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Verfahren und Vorrichtung zur Messung und Regelung einer in der Zeiteinheit
kontinuierlich geförderten Schüttgutmenge Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Bestimmung der in der Zeiteinheit kontinuierlich geförderten Menge Schüttgut, insbesondere
feinkörniger Granulate.
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Zum Messen und Regeln einer in der Zeiteinheit durchgesetzten und
kontinuierlich geförderten Schüttgutmenge sind verschiedene Verfahren in Anwendung.
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Oftmals wird der Schüttgutstrom über ein Mengenmeßgerät geleitet,
dlas aus einem endlos.en Förderband mit zwei Walzen besteht, von denen wenigstens
eine angetrieben wird. Das Band mit Walzen und Antrieb bildet dabei praktisch eine
Waagschale, die ständig ausgewogen wird, so daß sich die in der Zeiteinheit durchgesetzten
Schüttgutmengen laufend ermitteln lassen. Durch automatisches Integrieren der Meßwerte
erhält man außerdem die Menge des von einem vorgegebenen Zeitpunkt ab geförderten
Gutes.
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Nachteilig bei diesem bekannten Meßverfahren ist vor allem das große
Gewicht der Waagschalen- bzw.
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ßandanordnuug, die eine genaue Messung vor allem Meiner Mengen nicht
zuläßt. Außerdem bleibt das Taragewicht einer solchen Bandwaage nicht konstant,
da erfahrungsgemäß von dem Band Schüttgutteilchen herabfallen oder am Band selbst
anhaften und somit das Leergewicht der Waagenanordnung unkontrollierbar machen-.
Die Mengenanzeige ist regelmäßig zu hoch.
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Weiterhin ist es bekannt, das Schüttgut über eine Waage mit einer
kippbaren Waagschale oder einem Behälter mit verschließbarem Boden zu leiten. Sobald
das eingestellte Sollgewicht erreicht ist, wird der Behälter selbsttätig durch Kippen
oder Öffnen der Bodenklappe entleert. Hierdurch wird jedoch der kontinuierliche
Fördergang in einen diskontinuierlichen umgewandelt.
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Für viele Bearbeitungsvorgänge, insbesondere solche bei denen verschiedene
Stoffe gemischt werden sollen, ist es unerläßlid, daß die Kontinuität der Zuführung
erhalten bleibt. Die Verwendung des letzteren Meßverfahrens scheidet schon deshalb
aus, weil die Zahl der Wägezyklen zum Füllen und Entleeren selbst bei kleinsten
Geräten auf zwei je Minute begrenzt ist. jede Steigerung der Geschwindigkeit geht
dabei zu Lasten der Meßgenauiígkeit.
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Bei dem letzteren Meßverfahren wird aber, vor allem bei einer großen
Zahl der Wägezyklen, nicht nur das Gewicht des Fördergutes gemessen, sondern auch
der durch dessen kinetische Energie ausgeübte Stoß. Bei dem Versuch, dieses an sich
stufenförmige Meßverfahren kontinuierlieh auszuüben, wurde. auch schon die Verwendung
eines Schaufelrades vorgeschlagen, das iiber einen gesonderten Antrieb mit konstanter
Geschwindfgkeit -gedreht und dessen Achse ständig ausgewogen wird. Auch hierbei
lagert sich ein
Teil des Schüttgutes am Rad selbst und an der Waageeinrichtung ab,
so daß schon aus diesem Grunde genaue Messungen bei kleinen Sohütt.gutmengen nicht
möglich sind. Vor allem wird hierbei auch der Aufprall des Schiittgutes mitgemessen.
Dieses Meßverfahren hat sich daher selbst bei groben Schüttgütern nicht durchsetzen
können.
