DE102018128924A1

DE102018128924A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung eines Schüttgutstroms

Info

Publication number: DE102018128924A1
Application number: DE102018128924.3A
Authority: DE
Inventors: Therese Tommer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-11-17
Filing date: 2018-11-17
Publication date: 2020-06-04

Abstract

Bei einer Vorrichtung zur Erfassung eines Schüttgutstroms,mit einem senkrecht verlaufenden ersten Rohrabschnitt 12 mit einer vorgegebenen Länge L1, in dem das Schüttgut S frei fallend von einer Anfangsgeschwindigkeit v≈0 m/s auf eine Endgeschwindigkeit v1 beschleunigt wird, ist in einem erweiterten Rotorabschnitt 14, der an den ersten Rohrabschnitt 12 anschließt, ein drehbarer Rotor 16 auf einer Rotorachse 18 angeordnet ist. Der Rotor 16, der mit einer Bremseinrichtung 20 in Wirkverbindung steht, weist mehrere schaufelförmige Rotorblätter 17a, 17b, 17c, ...17n auf. Mit einem Sensor 30 wird die Drehrate D des Rotors 16 erfasst. In einer Auswerte/Bedieneinheit 40 wird die Drehrate D in einen Schüttgutstrom umgerechnet und angezeigt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung eines Schüttgutstroms gemäß dem Oberbegriff des gegenständlichen Anspruchs 1 bzw. dem Oberbegriff des Verfahrensanspruchs.
Es sind verschiedene Vorrichtungen bzw. Verfahren zur Erfassung eines Schüttgutstroms d. h. des Massedurchsatzes eines fließfähigen Schüttgutes bekannt. Eine Möglichkeit bieten sogenannte Prallplattenwaagen, die auch als Schüttgutwaagen bezeichnet werden. Hierbei trifft das Schüttgut auf eine Prallplatte, deren Auslenkung mit einem Sensor erfasst wird und in eine gewünschte Information den Schüttgutstrom z. B. als Durchsatz oder Gesamtmenge umgerechnet wird. Derartige Waagen, die für Schüttgüter wie Mehle, Granulate und Getreide eingesetzt werden, werden unter anderem von der dänischen Fa. Jesma S/A vertrieben.
Weiterhin gibt es für fließfähige Schüttgüter auch Corioliswaagen. Hier wird das Schüttgut über ein Einlaufrohr einem Rotorteller zentral zugeführt. Das Schüttgut wird durch entsprechend geformte Flügel beschleunigt und verlässt den Rotorteller in radialer Richtung. Das zur Beschleunigung des Massenstroms erforderliche Drehmoment ist proportional zum Schüttgutstrom.
Ein weiteres Messprinzip zur Erfassung des Massedurchsatzes basiert auf einem gravimetrischen Prinzip mittels einer Kippwaage (Durchlaufwaage).
Außerdem bietet die Fa. Rembe eine Vorrichtung zur Erfassung eines Schüttgutstroms an, bei dem ein bogenförmiges Leitmittel das fließende Schüttgut in eine Kreisbahn umlenkt. An dem Leitmittel ist ein Kraftsensor vorgesehen. Die Kraft ist proportional zum Schüttgutstrom.
Aus dem Gebrauchsmuster DE202004011001 ist ebenfalls eine Vorrichtung zur Erfassung eines Schüttgutstroms. Diese Vorrichtung zur Messung einer Durchsatzmenge eines Schüttgutstroms weist einen Prallstab auf. Mit einem Flügelrad wird die Geschwindigkeit des Schüttguts ermittelt.
Die oben genannten Vorrichtungen bzw. Verfahren weisen u. a. folgende Nachteile auf. Teilweise erfordern sie eine Mindestdichte des zu messenden Schüttguts.
Sie sind nicht für Schüttgüter mit schlechten Fließeigenschaften bzw. die zu Anhaftungen neigen (anbacken bzw. zusammenbacken) geeignet.
In der Regel erfordern sie einen aufwendigen apparativen Aufbau, deshalb sind sie entsprechend teuer.
Bei vielen Anwendungen ist die Bauhöhe ein wichtiges Kriterium. Die oben genannten Vorrichtungen benötigen alle eine relativ große Bauhöhe.
Einige der Vorrichtungen benötigen einen Antrieb und damit Fremdenergie.
Die meisten Vorrichtungen sind nur für ein spezielles Schüttgut geeignet, weil nach einer Kalibrierung die Messung bzw. die Auswertung nur für das ausgewählte Schüttgut passt. Aufgabe der Erfindung ist es deshalb eine Vorrichtung zur Erfassung eines Schüttgutstroms anzugeben, die die oben genannten Nachteile nicht aufweist, die insbesondere eine hohe Genauigkeit auch bei unterschiedlichen Schüttgut-Materialien bietet, die auch für geringe Schüttgutströme also kleine Durchsätze geeignet ist und die für geringe Dichten des Schüttguts einsetzbar ist und die einfach aufgebaut und kostengünstig realisierbar ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung einen Rotor vorzusehen, auf das das Schüttgut im freien Fall trifft. Der Rotor ist mit einer Bremseinrichtung (Wirbelstrombremse oder Generator) gekoppelt.
Die Drehzahl des Rotors wird mit einem Sensor erfasst und in einer Auswerteeinheit in einen Schüttgutstrom umgerechnet, der ausgegeben bzw. an einem Display angezeigt wird.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:

