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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Erkennen von Glimmnestern in einer pneumatischen Förderleitung.
Solche Vorrichtungen umfassen nach dem Stand der Technik einen in
Strömungsrichtung der
Förderleitung
längserstreckten
Verdrängungskörper, der
in der Förderleitung
angeordnet ist und mindestens einen IR-Sensor zum Detektieren von Glimmnestern
aufweist.
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In allen Bereichen, in denen Gemische
aus Luft und brennbaren oder entzündlichen Stäuben vorkommen, können sich
unter gewissen Umständen und
Bedingungen sogenannte Glimmnester bilden. Glimmnester sind Verklumpungen
der vorhandenen brennbaren oder entzündlichen staubförmigen Bestandteile
in dem Gemisch, die sich durch chemische Reaktionen in ihrem Innern
bis auf mehrere hundert Grad Celsius aufheizen können. Dabei zeigen die äußeren Schichten
solcher Glimmnester hingegen durchweg Temperaturen, die unter 100 °C liegen.
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Glimmnester können gefährliche und verheerende Staubexplosionen
verursachen. Derartige Staubexplosionen tre ten in der Regel in der
Weise auf, daß die
Glimmnester aus der pneumatischen Förderleitung, in der zumeist
wegen der hohen Staubkonzentration keine Explosion auftreten kann, in
Silos oder andere Anlagenteile eingetragen werden und dort aufbrechen.
In diesen Silos oder Anlagenteilen liegen im allgemeinen explosionsfähige Staub-Luft-Gemische vor, die
durch ein aufbrechendes Glimmnest und die dabei freigelegte Glut
zur Explosion gebracht werden können.
Die Folgen einer solchen, durch aufbrechende Glimmnester ausgelösten Explosion
sind oft verheerend und können
hohen Sachschaden, Verletzte und Tote umfassen.
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Die vorstehend erläuterte Problematik
trifft im besonderen Maße
auf die Nahrungsmittelindustrie zu. Dort treten bei nahezu jedem
Herstellungsprozeß brennbare
Stäube
auf, die sehr häufig
durch pneumatische Förderleitungen
transportiert werden. Als Beispiele seien die Verarbeitung von Getreidemehl, Milchpulver,
Maisstärke,
Kakaopulver oder auch Tiermehl genannt.
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Nach einer bekannt gewordenen Statistik stellen
Glimmnester die zweithäufigste
Zündquelle bei
Staubexplosionen dar. Aus diesem Grund ist man seit langer Zeit
bestrebt, zuverlässige
Vorrichtungen zum Erkennen von Glimmnestern zu entwickeln.
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Aus der Literaturstelle W. Bartknecht,
Explosionsschutz, Springer-Verlag 1993, ist eine Vorrichtung zum
Erkennen von Glimmnestern in stationären Anlagenteilen wie etwa
Silos bekannt, die seit einigen Jahren zuverlässig im Einsatz ist. Sie beruht
auf der Detektion von CO, das von den Glimmnestern emittiert wird.
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Die Detektion von CO ist jedoch in
pneumatischen Förderleitungen
aus technischen Gründen nicht
möglich.
Deshalb werden in diesem Fall heiße Gegenstände anhand ihrer Infrarot-Emission
detektiert. Die aus dem Stand der Technik bekannten Detektionssysteme
benutzen durchweg mehrere infrarot-empfindliche Sensoren, zum Beispiel
Photoleiter aus Bleisulfid, sogenannte PbS-Sensoren, die in der Rohrwand
der zu überwachenden
pneumatischen Förderleitung
in Form eines Meßkopfes
eines Detektors so integriert sind, daß sie mit ihren infrarot-empfindlichen
Blickfeldbereichen in die Rohrleitung hineinschauen. An den Detektoren
vorbeifliegende Glimmnester emittieren Wärmestrahlung, die von den Detektoren
bzw. PbS-Sensoren registriert wird und in diesen eine Widerstandsänderung
hervorruft. Diese Widerstandsänderung
führt zu
einer Strom- oder Spannungsänderung,
die das Meßsignal
darstellt, das verstärkt
und elektronisch weiterverarbeitet wird.
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Auf diese Weise können Funken oder heiße Gegenstände innerhalb
des in der Förderleitung
strömenden
Förderstromes
erkannt werden, deren Oberflächentemperatur
oberhalb von etwa 250 °C
liegt. Dies ist allerdings nur dann möglich, wenn weitere technische
Randbedingungen eingehalten werden, was in den allermeisten Fällen in
der Nahrungsmittelindustrie nicht möglich ist.
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In unter den üblichen Bedingungen der Nahrungsmittelindustrie
durchgeführten
Experimenten der Anmelderin hat sich gezeigt, daß mit gebräuchlichen Glimmnestdetektionssystemen
Glimmnester nicht mit dem erforderlichen Grad an Sicherheit erkannt
werden können.
Es wurde deutlich, daß eine zuverlässige Glimmnestdetektion
mit herkömmlichen Systemen
nur möglich
ist, wenn eine Produktkonzentration von 1 kg/m2 bei
staubförmigen
Produkten und 6 kg/m2 bei körnigen Produkten
nicht überschritten wird.
Diese Angabe bezieht sich auf einen Förderrohrdurchmesser von kleiner
oder gleich 120 mm.
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Herkömmliche Glimmnestdetektionssysteme
haben mehrere Nachteile, die zu den ermittelten Grenzen für den Einsatz
führen.