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Erfindungsgemäß wird das Schüttgut über ein frei drehbares Fächerrad
gleitet und dabei das durch die auf dem Fächerrad aufliegende Gutmenge auf das Fächerrad
ausgeübte Drehmoment mittelbar oder unmittelbar gemessen. Falls bei dieser Ausführungsform
sich Schüttgutteilchen oder Staub am Fächerrad ablagern sollten, so haben sie keinen
Einfluß auf das Meßergebnis, da sie sich erfahrungsgemäß recht gleichmäßig am Umfang
verteilen, wobei außerdem auch eine ungleichmäßige Verteilung nicht stören würde,
weil das dadurch hervorgerufene Drehmoment, integriert über eine Umdrehung, den
Wert Null ergibt. Aber auch die kinetische Energie des auftreffenden Schüttgutes
kann vor allem dann das Meßergebnis nicht beeinflussen, wenn man das Gut dem Fächerrad
mit einer Bewegungsrichtung zuführt, deren Vektor beim Auftreffen auf das Rad dessen
Drehachse wenigstens annähernd schneidet. Da die Achse maschinenfest gelagert werden
kann, ruft der Aufprall nur innere Kräfte hervor und hat keinen Einfluß auf das
Drehmoment. Durch eine Sicherung, z. B. eine.möglichst reibungsarme Einwegkupplung,
kann trotz der vorerwähnten Auftreffrichtung gewährleistet werden,
daß
das Rad in einer voregebenen Bewegungsrichtung anläuft. Die Richtung selbst ,ist
aber regelmäßig unerheblich für die Messung, so daß man gegebenenfalls zwei Aufnahmevorrichtungen
vorsehen kann und es dem Rad uberläßt, in welcher Richtung es seine Drehung beginnt.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, das Fächerrad
drehzahlabhängig zu bremsen und dann die Drehzahl des Rades zu messen. Grundsätzlich
kann auch die Messung unmittelbar über das Drehmoment vorgenommen werden. Um Reibungswiderstände
zu vermeiden, soll die Drehzahl möglichst berührungsfrei gemessen werden. Der Meßwert
selbst kann tdann in an sich bekannter Weise mit einem elinstellbaren Sollwert verglichen
und die Abweichung zur Regelung der dem Fächerrad zugeführten Schüttgutmenge verwendet
werden.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Ausübung des
vorerwähnten Verfahrens unter Verwendung eines ständig umlaufenden Fächerrades,
welche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß das Fächerrad frei drehbar gelagert
ist und daß eine Meßvorrichtung zur mittelbaren oder unmittelbaren Messung des auf
das Rad ausgeübten Dfehmoments vorgesehen ist. Der waagerechte Abstand einer oberhalb
des Fächerrades angeordneten Zuführanordnung von der Achse des Fächerrades soll
etwas größer als die waagerechte Bewegung des fallenden Schüttgutes ausgebildet
werden, derart, daß der Vektor des auf das Fächerrad auftreffenden Schüttgutes die
Radachse wenigstens annähernd schneidet.
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Bevorzugt wird die Ausbildung der Zuführvorrichtung als von einem
Vibrator angetriebene Schüttelrinne, da diese die Eigenschaft hat, das Schüttgut
auch bei veränderten Antriebsgeschwindigkeiten mit im wesentlichen gleicher Waagerechtgeschwindigkeit
abzugeben, sodaß regelmäßig der Idealzustand erreicht wird, daß das auftreffende
Gut durch seine kinetische Energie kein Drehmoment auf das Rad ausübt.
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Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung sind eine drehzahlabhängige
Bremsvorrichtung und eine Drehzahlmeßvorrichtung vorgesehen. Da hier jedem Antriebsdrehmoment
eine bestimmte Winkel geschwindigkeit zugeordnet ist, läßt sich über die Drehzahl
die pro Zeiteinheit durchgesetzte Menge Schüttgut messen.
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Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal kommt eine Wirbelstrombremse
mit einem Permaneatmagneten zur Anwendung, der eine am Fächerrad sitzende Bremsscheibe
aus magnetisch gut leitendem Werkstoff, insbesondere Kupfer, umgreift. An dem Magneten
können Druckluftdüsen vorgesehen werden, Anderen Luftstrom in den Spalt zwischen
Magnet und Bremsscheibe gerichtet ist, so daß dieser Spalt oder die beiderseits
der Scheibe gebildeten Spalte von Staubablagerungen frei gehalten werden und die
Bremswirkung auch nach längerer Betriebszeit unverändert bleibt.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung bestethtin der Verwendung einer
an sich bekannten Drehzahlm.eßvorrichtung mit einem lichtelektrischen Wandler, dessen
Lichteinfall durch einen Unterbrecher des Fächerrades gesteuert wird. Dabei wird
jede mechanische Belastung des Fächerrades durch die Messung verhindert. Hierbei
ist es vorteilhaft, daß eine im Fächerrad sitzende Scheibe, insbesondere die Bremsscheibe,
auf einem zur Drehachse konzentrischen Kreis Durchbrechungen mit gleichen Umfangsabständen
aufweist und daB zu beiden Seiten der Scheibe im Bereich der
Unterbrechungen gegenüberliegend
eine Lichtquelle und der lichteLektrische Wandler vorgesehen werden.