1 schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die Vorrichtung 10 weist einen senkrecht verlaufenden Rohrabschnitt 12 mit einer definierten Länge L1 und einer Breite B auf. Am Ende des Rohrabschnitts 12 ist eine Erweiterung 14 vorgesehen, in der ein Rotor 16 mit mehreren schaufelförmigen Rotorblättern 17a, 17b, ... 17n drehbar gelagert ist. Die Rotorblätter weisen eine Länge L auf. Die Achse 18 des Rotors befindet sich außerhalb des lichten Querschnitts des Rohrabschnitts 12, d.h. L ≥ B und sie steht in Wirkverbindung mit einer Bremseinrichtung 20 z. B. wie hier gezeigt einer Wirbelstrombremse. An der Wirbelstrombremse 20 ist ein Sensor 30 angeordnet, der die Drehzahl der Achse 18 erfasst. Das Messsignal des Sensors 30 wird über ein Verbindungskabel 32 einer Auswerteeinheit 40 zugeführt. Die Anzeigeeinheit 40 weist eine Auswerte-/Bedieneinheit 42 (z. B. ein Touchscreen) auf.
Nachfolgend ist die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung näher erläutert.
Aus einem nicht dargestellten Schüttgut-Behälter oder einer Schüttgutfördereinrichtung gelangt das zu messende Schüttgut in den senkrecht verlaufenden Rohrabschnitt 12. Am Beginn des Rohrabschnitts 12 hat das Schüttgut eine Anfangsgeschwindigkeit von v0≈0 m/s. Anschließend wird es frei fallend beschleunigt und erreicht am Ende des Rohrabschnitts 12 seine Endgeschwindigkeit v1.
Mit dieser Geschwindigkeit, die pro Schüttgutpartikel mit einer Masse m1 einem Impuls p1=m1*v1 entspricht, treffen die Schüttgutpartikel auf ein Rotorblatt z. B. 17a.
Am Rotorblatt 17a geben die Schüttgutpartikel einen gewissen Impuls Δp ab, der sich als Kraft auf das Rotorblatt 17a auswirkt.
Da das Rotorblatt 17a bzw. der Rotor 16 nicht frei gelagert ist, sondern mit einer Bremseinrichtung 20b z. B. einer Wirbelstrombremse bzw. einem Generator, der belastet wird, in Wirkverbindung steht, wird die Kraft zumindest teilweise als Bremswirkung kompensiert. Die Bremswirkung einer Wirbelstrombremse ist bei konstantem Magnetfeld proportional zur Geschwindigkeit mit der sich die Bremsscheibe 16a der Wirbelstrombremse bewegt.
Die Bremseinrichtung) Wirbelstrombremse 20 wird so betrieben, dass die Drehrate D (Umdrehungen/min) des Rotors 18 proportional zum Schüttgutstrom ist.
Die Drehrate des Rotors 18 wird mit einem Sensor 30 erfasst und einer Auswerte/Bedieneinheit 40 mit einer Anzeigeeinheit 42 weitergeleitet. In der Auswerte-/Bedieneinheit wird die Drehrate D in einen Schüttgutstrom umgerechnet und angezeigt. Natürlich besitzen die Schüttgutpartikel eine Masseverteilung mit einer Verteilungsfunktion F(m).
Die Vorrichtung 10 muss nur einmal bei der Endfertigung kalibriert werden. Die entsprechenden Parameter werden in der Auswerteeinheit 40 gespeichert.
Je mehr Schüttgutpartikel auf die Rotorblätter 17 treffen, desto größer ist die Kraft auf den Rotor 18. Gleiches gilt auch wenn der Schwerpunkt der Masseverteilung der Schüttgutpartikel ich in Richtung größere Massen verschiebt.
An der Anzeigeeinheit 42 wird das Messergebnis, der Schüttgutstrom dargestellt.
In vorteilhafter Weise wird als Bremseinrichtung eine Wirbelstrombremse eingesetzt.
Die wesentliche Idee des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, das Schüttgut im freien Fall auf eine Endgeschwindigkeit v1 zu beschleunigen und es dann auf ein Rotorblatt 17 des Rotors 16 auftreffen zu lassen. Am Rotorblatt 17 geben die Schüttgutpartikel einen gewissen Impulsbetrag ab, der eine Kraft bzw. ein Drehmoment erzeugt. Die Achse 18 des Rotors steht mit einer Bremseinheit z. B. einer Wirbelstrombremse in Wirkverbindung. Aus der Bremskraft, die zur Aufrechterhaltung einer gewissen Drehrate D0 erforderlich ist, wird der Schüttgutstrom berechnet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist auch für Schüttgüter mit geringer Dichte geeignet. Sie ist sehr einfach aufgebaut und sie braucht nur eine geringe Bauhöhe. Sie ist auch für Schüttguter geeignet, die eine Neigung zur Anhaftung besitzen. Der Rotor 18 mit der Bremseinrichtung 20 arbeitet rein passiv also ohne Hilfsenergie. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erfordert nur einen geringen Wartungsbedarf. Sie ist für sehr unterschiedliche Schüttgüter geeignet und benötigt nur eine Anfangskalibrierung.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine hohe Genauigkeit bei sehr geringen Aufwand erzielt werden.
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 202004011001 [0006]