Ein erster Nachteil liegt in der Anordnung der Sensoren in der Rohrwand,
was zur Folge hat, daß die
von den Glimmnestern in Richtung der Sensoren emittierte IR-Strahlung aufgrund
der zu langen zu durchdringenden Weglänge bei höheren als den oben angegebenen
Produktbeladungen im Förderrohr
vom Förderprodukt
absorbiert wird und die Sensoren nicht erreicht.
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Ein zweiter Nachteil besteht darin,
daß durch den
Einbau der Sensoren in der Rohrwand die Sensoren durch an der Rohrwand
abgelagerten Staub unempfindlicher werden oder sogar erblinden.
Dies wird dadurch hervorgerufen, daß die Strömungsgeschwindigkeit in der
Förderleitung
an der Rohrwand geringer ist als im Zentrum.
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Ein dritter Nachteil gebräuchlicher
Detektionssysteme ist dadurch gegeben, daß bei diesen oft Glaskomponenten
senkrecht oder schräg
zur Richtung des in der Förderleitung
geförderten
Produktstromes stehen. Hierdurch kann es infolge von Frontalzusammenstößen dieser
Glasteile mit im Förderstrom
mitgeführten
Festkörpern
zu Glasbruch kommen, was eine aufwendige Betriebsunterbrechung und
Instandsetzung nach sich zieht.
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Ein vierter Nachteil bekannter Detektionsvorrichtungen
besteht in der Regel darin, daß sie
(auch aufgrund des Abstands der Sensoren zu den Glimmnestern) nur
Objekte erkennen können,
die eine Oberflächentemperatur
von mehr als 250 °C
aufweisen. Wie eingangs ausgeführt
wurde, zeigen dagegen Glimmnester in den allermeisten Fällen Oberflächentemperaturen
unter 100 °C,
so daß eine
höhere Emp findlichkeit
der Detektionsvorrichtung für
eine sichere Erkennung der Glimmnester erforderlich ist.
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Aus dem Dokument
DE 4304890 A1 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung
zum Erkennen von Glimmnestern in einer pneumatischen Förderleitung bekannt,
die einen längserstreckten
Verdrängungskörper umfaßt, der
in der Förderleitung
angeordnet ist und einen oder mehrere IR-Sensoren zum Detektieren
von Glimmnestern aufweist. Mit dieser bekannten Vorrichtung werden
die vorstehend geschilderten Nachteile teilweise behoben. Aufgrund
der Anordnung der IR-Sensoren
auf einem Verdrängungskörper in
der Förderleitung
ist der mittlere Abstand zu den vorbeifliegenden Glimmnestern reduziert
und gleichzeitig ist die durch Ablagerungen an der Rohrwand bedingte
Verschmutzungsproblematik reduziert.
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Es hat sich aber herausgestellt,
daß auch
mit der aus diesem Dokument bekannten Vorrichtung keine dauerhaft
zuverlässige
Erkennung von Glimmnestern möglich
ist, da die auf dem Verdrängungskörper angeordneten
IR-Sensoren verschmutzen und die Gefahr einer Beschädigung durch
in dem Förderstrom
anfliegende Festkörper
gegeben ist.
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Der Erfindung liegt unter Berücksichtigung dieses
Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erkennen
von Glimmnestern zu schaffen, bei der die IR-Sensoren derart geschützt angeordnet
sind, daß ein
dauerhaft zuverlässiger
Betrieb ermöglicht
wird. Dabei soll die Vorrichtung sowohl hinsichtlich der Verschmutzungs- und Ablagerungsproblematik
als auch hinsichtlich möglicher
Beschädigungen
der Sensoren oder von Glasteilen einen sicheren Betrieb ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Vorrichtung mit den Merkmalen des beigefügten Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den
abhängigen
Ansprüchen
und der nachfolgenden Beschreibung mit zugehörigen Zeichnungen.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Erkennen von Glimmnestern in einer pneumatischen Förderleitung,
umfassend einen in Strömungsrichtung
der Förderleitung
längserstreckten
Verdrängungskörper, der
in der Förderleitung
angeordnet ist und mindestens einen IR-Sensor zum Detektieren von
Glimmnestern aufweist, umfaßt
also einen Verdrängungskörper, der
eine in Strömungsrichtung
der Förderleitung
längserstreckte
Hülse aufweist,
die zumindest an manchen Stellen IR-durchlässig ist, wobei die IR-Sensoren
im Innern der Hülse
an IR-durchlässigen
Stellen der Hülse
angeordnet sind.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung
der IR-Sensoren im Innern einer IR-durchlässigen Hülse sind die IR-Sensoren vor
Verschmutzungen und Beschädigungen
geschützt.
Die Hülse
selbst ist aufgrund ihrer in Strömungsrichtung
längserstreckten Anordnung
vor Ablagerungen geschützt,
insbesondere wenn sie eine möglichst
glatte und ebenflächige Außenseite
aufweist. Auf diese Weise kann eine betriebssichere Anordnung der
IR-Sensoren auf einem Verdrängungskörper in
der Förderleitung
erzielt werden.
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Für
den Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung
reicht es prinzipiell aus, wenn die Hülse an den Stellen, an denen
im Innern die IR-Sensoren angeordnet sind, IR-durchlässig ist, beispielsweise durch
eingesetzte, IR-durchlässige Fenster.