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Grundsätzlich kann selbstverständlich ohne gesonderte Lichtquelle
gearbeitet werden. In diesem Fall ist jedoch der Aufwand für den Wandler etwas größer.
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Die Lichtquelle und der lichtelektrische Wandler sollen möglichst
in je einem Schutzgehäuse untergebracht werden, das eine Lichtdurchtrittsöffnung
und eine Druckluftzuführung aufweist. Dadurch können Glasscheiben oder Linsen in
der Lichtdurchtrittsöffnung eingespart werden. Die Lichtstrahlen werden somit nicht
geschwächt, und doch wird eine zuverlässige Staubsicherheit für Lichtquelle und
Wandler erzielt. Außerdem werden gleichzeitilg die Durchbrechungen der am Fächerrad
sitzenden Scheibe frei gehalten. Diesem zusätzlichen Zweck dienen auch die am Magneten
vorgesehenen Druckluftdüsen.
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Gegenstand der Erfindung ist weiterhin die Verwendung eines Meßgerätes,
welches in an sich bekannter Weise aus der Anzahl der pro Zeiteinheit gelieferten
Stromimpulse die Drehzahl des Fächerrades und damit die durchgesetzte Menge Schüttgut
ermittelt. Das Meßgerät kann dabei einen Vorwähler aufweisen, und zwischen Vorwähier
und Anzeiger kann eine Steuervorrichtung, insbesondere Kontakteinrichtung, vorgesehen
werden, welche die Antriebsgeschwindigkeit der Zuführeinrichtung steuert.
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Für das Mteßergebnis ist es von erheblicher Bedeutung, daß die Reibung
des Fächerrades möglichst weitgehend herabgemindert oder kcinpensiert wird.
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Da die Reibung der Bewegung im wesentlichen tinverändert bleibt, reicht
les oftmals aus, wenn man in einer bekannten Beweguiigsrichtung dem Rad ein Drehmoment
überlagert, das dem Reibungsmoment des Rades bei mittlerer Belastung entspricht.
Eine weitere Steigerung der Meßgenauliglçeixt ergibt sich jedoch, wenn man ein praktisch
reibungsfreies Luftlager verwendet, welches das Fächerrad in axialer und radialer
Richtung zentriert. Ein für diesen Zweck geeignetes Lager ist in der deutschen Pabentschrift
831045 beschrieben.
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Die Zeichnung gibt eine beispielsweilse Ausführungsform der Erfindung
wieder. Es zeigt Abb. 1 in schematischer Darstellung die Gesamtanordnung einer erfindungsgemiißen
Meßvorrichtung, wobei das Schaufelrad entlang der Linie I-I in Abb. 2 beschnitten
list, Abb. 2 eine Schnitbdarstellung der Schaufeiradanordnung entsprechend der Linie
II-II in Abb. 1, Abb. 3 in vergrößertem Maßstab eine Meßvorrichtung zur Bestimmung
der Drehzahl oder Winkelgeschwindigkeit und Abb. 4 die Kontakteinrichtung einer
Vorwählsteuerung.
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In den Zeichnungen ist mit 1 ein an seinem unteren Ende offener Vorratsbehälter
für feinkörnige Granulate 2 bezeichnet. Unter dem Behälter befindet sich eine Schüttelrinne
3; der Vibrator 4 wird durch einen Magneten 5 angetrieben, dessen Amplitude über
Iden Regelmotor 6 mittels eines Widerstandes 6 a geändert wird. Auf einer Grundplatte
7 sind zwei Lagerstege 8 befestigt, die ein Luftlager 9 tragen. Dieses Luftlager
besteht im wesentlichen aus einem Lagerbolzen 10, an den sich seitlich zwei Hülsen
11, 12 anschließen, 13 ist eine Anschlußmuffe für Druckluft und 14 eine solche für
Abluft.
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Durch eine zentrische Bohrung 15 und eine radiale Bohrung 16 wird
einem Ringk.anal 17 Druckluft zugeführt. Der Ringkanal 17 ist über -eine achsparallele
Bohrung 18 mit einem weiteren Ringkanal 19 verbunden.
Außerhalb
der Ringkanäle 17, 19 sind zwischen einem mittleren Teil des Bolzens 10 und den
Hülsen 11, 12 mit gleichem Durchmesser Ri'ngspalte20, 21 mit etwa 0,03 mm lichter
Weite vorgesehen. Diese Ringspalte können gegebenenfalls auch durch Radialbohrungen
ersetzt werden.
