-
Gerät zum Messen der Guttemperatur in einem Drehrohrofen Die Erfindung
betrifft ein Gerät zum Messen der Guttemperatur in einem Drehrohrofen während des
Betriebes mittels einer Reihe von in der Ofenwandung angeordneten und in Achsrichtung
voneinander abstehenden Thermoelementen, die abwechselnd der Ofengastemperatur und
der Guttemperatur ausgesetzt werden und an ein Aufzeichnungsgerät angeschlossen
sind.
-
Es gibt bereits eine bekannte Anordnung, bei der die Temperatur an
neun in Längsrichtung von einander abstehenden Stellen eines Drehofens gemessen
wird, der 60 m lang ist, 3 m Durchmesser hat und sich mit konstanter Geschwindigkeit
in 2 Minuten einmal al dreht. Jede der Stellen ist so ausgestaltet, daß ein und
dasselbe Thermoelement schnell an den verschiedenen Stellen eingefügt und beseitigt
und zeitweise an einen Stromkreis angeschlossen werden kann, zu dem ein Leiterpaar
und Kollektorringe gehören, die ihrerseits mit einem Galvanometer verbunden sind.
Wenn zwei Thermoelemente verwendet werden, müssen die Bestandteile des Stromkreises
verdoppelt werden, und es wird auch ein zweites Galvanometer benötigt. Das Einfügen
und Herausnehmen eines Thermoelementes bedingt ein Anhalten des Drehofens.
-
Die Messungen werden alle 20 Sekunden abgelesen, so daß die Temperaturen
während der Drehung des Drehofens in sechs Winkelstellungen des Thermoelementes
gemessen werden. Diese Messungen ergeben eine Temperaturkurve, die für die Lage
des Thermoelementes in Längsrichtung des Ofens charakteristisch ist.
-
Diese Anordnung dient der Feststellung der Temperaturen in der Heizzone
und der Gutzone unter Laborbedingungen und führt zu Temperaturkurven, die eine Analyse
der Betriebsbedingungen ermöglichen.
-
Wenn ein Drehofen umläuft, verlagert sich das Gut in eine Gutzone,
die von der ganz unten am Boden befindlichen Ruhelage in Umlaufrichtung versetzt
ist. Der Grad der Versetzung ändert sich mit der Umlaufgeschwindigkeit. Eine Änderung
der Versetzung ist unwesentlich, wenn die Temperaturen in einer fortlaufenden Kurve
aufgezeichnet werden, da eine solche Kurve eine Versetzung begreiflicherweise durch
eine Verschiebung der Kurvencharakteristik entlang der die Umläufe bezeichnenden
Ordinate anzeigen würde. Bei der bekannten Anordnung werden die Beobachtungen in
regelmäßigen Abständen von 20 Sekunden vorgenommen, wobei eine der Beobachtungen
jeweils dann erfolgt, wenn das Thermoelement sich in der unteren Lage befindet.
Es ist da-
her zweifelhaft, daß die nächste Beobachtung erfolgt, wenn das Thermoelement
durch die Mitte der Gutzone hindurchgeht, und um eine Addition oder Substraktion
von Fehlern durch Verschiebung der Gutzone zu eliminieren, wird daher bei der bekannten
Anordnung die Geschwindigkeit konstant gehalten. Man muß beachten, daß es bei fortlaufender
Aufzeichnung der Temperaturen in der Gutzone und der Heizzone unwesentlich ist,
ob die Drehofengeschwindigkeit sich ändert oder konstant bleibt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Änderungen der Versetzung
der Gutzone zu berücksichtigen, die mit einer Änderung der Umlaufgeschwindigkeit
des Drehofens auftreten und berücksichtigt werden müssen, wenn die Temperatur nur
an in Längsrichtung voneinander abstehenden Stellen in der Gutzone gemessen wird.
