMBF-Vorhabens „IngenieurNachwuchs2012: Kontinuierliche Lösung und Aufnahme von Sedimentablagerungen (KLASed)" mit dem Förderkennzeichen 03FH004I2.
  • 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 Nicht-Patentliteratur
    • „IngenieurNachwuchs2012: Kontinuierliche Lösung und Aufnahme von Sedimentablagerungen (KLASed)” mit dem Förderkennzeichen 03FH004I2 [0054]

Claims (15)

  1. Vorrichtung zur Bestimmung des Gewichtes von einem Messvolumen einer Wasser-Feststoff-Mischung und/oder der Dichte einer Wasser-Feststoff-Mischung umfassend a. einen Messbehälter (1), b. eine Einfüllleitung (6), die in den Messbehälter (1) mündet und mit der, insbesondere mittels eines getaktet angesteuerten Ventils (6a), eine Wasser-Feststoff-Mischung in den Messbehälter (1) füllbar ist, c. eine am oder im Messbehälter (1) angeordnete Überlaufeinrichtung (2a, 2), mit der ein das Messvolumen überschreitender Teil der Wasser-Feststoff-Mischung aus dem Messbehälter (1) automatisch herausleitbar ist, d. eine Wägevorrichtung (8), mittels der das Gewicht des das Messvolumen ausfüllenden Teils der Wasser-Feststoffmischung messbar ist e. eine Ventilvorrichtung (3, 4), insbesondere eine getaktet angesteuerte Ventilvorrichtung (2, 3, 4), die am oder im Messbehälter (1) angeordnet ist, mittels der die im Messbehälter (1) vorhandene Wasser-Feststoff-Mischung aus dem Messbehälter (1) ablassbar ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messbehälter (1) an der Wägevorrichtung (8) hängend, insbesondere pendelbar hängend angeordnet ist.
  3. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfüllleitung (6) an der Vorrichtung kontaktfrei zum Messbehälter (1) befestigt ist, insbesondere die Auslaufmündung der Einfüllleitung (6) im Messbehälter (1) unterhalb der Oberfläche des das Messvolumen ausfüllenden Teils der Wasser-Feststoffmischung angeordnet ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlaufeinrichtung (2a, 2) und die Ventilvorrichtung (2, 3, 4) ein gemeinsames von der Messbehälterwandung umgebenes und mit einem Aktor (5) gesteuert anhebbares Rohr (2) umfassen, wobei mit dem untere Ende des Rohres eine im Messbehälter (1) unten angeordnete Ablauföffnung (4) durch Heben und Senken des Rohres (2) öffenbar und schließbar ist und das obere Ende des Rohres (2) im abgesenkten Zustand des Rohres (2) die Höhe der Oberfläche des das Messvolumen ausfüllenden Teils der Wasser-Feststoff-Mischung, insbesondere somit das Messvolumen, bestimmt.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Rand (2a) des oberen Endes des Rohres (2) in Umfangsrichtung gezackt ausgebildet ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass am unteren Ende des Rohres (2), insbesondere das untere Ende umgebend, ein elastomeres, bevorzugt konisches Dichtelement (3) angeordnet ist, das mit einem korrespondierend geformten, bevorzugt konischen Dichtsitz am unteren Ende des Messbehälters (1) dichtend zusammenwirkt, insbesondere wobei der Dichtsitz am Messbehälter (1) direkt durch die innere Fläche der Wandung des Messbehälters (1) ausgebildet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messbehälter (1) in seinem unteren Bereich (1a) zumindest bereichsweise nach unten verjüngend, insbesondere konisch verjüngend ausgebildet ist.
  8. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messbehälter in seinem oberen Bereich (1b), insbesondere unmittelbar über dem unteren Bereich nach Anspruch 7, zumindest bereichsweise nach oben verjüngend, insbesondere konisch verjüngend ausgebildet ist.
  9. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass am oberen offenen Ende des Messbehälters (1) ein Linearaktor (5), insbesondere pneumatisch betriebener Linearaktor (5) angeordnet ist, mittels dem das Rohr (2) in vertikaler Richtung hebbar und senkbar ist.
  10. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (6a) der Einfüllleitung (6) pneumatisch gesteuert ist.
  11. Verfahren zur Bestimmung des Gewichtes von einem Messvolumen einer Wasser-Feststoff-Mischung und/oder der Dichte einer Wasser-Feststoff-Mischung, insbesondere mit einer Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a. ein Messbehälter (1), insbesondere getaktet gesteuert, durch eine Einfüllleitung mit einer Wasser-Feststoff-Mischung bis über ein Messvolumen, insbesondere bis über ein konstruktiv vorbestimmtes Messvolumen hinaus befüllt wird, b. sich der Messbehälter (1) durch eine Überlaufeinrichtung (2, 2a) selbsttätig teilweise entleert, insbesondere bis zum zumindest im Wesentlichen Erreichen des Messvolumens entleert, c. der das Messvolumen ausfüllende Teil der Wasser-Feststoffmischung gewogen wird durch eine am Messbehälter (1) angeordnete Wägevorrichtung (8), insbesondere eine Wägevorrichtung (8), an der der Messbehälter (1) pendelnd hängt, d. durch Öffnen eines Ablaßventils (2, 3, 4) nach der Wägung die Wasser-Feststoff-Mischung aus dem Messbehälter (1) abgelassen wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ablassen der Wasser-Feststoffmischung das Innere des Messbehälters (1) vor dem Schließen des Ablaßventils (2, 3, 4) zur Lösung zwischenzeitig abgesetzter Feststoffanteile gespült wird, insbesondere mit derselben Wasser-Feststoff-Mischung.
  13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Überbefüllung des Messbehälters (1) bis über das Messvolumen hinaus zeitgesteuert begrenzt wird oder durch die Überschreitung eines Gewichtsgrenzwertes oder bei Unterschreitung eines Grenzwertes der zeitlichen Ableitung des Wägeergebnisses begrenzt wird.
  14. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Wägung erfolgt nachdem eine gemessene Gewichtsabnahme pro Zeit oder zeitliche Ableitung des gemessenen Gewichtes, die durch das automatische Überlaufen erzeugt ist, einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet.
  15. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte der Befüllung des Messbehälters (1), automatisches Überlaufen, Wägung, Ablassen der Mischung aus dem Messbehälter (1) wiederholt hintereinander durchgeführt werden.
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