Aus fertigungstechnischen Gründen
kann es jedoch vorteilhaft sein, wenn die Hülse insgesamt aus einem IR-durchlässigen Material
gebildet ist. Hierfür kommt insbesondere
Quarzglas in Frage. Zylinderförmige Hülsen aus
Quarzglas stehen kostengünstig
zur Verfügung.
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Die Hülse kann außenseitig mit Einfassungen
oder Abdeckungen versehen sein, beispielsweise wenn besondere Schutzmaßnahmen
wegen hoher Drücke
oder großer
in der Förderleitung
geförderter
Festkörper
erforderlich sind. Bevorzugt ist jedoch, wenn die Hülse die
radiale Außenseite
des Verdrängungskörpers bildet,
d.h. sie keine außenseitige
Abdeckung mehr aufweist. In diesem Fall ergibt sich durch die längserstreckte
Anordnung der möglichst glatten
Hülse ein
optimaler Schutz gegen Ablagerungen, Verschmutzungen und Beschädigungen
von Hülse
und/oder IR-Sensoren.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung
weist vorteilhafterweise mehrere IR-Sensoren auf, die derart über den
Umfang des Verdrängungskörpers verteilt
angeordnet sind, daß deren
jeweils einen Sektor um den Verdrängungskörper bildende Blickfelder die Förderleitung
um den Verdrängungskörper abdecken.
Auf diese Weise wird eine lückenlose Überwachung
des Raumes um die Förderleitung
ermöglicht. Dabei
können
die IR-Sensoren vorteilhafterweise in azimutaler und/oder axialer
Richtung des Verdrängungskörpers gegeneinander
versetzt sein. Die Anzahl der IR-Sensoren liegt vorteilhafterweise
zwischen 3 und 10, vorzugsweise zwischen 5 und 8.
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In besonders sicherheitskritischen
Systemen oder in Systemen, die schlecht zugänglich sind, können auch
mehrere IR-Sensoren für
einen Sektor vorgesehen sein. Auf diese Weise kann eine redundante Überwachung
erfolgen oder beim Ausfall eines IR-Sensors auf einen anderen umgeschaltet
werden.
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Mit der Erfindung wird eine Vorrichtung
zum Erkennen von Glimmnestern geschaffen, die eine sichere, dauerhafte
und empfindliche Erkennung von Glimmnestern ermöglicht. Ein weiterer Vorteil
der Erfindung besteht darin, daß sie
fertigungstechnisch unaufwendig hergestellt werden kann und sowohl
einen einfachen Einbau in bestehende Förderleitungen als auch eine
unaufwendige Wartung und Reparatur ermöglicht.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand
eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die
darin beschriebenen Besonderheiten können einzeln oder in Kombination miteinander
eingesetzt werden, um bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung zu
schaffen.
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Es zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erkennen
von Glimmnestern in einer pneumatischen Förderleitung,
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2 einen
Schnitt A-A' zu 1,
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3 einen
Schnitt B-B' zu 1,
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4 einen
Schnitt C-C' zu 1,
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5 einen
Längsschnitt
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Erkennen von Glimmnestern in einer pneumatischen Förderleitung, ähnlich wie 1,
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6 die
zweite Aufhängung
und einen Schnitt durch die daran befestigte Vorderhülse,
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7 die
erste Aufhängung
und einen Schnitt durch die daran befestigte Endhülse,
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8 einen
Schnitt D-D' zu 5,
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9 eine
Aufsicht auf den Deckel,
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10 eine
Aufsicht auf das Rohrstück
der Förderleitung,
in welches das Detektionssystem eingebaut wird,
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11 eine
Seitenansicht der Aufnahmebuchse für die Sensoren,
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12 eine
Einzelheit zu 11,
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13 eine
elektronische Schaltung der IR-Sensoren in der Hülse,
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14 einen
Schaltplan eines Vorverstärkers
für einen
IR-Sensor,
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15 einen
Schaltplan einer Hauptverstärker-
und Komparatorschaltung und
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16 eine
Logikschaltung zur Signalauswertung.
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Die 1 zeigt
eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erkennen von
Glimmnestern 1, die sich mit einer Geschwindigkeit v in
einer pneumatischen Förderleitung 2 bewegen.
Die Glimmnestdetektionsvorrichtung umfaßt einen längserstreckten Verdrängungskörper 3,
der in der Förderleitung
angeordnet ist und IR-Sensoren 4 zum
Detektieren von Glimmnestern 1 aufweist.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Förderleitung 2 im
Bereich des Verdrängungskörpers 3 aus
weiter unten erläuterten
Gründen
auf geweitet. Selbstverständlich
ist es auch bedarfsweise möglich,
die Förderleitung 2 im
Bereich des Verdrängungskörpers 3 mit
demselben Querschnitt wie in den anschließenden Rohrabschnitten auszubilden oder
sogar zu verengen.
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Der Verdrängungskörper 3 ist mit einer
ersten Haltevorrichtung 5 und einer zweiten Haltevorrichtung 6 an
der Rohrwand der Förderleitung 2 befestigt
und vorzugsweise in der Mitte des Querschnittes der Förderleitung 2 angeordnet.
Er umfaßt
eine in Strömungsrichtung
u der Förderleitung
längserstreckte
Hülse 7,
die zumindest an manchen Stellen IR-durchlässig ist. Die IR-Sensoren 4 sind
im Innern der Hülse 7 an
IR-durchlässigen
Stellen der Hülse 7 angeordnet.