Die Änderungen der Umlaufgeschwindigkeit können beim normalen Betrieb des Drehofens
nicht vernachlässigt werden.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Gerät zum Messen der Guttemperatur
in einem Drehrohrofen der eingangs genannten Art erfindungsgemäß so gestaltet, daß
die Thermoelemente im Winkel versetzt zueinander angeordnet sind, selbsttätig der
Reihe nach auf ein gemeinsames Aufzeichnungsgerät angeschlossen werden, und zwar
derart, daß der Anschluß nur erfolgt und anhält, wenn das jeweilige Thermoelement
in der Gutschicht untergetaucht ist, und daß
das Aufzeichnungsgerät
mit einem Zeitwerk mit einstellbarer Verzögerungszeit gekoppelt ist, welches eine
Einrichtung besitzt, die das Ausmaß der Verzögerung in vorbestimmbarer Weise in
Abhängigkeit von der Umlaufgeschwindigkeit des Drehrohrofens selbsttätig steuert.
-
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand von
Zeichnungen beschrieben. In diesen stellt dar F i g. 1 eine schematische Seitenansicht
eines Teiles eines Drehofens, der mit dem erfindungsgemäßen Gerät zum Messen der
Guttemperatur ausgestattet ist, Fig. 2 ein Schaltbild des Steuerstromkreises, bei
dem bekannte Einzelheiten des Zeitwerkes und des Aufzeichnungsgerätes ausgelassen
sind, und Fig. 3 einen typischen Satz von Eichkurven, wie er zur Einstellung des
in Fig. 2 gezeigten Stromkreises verwendet wird.
-
Fig. 1 und 2 zeigen schematisch einen Teil eines herkömmlichen Drehofens
10, in dem sich eine Füllung aus schüttfähigem Gut M, beispielsweise Zementklinker,
befindet. Der Ofen wird von einem Antriebsmotor 12 dauernd im Uhrzeigersinn (bezogen
auf die F i g. 2) gedreht. Unmittelbar innerhalb von der Ofenwand sind mehrere Thermoelemente
13, 14, 15 und 16 angebracht. Diese sind nach irgendeinem gewünschten Muster (Fi
g. 1) in Längsabständen am Ofen angebracht und gleichmäßig über dessen Umfang (Fig.2)
verteilt. Wie Fig. 1 zeigt, ist eine Anschlußklemme jedes Thermoelementes elektrisch
an einen zugehörigen Kollektorring 17, 18, 19 oder 20 angeschlossen. Die andere
Anschlußklemme jedes Thermoelementes ist mit einem gemeinsamen Kollektorring 21
verbunden. Die Kollektorringe befinden sich an der Außenseite des Ofens und sind
gegenüber diesem elektrisch isoliert. Die Kollektorringe werden von zugehörigen
ortsfesten Kontaktarmen 22, 23, 24, 25 und 26 berührt. Diese sind über Leiter 27,
28, 29, 30 und 31 an ein potentiometrisches Aufzeichnungsgerät 32 angeschlossen,
welches weiter unten im einzelnen beschrieben wird.
-
Außen am Ofen befinden sich in einer gemeinsamen Querschnittsebene
(Fig. 1) und in den radialen Ebenen der Thermoelemente 13, 14, 15 und 16 (F i g.
2) Betätigungsansätze 33, 34, 35 und 36. Unmittelbar unter dem Boden des Ofens befindet
sich ein Ofenschalter 37, und zwar in solcher Lage, daß er nacheinander von den
verschiedenen Ansätzen 33, 34, 35 und 36 betätigt wird. Jedesmal, wenn ein Ansatz
den Ofenschalter betätigt, setzt der im folgenden beschriebene Steuerstromkreis
ein Zeitwerk 38 in Gang. Wenn das Zeitwerk ausläuft, schreibt das Aufzeichnungsgerät
32 die zu diesem Zeitpunkt vom zugehörigen Thermoelement gemessene Temperatur auf.