Claims

Vorrichtung zur Erfassung eines Schüttgutstroms, mit einem senkrecht verlaufenden ersten Rohrabschnitt 12 mit einer vorgegebenen Länge L1, in dem das Schüttgut S frei fallend von einer Anfangsgeschwindigkeit v≈0 m/s auf eine Endgeschwindigkeit v1 beschleunigt wird, mit einem erweiterten Rotorabschnitt 14, der an den ersten Rohrabschnitt 12 anschließt, in dem ein drehbarer Rotor 16 auf einer Rotorachse 18 angeordnet ist, der mehrere schaufelförmige Rotorblätter 17a, 17b, 17c, ...17n aufweist, wobei die Länge L der Rotorblätter 17 größer als die Rohrbreite L > B ist, mit einer Bremseinrichtung 20, die in Wirkverbindung mit der Achse 18 des Rotors 16 steht und einem Sensor 30, der mit einer Auswerte/Bedieneinheit 40 verbunden ist und der die Drehrate D des Rotors 16 erfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung 20 eine Wirbelstrombremse ist.
Verfahren zur Ermittlung eines Schüttgutstroms gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) Zuführung des Schüttguts zu einem senkrecht verlaufenden Rohrabschnitts 12 mit einer vorgegebenen Länge L1 b) Beschleunigung des Schüttguts im freien Fall auf eine Endgeschwindigkeit im senkrecht verlaufenden Rohrabschnitt 12 c) Abbremsen des Schüttguts mit einem Rotor 16, der mehrere Rotorblätter 17 aufweist d) Erzeugung eines Drehmoments an der Rotorachse 18 e) Abbremsen des Rotors 16 auf eine konstante Drehrate D0 f) Ermittlung des Schüttgutstroms aus der Drehrate D0