Am vorderen Ende 8 und am hinteren Ende 9 ist
die Hülse 7 mit
strömungsgünstigen
Verschlüssen
versehen.
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Vorteilhafterweise ist der Verdrängungskörper 3 strömungsgünstig geformt.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der Verdrängungskörper 3 am vorderen,
strömungsaufwärts gelegenen
Ende 8 sich entgegen der Strömungsrichtung u verjüngend ausgebildet
ist bzw. wenn der Verdrängungskörper 3 am hinteren,
strömungsabwärts gelegenen
Ende 9 sich in der Strömungsrichtung
u verjüngend
ausgebildet ist.
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Bei den IR-Sensoren handelt es sich
um infrarot-empfindliche Sensoren, vorzugsweise um Photoleiter aus
Bleiselenid oder Bleisulfid, sogenannte PbSe- oder PbS-Sensoren.
Diese IR-Sensoren 4 reagieren auf die von Glimmnestern 1 emittierte
Infrarot-Strahlung, und ihr Signal wird zum Erkennen vorbeifliegender
Glimmnester 1 ausgewertet.
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Der Durchmesser d der Förderleitung 2 beträgt etwa
80 mm und der Außendurchmesser
des Verdrängungskörpers 3 ca.
25 mm. Um einen Rückstau
des in der Förderleitung 2 geförderten
Produkts durch den Einbau des Verdrängungskörpers 3 in die Förderleitung 2 zu
vermeiden, ist die Förderleitung 2 im
Bereich des Verdrängungskörpers 3 auf
einen Durchmesser D von etwa 90 mm auf geweitet, so daß die freie
Querschnittsfläche
A (siehe 3) der Förderleitung 2 auch
im Bereich des Verdrängungskörpers 3 als
freier Querschnitt B (siehe 4)
für die Strömung zur
Verfügung
steht. Der Abstand zwischen der Wandung der Förderleitung 2 und
dem äußeren Rand
des Verdrängungskörpers 3 beträgt somit
etwa 30 mm. Die Länge
L des aufgeweiteten Bereichs der Förderleitung 2 beträgt ca. 300
mm.
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Die 2 zeigt
in einem Schnitt A-A' zu 1 die Anordnung der IR-Sensoren 4 in
der Hülse 7.
Die IR-Sensoren 4 sind vorzugsweise mit zu dem Verdrängungskörper 3 radial
orientierter Blickrichtung angeordnet, so daß sie jeweils einen Sektor
S des für
die Strömung
in der Förderleitung 2 freien Querschnitts
um den Verdrängungskörper 3 erfassen.
Vorteilhafterweise umfaßt
die erfindungsgemäße Vorrichtung
mehrere IR-Sensoren 4, die derart über den Umfang des Verdrängungskörpers 3 verteilt angeordnet
sind, daß deren
jeweils einen Sektor S um den Verdrängungskörper 3 bildende Blickfelder die
Förderleitung
2 um den Verdrängungskörper 3 abdecken.
Auf diese Weise kann der für
die Strömung
freie Raum um den Verdrängungskörper 3 lückenlos
auf das Vorhandensein von Glimmnestern 1 überwacht
werden.
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Um die Abdeckung des freien Querschnitts um
den Verdrängungskörper 3 zu
erzielen, werden die IR-Sensoren 4 vorteilhafterweise in
azimutaler Richtung, d.h. in einer Querschnittsebene senkrecht zur
Strömungsrichtung
u, und/oder in axialer Richtung, d.h. in Längsrichtung des Verdrängungskörpers 3 gegeneinander
versetzt. In 2 ist der
azimutale Versatz und in 1 der
axiale Versatz der IR-Sensoren 4 veranschaulicht. Dadurch,
daß die
IR-Sensoren 4 gegenüber
ihren Nachbarn versetzt sind, wird eine vollständige Überwachung des Raumes rund um
die Hülse 7 gewährleistet.
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Die Zahl der IR-Sensoren 4 hängt von
den jeweiligen baulichen Gegebenheiten und der Größe des Erfassungsbereichs
der jeweiligen IR-Sensoren 4 ab. In der Regel wird es vorteilhaft
sein, wenn die Zahl der IR-Sensoren 4 zwischen 3 und 10,
vorzugsweise zwischen 5 und 8, liegt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
werden sechs IR-Sensoren 4 verwendet.
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Aufgrund der Anordnung des Verdrängungskörpers 3 in
der Mitte der Förderleitung 2 kann
ein Glimmnest 1 die IR-Sensoren 4 nur
in einem maximalen Abstand passieren, der erheblich kleiner ist
als der Abstand, der sich bei Anordnung der IR-Sensoren 4 in
der Rohrwand der Förderleitung 2 unter
Verzicht des Einsatzes eines Verdrängungskörpers 3 ergibt.
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Nach einem weiteren vorteilhaften
Merkmal wird vorgeschlagen, daß der
radiale Abstand zwischen der Außenseite
des Verdrängungskörpers 3 bzw.
der Hülse 7 und
der Innenwandung der Förderleitung 2 im
Bereich des Verdrängungskörpers 3 derart
klein gewählt
wird oder daß der
Durchmesser des Verdrängungskörpers 3 derart
groß gewählt wird, daß die IR-Sensoren 4 entlang
der Innenwandung der Förderleitung 2,
d.h. in einem maximalen Abstand zu den IR-Sensoren 4, geförderte Glimmnester 1 erkennen
können.