-
Wenn die Füllung M über irgendeinem der Thermoelemente liegt, so mißt
dieses Thermoelement die Temperatur der Füllung. Andernfalls mißt es nur die Gas-
oder Flammentemperatur. Wenn sich der Ofen dreht, trägt er nacheinander jedes Thermoelement
in die Lage, wo es von der Füllung überdeckt wird. Die Drehung des Ofens führt jedoch
dazu, daß sich die Füllung etwas hinter dem untenliegenden Teil des Ofens aufhäuft,
so wie es in Fig. 2 angedeutet ist.
-
Aus diesem Grunde wird die Temperaturmessung nach Betätigung des Ofenschalters
37 durch die Ansätze 33, 34, 35 oder 36 so lange verzögert, bis sich das Thermoelement
um einen bestimmten Bogen über die untere Lage hinausbewegt hat. Das Zeitwerk 38
verzögert
die Aufzeichnung der Messung selbsttätig so lange, bis sich das Thermoelement um
irgendeinen gewünschten Bogen über die untere Lage hinausbewegt hat, und der Steuerstromkreis
stellt das Zeitwerk selbsttätig so ein, daß es Schwankungen der Ofengeschwindigkeit
ausgleicht.
-
Steuerstromkreis F i g. 2 zeigt den Steuerstromkreis mit einer ersten
Brücke I aus zwei Festwiderständen 39 und 40, einem veränderlichen Widerstand 41
und einem »Handeinstellungs«-Kontaktarm 42, der den zuletzt genannten Widerstand
berührt. Diese Brücke ist an eine Gleichstromquelle mit negativen und positiven
Leitungen 43 und 44 angeschlossen. Der Ofenantriebsmotor 12 ist mechanisch mit einem
Gleichstrom-Tachometergenerator 45 verbunden, der positive und negative Ausgangsleitungen
46 und 47 hat. Mit dem Tachometergenerator ist ein als Spannungsminderungswiderstand
dienender Widerstand 48 in Reihe geschaltet. Eine Hilfsbrücke II wird von zwei Festwiderständen
49 und 50 und einem veränderlichen Widerstand 51 gebildet. Der letztgenannte Widerstand
wird von einem von Hand einstellbaren »Proportionalband«-Kontaktarm 52 berührt.
Wie durch die Plus- und Minuszeichen für die Polarität angedeutet, sind die beiden
Brücken so miteinander verbunden, daß die an ihnen anliegenden Spannungen einander
entgegengerichtet sind. Ein Widerstand 54 und ein Kontaktarm 55 bilden ein Potentiometer
III, welches mittels der negativen und positiven Leitungen 56 und 57 erregt wird.
Die beiden Brücken I und II und das Potentiometer III bilden eine Reihenschleife,
deren Anschlußklemmen an den Eingang eines Verstärkers 58 angeschlossen sind.
-
Als erstes wird der Handeinstell-Kontaktarm 42 eingestellt, um die
erste Brücke so weit aus dem Gleichgewicht zu bringen, daß eine Anfangsspannung
zur Verfügung gestellt wird. Wenn der Ofen umläuft, entwickelt der Tachometergenerator
45 eine der Ofengeschwindigkeit proportionale, entgegengerichtete Spannung. In den
Verstärker 58 kann die Spannung je nach dem Größenverhältnis der beiden Spannungen
in beiden Richtungen eingegeben werden.
-
Der Verstärker steuert eine Vorrichtung, die den Potentiometerarm
55 selbsttätig auf einen Punkt einstellt, wo dem Verstärker Nullspannung zugeführt
wird. Das heißt, daß die Einstellung so erfolgt, daß die Spannung des Potentiometers
III der Vektorsumme der Spannungen der Brücken 1 und II entgegengerichtet gleich
ist. Zu diesem Zweck besitzt der Steuerstromkreis eine herkömmliche, umkehrbare
Antriebseinheit 59, die mit dem Arm 55 mechanisch verbunden ist. Der Verstärker
58 besitzt Umkehrrelais, deren Kontakte bei 60 und 61 gezeigt sind.