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Auf dem Bolzen 10 sitzt die Nahe 22 eines Fächerrades 23 mit einem
radialen Lagerspiel29 von 0,04 mm.
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Sie ist topfförmig mit durchbohrtem Boden 24 ausgebildet und trägt
auf der in Abb. 2 rechten Stirnseite einen ebenfalls durchbohrten Deckel 25. Die
Hülsen 11, 12 sind abgesetzt ausgebildet. Ihr zur Lager mitte hin liegender Teil
hat den gleichen Außendurchmesser wie der Lagerbolzen 10, und ihre axialen Stirnflächen
haben vom Boden 24 und vom Deckel 25 einen Abstand von je 0,20 mm. Mit 26 ist eine
in der Mitte des Bolzens 10 liegende Außennut bezeichnet, die über eine Radialbohrung
27 und eine Axialbohrung 28 an die Abluftleitung angeschlossen ist. Die Abluft kann
somit durch die Riagnut 26 und axial nach außen zwischen 24, 12 und 25, 11 entweichen.
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Wird auf die Narbe22 eine Radisalkraft, z.l3. von oben durch das
Gewicht des Fächerrades 23 ausgeübt. so wird das Radialspiel oberhalb des Bolzens
10 kleiner als anterbalh. Die Drosselungsverhältnisse zwischen 20, 21 und 29 ändern
sich oben und unten in umgekehrtem Verhältnis, so daß zwischen 10 und 22 oben eine
größere RadilalEkraft als unten erzielt wird. die einem Absenken des Rades entgegenwirkt.
Sinngemäß die gleiche Wirkung tritt ein, wenn das Rad in axialer Richtung aus seiner
Mittelstellung verschoben wird.
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Mit Sicherheit wird jedenfa:lls stets vermieden, daß eine mechanische
Berührung zwischen dem Lagerbolzen 10 bizw. zwischen 11, 12 und der Nahe 22 eintritt.
Daher ist die Lagerreibung auf ein Kleinstmaß berabgemindert und kann praktisch
auch bei feinsten Messungen vernachlässigt werden.
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Das Fächerrad 23 besteht im wesentlichen aus einer fest mit der Nahe
22 verbundenen Scheibe 30, an der ein Trommelansatz 31 sitzt, der wiederum eine
Ringscheibe 32 trägt. Zwischen den Teilen 30 bis 32 wird somit ein Ringkanal gebildet,
der durch Querstege 33 in eine Anzahl gleichbleilbender Fächer34 unterteilt ist.
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Der Lagerbolzen 10 ist derart in Bewegungsrichtung der Granulate2
vom in Abb. 1 linken Ende 35 der Schüttelrinne 3 versetzt angeordnet, da die von
dort herabfallenden Granulate in Richtung des Pfeil es 36 auf das Rald23 auftreffen.
Diese Richtung soll möglichst genau durch die Achse des Bolzens 10 führen.
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Jedenfalls wird stets ein kleines Übergewicht auf der rechten oder
linken Seite vorhanden sein, so daß sich das anfangs stillstehende Rad nach der
einen oder anderen Richtung zu drehen beginnt. In der Grundplatte 7 sind an beiden
Abgabestellen Aufnahmetrichter 37 vorgesehen, welche die vom Fächerrad 23 abgegebenen
Granulate auf ein Förderband 38 leiten, das diese in Richtung des Pfeiles 39 weiterfördert.
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An der Scheibe 30 ist außen eine weitere Scheibe 40 aus Kupfer oder
einem anderen elektrisch gut leitenden Werkstoff befestigt. Unterhalb des Bolzens
10 sitzt auf der Grundplatte 7 ein U-förmiger Permanentmagnet 41, der mit seinen
beiden Schenkeln42) 43 die Scheibe 40 mit geeigneten Luftspalten 44 umschließt.
tYber eine Leitung 45 wird durch zwei Düsen 46 Druckluft in die Spalte44 eingeblasen,
so daß diese sich nicht mit Staub zusetzen können.
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Die Bremswirkung der durch 41 und 40 gebildeten Wirbelstromibremse
ist drehzahllabhängig, d.h., das
Fächerrad23 wird beim Anlaufen durch das Schüttgut
so lange beschleunigt, bis das Antriebsmoment durch das Schüttgut gleich dem Bremsmoment
durch den Magneten 41 ist. Für die Bestimmung der in der Zeiteinheit durchgesetzten
Menge Schüttgut kann somit entweder das Drehmoment oder die Drehzahl blzw.
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Winkelgeschwindigkeit herangezogen werden.