Dadurch wird ein geringer Abstand zwischen der Wandung der Förderleitung 2 und
dem äußeren Rand
eines vorbeifliegenden Glimmnestes 1 erzielt und eine sichere
Erkennung gewährleistet.
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Die 3 veranschaulicht
in einem Schnitt den freien Querschnitt A im Bereich der Förderleitung 2 vor
oder hinter dem Verdrängungskörper 3,
und in 4 ist der freie
Querschnitt B der Förderleitung 2 im
Bereich des Verdrängungskörpers 3 dargestellt. Nach
einem vorteilhaf ten Merkmal wird vorgeschlagen, daß der Querschnitt
bzw. Durchmesser der Förderleitung 2 im
Bereich des Verdrängungskörpers 3 gegenüber dem
stromauf- und/oder stromabwärts gelegenen
Bereich der Förderleitung 2 vergrößert ist. Eine
weitere vorteilhafte Ausbildung kann darin bestehen, daß der im
Bereich des Verdrängungskörpers 3 für die Strömung in
der Förderleitung 2 frei bleibende
Querschnitt B mindestens so groß ist
wie der Querschnitt A der weiter stromauf- und/oder stromabwärts gelegenen
Förderleitung 2.
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Wenn der im Bereich des Verdrängungskörpers 3 für die Strömung in
der Förderleitung 2 frei bleibende
Querschnitt B mindestens so groß oder größer ist
als der Querschnitt A der weiter stromauf- und/oder stromabwärts gelegene
Förderleitung 2 wird
gewährleistet,
daß es
durch die Anordnung des Verdrängungskörpers 3 in
der Förderleitung 2 zu
keiner nennenswerten Verengung der Förderleitung bzw. Erhöhung der
Strömungsgeschwindigkeit kommt.
In besonderen Ausführungsformen
kann es möglicherweise
aber auch vorteilhaft sein, den Querschnitt B kleiner als den Querschnitt
A zu wählen, beispielsweise
um eine hohe Strömungsgeschwindigkeit
v zur Verminderung von Ablagerungen und Verschmutzungen der Hülse 7 zu
erzielen.
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Die 5 zeigt
einen Längsschnitt
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Erkennen von Glimmnestern 1 in einer Förderleitung 2 entsprechend 1.
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Der Verdrängungskörper 3 umfaßt eine
Hülse 7,
in der die IR-Sensoren 4 angeordnet sind. Die Hülse 7 und
die weiteren Elemente des Verdrängungskörpers 3 werden
mit einer ersten Haltevorrichtung 5 im Innern, vorzugsweise
in der Mitte der Förderleitung 2,
gehalten. Die erste Haltevorrichtung 5 ist in dem dargestellten
bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel
als Haltekrümmer
ausgebildet und am hinteren, strömungsabwärts gelegenen
Ende 9 des Verdrängungskörpers 3 angeordnet.
Diese Anordnung ist gegenüber
einer Anbringung der ersten Haltevorrichtung 5 am vorderen,
strömungsaufwärts gelegenen
Ende 8 des Verdrängungskörpers 3 vorteilhaft, weil
dadurch die Anströmung
der die IR-Sensoren 4 enthaltenden Hülse 7 besser gestaltet
werden kann und nicht durch ein Strömungsschatten der ersten Haltevorrichtung 5 beeinträchtigt wird.
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Aus strömungstechnischen Gründen ist
es vorteilhaft, wenn der Verdrängungskörper 3 strömungsgünstig geformt
ist. In dem Ausführungsbeispiel
ist der Verdrängungskörper 3 am
vorderen, strömungsaufwärts gelegenen
Ende 8 sich entgegen der Strömungsrichtung u verjüngend sowie
am hinteren, strömungsabwärts gelegenen
Ende 9 sich in der Strömungsrichtung
u verjüngend
ausgebildet. Er umfaßt
am vorderen, strömungsaufwärts gelegenen Ende 8 eine
Vorderhülse 11 in
Form eines Stromlinienkörpers,
um einen Strömungsabriß beim Übergang
auf die Hülse 7 möglichst
zu vermeiden.
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Die Vorderhülse 11 ist mit einer
zweiten Haltevorrichtung 6 verbunden, mit der der Verdrängungskörper 3 in
der Förderleitung 2 gehalten
ist und die in einem axialen Abstand zu der ersten Haltevorrichtung 5 an
dem Verdrängungskörper 3 angeordnet ist.
Die zweite, am vorderen Ende 8 angeordnete Haltevorrichtung 6 dient
im wesentlichen dazu, die Richtung des Verdrängungskörpers 3 in der Strömung zu stabilisieren.
Da durch die zweite Haltevorrichtung 6 keine elektrischen
Leitungen geführt
werden, ist die zweite Haltevorrichtung 6 schwächer als
die erste Haltevorrichtung 5 ausgebildet. Dies hat den
Vorteil, daß die
zweite Haltevorrichtung 6 einen möglichst kleinen Strömungsschatten
erzeugt, was Ablagerungen auf der Hülse 7 vermeidet.
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Nach einem weiteren vorteilhaften
Merkmal wird vorgeschlagen, daß der
Querschnitt der Vorderhülse 11 mindestens
so groß ist,
daß sich
die längserstreckte
Hülse 7 im
Strömungsschatten
der Vorderhülse 11 befindet.
Dadurch wird die Hülse 7 gut
gegen Beschädigungen
durch in der Förderleitung 2 heranfliegende
Teile geschützt.