-
Wenn dem Verstärker Spannung zugeführt wird, wird je nach der Polarität
der Spannung das eine oder andere dieser Relais erregt und schließt seinen Kontakt
60 oder 61. Die Antriebseinheit und der Verstärker sind an Wechselstromleitungen
62 und 63 angeschlossen. Wenn der Kontakt 60 oder 61 schließt, wird die Antriebseinheit
erregt und bewegt den Arm 55 in der Richtung, um die Nullspannung der Brücke laufend
zu erhalten.
-
Die Antriebseinheit 59 ist auch mechanisch mit einem Einstellzeiger
67 des Zeitwerkes 38 verbunden, welches ebenfalls durch die Leitungen 62 und 63
erregt wird. Wenn die Antriebseinheit den Potentiometerarm
55 einstellt,
stellt sie auch den Zeitwerkszeiger 67 ein. Die Stellung dieses Zeigers bestimmt
die Dauer der Verzögerung zwischen Betätigung des Ofenschalters 37 und Aufzeichnung
der Ofentemperatur durch das Aufzeichnungsgerät 32. Man wählt eine geeignete Winkelstellung,
welche die Thermoelemente 13, 14, 15 und 16 vor Wirksamwerden des Aufzeichnungsgerätes
erreichen sollen, beispielsweise 300 über die untere Lage hinaus. Wie im folgenden
ausgeführt, werden der Hand-Einstellarm 42 und der Proportionalbandarm 52 auf Einstellungen
für diesen Winkel eingestellt. Die Verzögerungszeit, die erforderlich ist, damit
das Thermoelement diesen Winkel erreicht, hängt von der Ofengeschwindigkeit ab,
der Steuerstromkreis gleicht jedoch irgendwelche Geschwindigkeitsschwankungen selbsttätig
aus, da die Ausgangsspannung des Tachometergenerators 45 proportional zu allen Schwankungen
der Ofengeschwindigkeit schwankt. Zu einem bestimmten Zeitpunkt kann der Ofenmann
erhöhte Ofengeschwindigkeit haben. Der Tachometergenerator geht nun über die an
der ersten Brücke I entwickelte Spannung hinaus, woraufhin dem Verstärker 58 Spannung
zugeführt wird. Die Kontakte 60 schließen, und die Antriebseinheit 59 wird in solcher
Richtung wirksam, um den Potentiometerarm 55 im Uhrzeigersinn zu bewegen und so
die Spannung des Potentiometers III zu erhöhen. Der Zeitwerkzeiger 67 bewegt sich
ebenfalls im Uhrzeigersinn, um die Verzögerungszeit zu verkürzen. Bei Verminderung
der Ofengeschwindigkeit ergibt sich der umgekehrte Vorgang.
-
Das Zeitwerk 38 kann von herkömmlicher, im Handel erhältlicher Bauweise
sein und ist daher nicht im einzelnen dargestellt. Dieses Zeitwerk hat einen weiteren
Zeiger 69, der sich zwischen dem ersten Zeiger 67 und einem festen Anschlag 70 bewegt.
-
Normalerweise befindet sich der Zeiger 69 in seiner zurückgestellten
Lage, wo er über dem Zeiger 67 liegt. Das Zeitwerk ist mit dem Ofenschalter elektrisch
verbunden. Wenn einer der Betätigungsansätze 33, 34, 35 oder 36 den Ofenschalter
betätigt, beginnt das Zeitwerk zu laufen, und sein Zeiger 69 bewegt sich aus der
überdeckten Lage zu dem Anschlag 70 hin. Das Zeitwerk besitzt einen normalerweise
geschlossenen Kontakt 71 und einen normalerweise offenen Kontakt 72. Wenn es ausläuft,
kehren sich, wie im folgenden beschrieben, die Stellungen der Kontakte kurzzeitig
um und schließen einen Stromkreis, der dafür sorgt, daß das Aufzeichnungsgerät schreibt
und die Weiterschaltung zum nächsten Thermoelement erfolgt. Wenn das Zeitwerk ausläuft,
stellt es sich sofort selbsttätig zurück, woraufhin das Aufzeichnungsgerät die Temperatur
aufzeichnet.