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Nach dem Ausführungsibeispiflel wird die Drehzahl berührungsfrei
gemessen. Zu diesem Zweck sind auf einem zur Drehachse des Rades konzentrischen
Kreis 47 Bohrungen 48 mit gleichbleibendem Abstand in der Scheibe 40 vorgesehen.
Wie vor allem aus Abb. 3 zu ersehen ist. sind auf beiden Seiten der Scheibe 40 im
Bereich der Bohrungen gegenüberliegensd eine Glühbirne 49 und eine Photodiode 50
vorgesehen. Beide Teile werden je durch ein Blechgehäuse 51 umsehlossen, das eine
Drudluftzuführung 52 und auf der Verbindungslinie zwischen 49 und 50 eine Lichtdurchtrittsöffnung
53 aufweist. Durch die Preßluftzuführungen 52 werden nicht nur an den Lichtdurchtrittsöffnungen
53 Glasscheiben eingespart, sondern gleichzeitig werden auch die Bohrungen 48 durchspült
und von Staub frei gehalten.
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Bei gleichbleibender Geschwindigkeit des Rades 23 erhält somit die
Photodiode 50 in gleichen Zeitabständen Lichtblitze, die in Stromstöße umgewantdielt
werden. Der durchgesetzten Schüttgutmenge ist eine bestimmte Winkelgeschwindigkeit
zugeordnet, so daß durch die Zahl der Lichtblitze und Stromstöße pro Zeiteinheit
die durchgesetzte Schüttgutmenge bestimmbar ist.
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Die Photodiode 50 ist über Leitungen 54, 55 an ein Äießgerät 56 angeschlossen,
das mit seinem Zeiger57 auf einer Skala 58 die augen,blickltich geförderte Schüttgutmenge
anzeigt. Mit 59 ist ein Vorwähler mit einer Marke 59a bezeichnet, über den man eine
z. B. für einen nachgeschalteten WIischvorgang benötigte Schüttgutmenge einstellen
kann. Diese Einstellung kann von Hand. gegebenenfalls aber auch selbsttätig in Abhängigkeit
von einer anderen Meßgröße erfolgen. Im vorliegenden Fall ist die eingestellte Fördermenge
noch nicht ganz erreicht. Über den Regelmotor 6 muß somit der Vibrator 4 auf eine
größere Geschwindigkeit eingestellt werden.
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Auch diese Einstellung erfolgt nach dem Ausführungsbeispiel selbsttätig.
Wie Abb. 4 zeigt, weist der Vorwähler 59 zwei Kontaktsegmente 60, 61 auf. die über
Leitungen 62, 63 entweder unmittelbar oder unter Zwischenschalten von Relais an
den Regelinotor 6 angeschaltet sind. Segment 60 und Leitung 62 steuern hier so lange
eine Vergrößerung der Antriebsgeschwindigkeit des Vibrators 4, bis die am Vorwähler
eingestellte Fördermenge und damit die vorgegebene Drehzahl des Rades 23 erreicht
ist. Dlabei gelangt die Kontaktfeder 64 zwischen die Kontaktsegmente60, 61 und schaltet
den Verstellmotor 6 ab.
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Damit dieser Regler nicht pendelt, arbeitet der beschriebene Regler
mit einer nachgiebigen Rückführung (nicht dargestellt). An Stelle der im Beispiel
ausgeführten Regelung kann selbstverständlich jede andere Regelanordnung angewendet
werden. Die Verstellung bzw. Regelung des Antriebs der Schlüttelrinne kann gegenüber
dem obenerwähnten Beispiel genausogut auch durch Anschneiden der Phase des erregenden
Wechselstroms erfolgen.
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Der Bremsmagnet 41 kann auswechselbar vorgesehen werden, so daß sich
bei der gleichen Drehzahl verschiedene Durchsatzmengen ergeben. An Stelle eines
Permanentmagneten kann man weiterhin einen regelbaren Elektromagneten verwenden.
Bei.spielsweise
kann man die Drehzahl stets unverändert lassen
und die Durchsatzmenge über das Bremsmoment regeln.
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PATENTANSPRI;CHEr 1. Verfahren zur Messung einer in der Zeiteinheit
kontinuierlich geförderten Menge Schüttgut, beispielsweise Granulat oder Pulver,
dadurch gekennzeichnet, daß das Schüttgut über ein frei drehbares Fächerrad (23)
geleitet und das durch die auf dem Fächerrad aufliegende Schüttgutmenge hervorgerufene
Drehmoment mittelbar oder unmittelbar gemessen wird.