Aus diesem Grund ist es auch vorteilhaft, wenn die Vorderhülse 11 aus
einem schlagfesten Material, insbesondere aus Stahl, gefertigt ist.
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Die IR-durchlässige Hülse 7, in deren Innern die
IR-Sensoren 4 angeordnet sind, ist mittels O-Ringen 13 gegen
die Vorderhülse 11 und
gegen eine Endhülse 12 abgedichtet.
Dadurch wird erreicht, daß der
Innenraum der Hülse 7 und
somit die IR-Sensoren 4 staubfrei angeordnet sind.
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Die Vorderhülse 11, die Hülse 7 und
die Endhülse 12 sind
außenseitig
glatt und gehen stetig und bündig
ineinander über.
Die Außenseite
des Verdrängungskörpers 3 ist
somit insgesamt, insbesondere der von der Hülse 7 gebildete Teil,
weitgehend glatt. Dies ist sowohl in Bezug auf den von dem Verdrängungskörper 3 ausgehenden
Strömungswiderstand als
auch in Bezug auf die Vermeidung von Ablagerungen und Verschmutzungen
auf dem Verdrängungskörper 3,
insbesondere auf der Hülse 7,
vorteilhaft.
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Zur Montage und eventuellen Wartung
des Verdrängungskörpers 3 oder
der IR-Sensoren 4 ist es vorteilhaft, wenn die Förderleitung 2 im
Bereich des Verdrängungskörpers 3 einen
mit einem verschließbaren
Deckel 14 versehenen Ausschnitt 15 aufweist. Dadurch
ist die Vorrichtung leicht zugänglich,
schnell ein- und ausbaubar und kann erforderlichenfalls insgesamt
in einer kurzen Betriebsunterbre chung gegen eine andere vormontierte
Einheit ausgetauscht werden.
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Auf dem Deckel 14 ist ein
Vorverstärkergehäuse 10 montiert.
Im Vorverstärkergehäuse 10 wird das
obere Ende der ersten Haltevorrichtung 5 mit einer Gewindehülse 19 verschraubt.
Das Innere des Vorverstärkergehäuses 10 wird
mit einem O-Ring 18 gegen die Gewindebuchse, den Boden
des Vorverstärkergehäuses 10 und
die erste Haltevorrichtung 5 abgedichtet.
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Die 6 zeigt
das vordere Ende B. Die Vorderhülse 11 (im
Schnitt dargestellt) ist mit der zweiten Haltevorrichtung 6 verbunden
(geschraubt, geschweißt
o.ä.).
An der zweiten Haltevorrichtung befindet sich ein Schlüsselansatz 17.
Der Schlüsselansatz 17 dient
dazu, die zweite Haltevorrichtung 6 und die damit verbundene
Vorderhülse 11 bei
der Montage gegen Verdrehen zu sichern.
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Die 7 zeigt
das hintere Ende 9. Die als Krümmer ausgebildete erste Haltevorrichtung 5 ist fest
mit der daran angesetzten Endhülse 12 verbunden.
Die Haltevorrichtung 5 ist hohl ausgebildet und in ihrem
Innern verlaufen die elektrischen Anschlußleitungen für die IR-Sensoren 4.
Durch die erste Haltevorrichtung 5 werden die elektrischen
Anschlußleitungen
von der Aufnahmebuchse 20 direkt in ein Vorverstärkergehäuse 10 geführt. Durch
einen Paßstift 16 wird
die erste Haltevorrichtung 5 im Deckel 14 axial
fixiert. Wie in 5 dargestellt,
wird der Innenraum des Vorverstärkergehäuses 10 mit
einem O-Ring 18 abgedichtet.
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Die 8 veranschaulicht
in einem Schnitt D-D' zu 5, daß die Förderleitung 2 im Bereich des
Verdrängunskörpers 3 einen
verschließbaren Deckel 14 aufweist.
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Der Deckel 14 wird bei der
Montage mit dem auf die Förderleitung
aufgestzten Flansch 21 verschraubt. Der Verdrängungskörper 3 ist
vorteilhafterweise mit einer oder mehreren Haltevorrichtungen mit
dem Deckel 14 verbunden.
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In 9 ist
die Aufsicht auf den Deckel 14, der den Ausschnitt 15 verschließt dargestellt.
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Die 10 zeigt
eine Aufsicht auf die Förderleitung 2 im
Bereich des Verdrängungskörpers 3, wobei
der Deckel 14 abgenommen ist. Man erkennt den Ausschnitt 15 in
der Förderleitung 2,
in den der Verdrängungskörper eingesetzt
werden kann. Der Deckel 14 wird mit dem auf die Förderleitung 2 aufgesetzten
Flansch 21 verschraubt. In manchen Ausführungsformen kann auch die
Verwendung einer Schnellschlussvorrichtung zweckmäßig sein.
Zwischen Deckel 14 und Flansch 21 kann eine dünne Dichtung
eingesetzt werden, so dass der Ausschnitt 15 in der Förderleitung 2 abgedichtet
wird.
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Die 11 zeigt
in einer Einzelheit zur 5 eine
hülsenförmige Aufnahmebuchse 20,
die in der Hülse 7 angeordnet
ist und die IR-Sensoren 4 trägt. Die Öffnungen in der Aufnahmebuchse 20,
in die die IR-Sensoren 4 eingesetzt werden, sind ebenfalls
dargestellt. Man erkennt, daß die
IR-Sensoren 4 sowohl in azimutaler als auch in axialer
Richtung der Aufnahmebuchse 20 gegeneinander versetzt sind,
damit die von ihnen abgedeckten sektorförmigen Blickfelder den gesamten
Raum um den Verdrängungskörper 3 abdecken.