-
Aufzeichnungsgerät Wie Fig.2 zeigt, gehört zu dem Aufzeichnungsgerät
32 ein herkömmlicher Drehschalter 75 mit ortsfesten äußeren Kontaktknöpfen 76, 77,
78 und 79, ortsfesten inneren Kontaktknöpfen 80 und einem Drehglied 81. Die Kontaktknöpfe
sind unter dem Drehglied angeordnet. Bei jedem Wirksamwerden des Aufzeichnungsgerätes
vollführt das Drehglied eine Teildrehung, um die nächstfolgenden Kontaktknöpfe zu
überdecken. Das ist an sich bekannt. Mit den äußeren Kontaktknöpfen 76, 77, 78 und
79 sind Leitungen 27, 28, 29 und 30 verbunden. Wie bereits ausgeführt, führen diese
Leitungen durch die Kontakt-
arme und Kollektorringe zu einer Anschlußklemme der
Thermoelemente 13, 14, 15 oder 16. Die Leitung 31 ist mit den inneren Kontaktknöpfen
80 verbunden, die in Reihe geschaltet sind, und führt zu der anderen Klemme eines
jeden Thermoelementes. Das Drehglied 81 trägt Kontaktbürsten 88 und 89, die die
äußeren und inneren Kontaktknöpfe abgreifen. Diese Bürsten stellen mit den jeweils
von ihnen überdeckten Knöpfen elektrischen Kontakt her. Die beiden Bürsten 88 und
89 sind elektrisch an den herkömmlichen Meßstromkreis eines nicht dargestellten
potentiometrischen Aufzeichnungsgerätes angeschlossen.
-
Das Aufzeichnungsgerät enthält einen Kondensator 90 und einen Widerstand
91 (beispielsweise 200 Ohm), die im Reihenschluß an den Zeitwerkskontakt 72 und
von da durch den Kontakt 71 an die Leitung 63 angeschlossen sind. Das eine Ende
einer Spule eines Relais A ist über einen Gleichrichter 92 an einen Punkt zwischen
dem Kondensator90 und dem Widerstand 91 angeschlossen, die einen Strompfad zu der
Leitung 63 bilden. Das andere Ende der Spule des Relais A ist an die Leitung 62
angeschlossen. Normalerweise fließt durch die Relaisspule kein Strom, da einer der
dadurch verlaufenden, möglichen Strompfade durch den offenen Kontakt 72 und der
andere durch den Kondensator90 und den Gleichrichter92 unterbrochen ist. Wenn das
Zeitwerk 38 ausläuft, öffnet der Kontakt 71 kurzzeitig, um den Kondensator 90, den
Gleichrichter 92 und die RelaisspuleA von der Leitung 63 abzuschalten. Dann schließt
der Kontakt 72 kurzzeitig, um den Kondenstator 90 über den Widerstand 91 zu entladen.
Der Kontakt 71 schließt bei Rückstellung des Zeitwerkes.
-
Durch die Kontakte 71, den Kondensator 90, den Gleichrichter 92 und
die Spule des Relais A fließt ein Stromimpuls, woraufhin das Relais kurzzeitig erregt
wird und seinen normalerweise offenen Kontakte schließt. Der Kontakt A1 liegt in
Reihe mit der Spule eines Relais B, welches einen normalerweise geschlossenen Kontakt
Bi unten hat, und den Wechselstromleitungen 62 und 63. Wenn der Kontakt A1 kurzzeitig
schließt, wird die Relais spule B kurzzeitig erregt und läßt den Kontakt B1 öffnen.