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Die Aufnahmebuchse 20 besteht
vorteilhafterweise aus Metall, beispielsweise Aluminium oder Eisen.
Um den Einbau der IR-Sensoren 4 in die Aufnahmebuchse 20 zu
erleichtern, kann vorgesehen sein, daß die Aufnahmebuchse
20 aus
zwei Teilen aufgebaut ist. Die beiden Teile der Aufnahmebuchse 20 können dabei
aus montagetechnischen Gründen unsymmetrisch
aufgebaut sein. Bei der Montage können sie durch zwei paßgenaue
Metallringe zusammengehalten werden, und die komplette Aufnahmebuchse 20 mit
den IR-Sensoren 4 kann mittels Distanzscheiben zwischen
den beiden Auflagepunkten des Verdrängungskörpers 3 gelagert werden.
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In 12 ist
in einer Aufsicht auf die Aufnahmebuchse 20 die azimutale
Anordnung der IR-Sensoren bzw. der von ihren Blickfeldern erfaßten Sektoren
S veranschaulicht. Es werden in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
IR-Sensoren 4 mit
einem Blickfeldwinkel von 60° verwendet,
so daß insgesamt 6
IR-Sensoren 4 für
eine 360°-Überwachung
der Förderleitung
erforderlich sind. Bei IR-Sensoren 4 mit anderen Blickfeldwinkeln
erhöht
bzw. erniedrigt sich die Zahl der erforderlichen IR-Sensoren entsprechend.
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Die 13 bis 16 veranschaulichen Ausführungsformen
der elektronischen Schaltung zum Betreiben der IR-Sensoren 4 und
Auswerten ihrer Signale. Die 13 zeigt
eine elektronische Schaltung, die in der Aufnahmebuchse 20 untergebracht
ist. Dargestellt sind die mit S1 bis S6 bezeichneten IR-Sensoren 4 mit
jeweils dazugehörenden
1 MΩ-Widerständen. An
+V liegt die Betriebsspannung für
die Sensoren an. Die Ausgänge
führen
durch das Innere der hohl ausgebildeten ersten Haltevorrichtung 5 zu einem
Vorverstärker.
Die Kondensatoren dienen der Glättung
der Betriebsspannung.
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Die IR-Sensoren 4 werden
mit einer konstanten Vorspannung betrieben. Die Spannungsänderung
aufgrund einer Widerstandsänderung
beim Auftreffen von IR-Strahlung wird ver stärkt und gemessen. Ein IR-Sensor 4 stellt
einen sich ändernden Ohmschen
Widerstand dar. Jeder IR-Sensor 4 ist mit einem Ohmschen
Widerstand von 1 MΩ so
in Reihe geschaltet, daß eine
Widerstandsänderung
des IR-Sensors 4 einen Spannungsabfall zwischen diesem
Widerstand und dem IR-Sensor 4 hervorruft. Diese Spannungsänderung
ist das Nutzsignal. Die beiden parallel geschalteten Kondensatoren
dienen dazu, eventuell in der Vorspannung auftretende Schwankungen
auszugleichen.
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Die Signale der in 13 dargestellten elektronischen Schaltung
werden in Vorverstärkern,
die sich vorzugsweise außerhalb
der Förderleitung 2 aber
möglichst
nah an den Sensoren befinden, verstärkt. Der Schaltplan eines solchen
Vorverstärkers ist
in 14 dargestellt. Der
gesamte Vorverstärker besteht
aus sechs solchen einzelnen nicht-invertierenden Verstärkern. Damit
das vom IR-Sensor kommende Spannungssignal verstärkt werden kann, muß das Signal
von der Vorspannung abgetrennt werden. Dies erfolgt mit einem Kondensator
am Eingang des Vorverstärkers.
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Zur Verstärkung sehr kleiner Spannungen werden
rauscharme Operationsverstärker
verwendet, da die später
nachfolgende Verstärkerstufe
das Rauschen mit verstärkt.
Der im Vorverstärker
verwendete Operationsverstärker
OPA 627 ist ein solch rauscharmer Operationsverstärker mit
einer sehr geringen Eingangsrauschspannung. Die Vorverstärkerschaltung
verdreifacht die Eingangssignale. Zum Dämpfen hochfrequenter Störungen wird
die Versorgungsspannung des Operationsverstärkers der Vorverstärkerschaltung über eine
Tiefpaßschaltung
von hochfrequenten Störungen
befreit.
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Die Ausgangssignale der Vorverstärkerschaltungen
werden in Hauptverstärkerschaltungen weiter
verstärkt.
Der Hauptverstärker
setzt sich aus sechs invertierenden Verstärkern zusammen, von denen einer
in 15 dargestellt ist.
Für die
Verstärkerschaltung
wurde der Präzisions-Operationsverstärker LT
1028 verwendet. Die Verstärkung
kann an 10 kΩ Präzisionspotentiometern
eingestellt werden. Am Ausgang eines Hauptverstärkers durchläuft das Signal
eine Hochpaßschaltung
und wird anschließend
durch eine Diode von negativen Anteilen befreit. Danach wird das
Signal auf eine Komparatorschaltung, die ebenfalls in 15 dargestellt ist, gegeben.