Über die Leitungen 62 und 63 ist in Reihe mit dem Kontakt Bi ein »Schreib«-Magnet
93 geschaltet, der so normalerweise erregt ist.
-
Dieser Magnet betätigt eine Achse in dem Aufzeichnungsgerät, die eine
Schreibfeder 94 hält. Wenn der Kontakt B1 kurzzeitig öffnet, wird der »Schreib«-Magnet
kurzzeitig entregt, woraufhin die Feder 94 eine Temperatur auf einer Karte 95 aufzeichnet.
-
Diese Temperatur ist diejenige, die von dem gerade an die Bürste 88
angeschlossenen Thermoelement gemessen worden ist, im Beispiel dem Thermoelement
13.
-
Der Schreibmagnet93 ist mechanisch mit einem Unterbrecherschalter
96 verbunden, der so lange offenbleibt, wie der Magnet erregt ist. Dieser Schalter
ist in Reihe mit der Spule eines Vorrückmagneten 97 über die Leitungen 62 und 63
geschaltet. Dieser Magnet rückt das Drehglied 81 mittels eines herkömmlichen Schaltklinkengetriebes
98 um einen Schritt weiter. Wenn der Schreibmagnet kurzzeitig entregt wird, schließt
der Schalter 96, woraufhin der Vorrückmagnet den Arm 81 in die nächste Stellung
vorrücken läßt. Das Aufzeichnungsgerät steht an diesem Punkt still, bis es von dem
Zeitwerk ein neues Signal empfängt, und dann wiederholt sich der Vorgang.
-
Eichung Fig.3 zeigt einen typischen Kurvensatz, wie er verwendet
wird, um den »Handeinstell«-Kontaktarm 42 und den .Proportionalband«-Kontaktarm
52 einzustellen. Wie bereits erwähnt, ist die zwischen Betätigung des Ofenschalters
37 und dem Schreibvorgang des Aufzeichnungsgerätes 32 liegende Zeitspanne so bemessen,
daß sich der Ofen um einen bestimmten Winkel dreht. Dieser Winkel wird durch Einstellung
der beiden Arme 42 und 52 gesteuert, die jedem Winkel entsprechende Einstellagen
haben. Bei einer typischen Anordnung wird der Handeinstellarm 42 entsprechend der
unteren Kurve der F i g. 3 und der Proportionalbandarm 52 entsprechend der oberen
Kurve der F i g. 3 eingestellt. In jedem Falle stellen die Ordinaten den Winkel
und die Abszissen die in Prozent ausgedrückten Teile der gesamten Skalenablesung
dar. Diese Einstellungen ändern sich allerdings mit den Größen der verschiedenen
Widerstände und werden für jede besondere Anordnung empirisch bestimmt.
-
Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß das erfindungsgemäße
Gerät selbsttätig Temperaturaufzeichnungen festhält, die von Thermoelementen oder
anderen Temperaturmeßeinrichtungen an mehreren in Längsabständen an dem Drehofen
befindlichen Punkten gemessenen worden sind. Das Gerät mißt die Temperaturen der
Füllung anstatt der Gas- oder Flammentemperatur, und es ist sichergestellt, daß
die Ofenfüllung die Temperaturmeßeinrichtungen bei der Messung auch vollkommen überdecken.
Gleichzeitig kann die Winkellage der Temperaturmeßeimichtungen gegenüber der Ofenfüllung
zum Zeitpunkt der Temperaturaufzeichnung leicht eingestellt werden.
-
Während im vorstehenden nur ein Ausführungbeispiel der Erfindung
dargestellt und beschrieben worden ist, sind selbstverständlich Abwandlungen möglich.
Aus diesem Grunde ist der Schutzumfang der Erfindung nicht auf das dargestellte
Ausführungsbeispiel beschränkt.