Diese Schaltung wurde mit einem präzisen und kostengünstigen
Standardoperationsverstärker OP
07 E realisiert. Die Ansprechschwelle des Komparators kann mit Hilfe
eines 10 kΩ Potentiometers variiert
werden. Beim Überschreiten
dieser eingestellten Triggerschwellenspannung gibt der Komparator
einen hohen Rechteckimpuls ab, dessen Dauer mit der Dauer der Schwellenüberschreitung übereinstimmt.
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Die Ausgangssignale der sechs Komparatorschaltungen
werden auf die sechs Eingänge
einer in 16 dargestellten
Logikschaltung geführt,
die über
Flip-Flops sieben Leuchtdioden ansteuert. Jedem IR-Sensor 4 ist
eine rote LED zugeordnet. Diese sechs LEDs sind, entsprechend der
räumlichen
Orientierung der Sensoren im Rohr, kreisförmig angeordnet und durchnumeriert.
Eine siebte, gelbe LED dient der generellen Anzeige eines Detektionsereignisses,
bei dem ein Glimmnest 1 erkannt wurde. Die roten LEDs leuchten
bei einem Komparatorrechtecksignal des entsprechenden IR-Sensors 4 auf
und erlöschen
erst bei Betätigung
einer Reset-Taste. Anhand der roten LEDs kann man erkennen, wo in
der Förderleitung 2 ein
Glimmnest 1 detektiert wurde.
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Die vorstehend beschriebene elektronische Schaltung
kann vorzugsweise für
einen Erprobungsbetrieb verwendet werden. Für eine serienmäßige Anwendung
kann die elektronische Schaltung abgewandelt werden, beispielsweise
durch eine automatische Einstellung der Triggerschwelle mit Hilfe
eines Spitzenwertspeichers oder durch die komplette Signalauswertung
mittels eines Rechners.
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Die beispielhaft beschriebene Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
weist eine Vielzahl von Vorteilen auf. Durch die Anordnung der IR-Sensoren 4 in
einem Verdrängungskörper 3 in der
Mitte der pneumatischen Förderleitung 2 ist
der maximal mögliche
Abstand zwischen einem IR-Sensor 4 und einem vorbeifliegenden
Glimmnest 1 so weit reduziert, daß eine sichere Glimmnesterkennung
möglich
ist. Die Vorrichtung weist somit nicht den Nachteil von Erkennungssystemen
auf, bei denen die IR-Sensoren 4 in der Wandung der Förderleitung 2 angeordnet
sind und bei denen die Absorption der von den Glimmnestern 1 emittierten
IR-Strahlung durch das Fördergut
wesentlich ist.
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Die zentrale Anbringung des die IR-Sensoren 4 tragenden
Verdrängungskörpers 3 in
der Mitte der Förderleitung 2 hat
den weiteren Vorteil, daß durch
die hohe Strömungsgeschwindigkeit
in der Mitte der Rohrleitung die Hülse 7 am Verdrängungskörper 3 stets
sauber gehalten wird; Staubablagerungen und eine damit einhergehende
Erblindung der IR-Sensoren werden vermieden.
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Ferner können die IR-Sensoren 4 und
die elektronische Schaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung so ausgelegt
werden, daß die
Beschränkung
herkömmlicher
Systeme auf die Erkennung von Glimmnestern 1 mit Oberflächentemperaturen
oberhalb von 250 °C
entfällt.
Die beschriebene Vorrichtung kann so ausgebildet werden, daß sogar
Glimmnester 1 mit einer Oberflächentemperatur von weniger
als 100 °C
zuverlässig
erkannt werden können. Dies
stellt einen erheblichen Sicherheitsgewinn dar.
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Ein weiterer, durch die konstruktive
Ausbildung erzielter Vorteil ist dadurch gegeben, daß die Strömungsrichtung
u nicht senkrecht auf empfindliche Oberflächen, beispielsweise aus Glas,
des Verdrängungskörpers 3 bzw.
der IR-Sensoren 4 trifft, sondern überwiegend
oder vorzugsweise ausschließlich
parallel zu diesen empfindlichen Flächen orientiert ist. Damit
werden nicht nur Verschmutzungen und Ablagerungen weitestgehend
vermieden, sondern auch direkte Schläge durch das Fördergut oder
in der Strömung
mitgeführte
Festkörper.
Zumindest wird durch diese konstruktive Ausbildung die Gefahr von
Glasbruch aufgrund von mit im Förderstrom
transportierten Festkörpern
sehr erheblich reduziert.
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- 1
- Glimmnest
- 2
- Förderleitung
- 3
- Verdrängungskörper
- 4
- IR-Sensor
- 5
- erste
Haltevorrichtung
- 6
- zweite
Haltevorrichtung
- 7
- Hülse
- 8
- vorderes
Ende
- 9
- hinteres
Ende
- 10
- Vorverstärkergehäuse
- 11
- Vorderhülse (Kappe)
- 12
- Endhülse
- 13
- O-Ring
- 14
- Deckel
- 15
- Ausschnitt
- 16
- Paßstift
- 17
- Schlüsselansatz
- 18
- O-Ring
- 19
- Gewindehülse
- 20
- Aufnahmebuchse
- 21
- Flansch
- A
- freier
Querschnitt
- B
- freier
Querschnitt
- D
- Durchmesser
- d
- Durchmesser
- L
- Länge
- S
- Sektor
- u
- Strömungsrichtung
- v
- Geschwindigkeit