DE19543352A1 - Lotsystem zur Füllstandsmessung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Lotsystem mit einem Meßseil und eine Seilrolle zur Füllstandmessung.

Derartige Lotsysteme sind bekannt. So beschreibt zum Beispiel die DE-OS 29 03 096 eine elektromechanische Füllstandsmeßvorrichtung mit einer von einem Elektromotor angetriebenen Seiltrommel, auf der eine Meßseil aufspulbar ist, das an seinem abgewickelten Ende ein Tastgewicht trägt und dessen abgespulte Länge beim Auftreffen des Tastgewichts auf das Füllgut ein Maß für die Füllstandshöhe ist, wobei durch das Auftreffen des Tastgewichts auf das Füllgut ein Signal zur Umkehr der Drehrichtung der Seiltrommel auslösbar ist, auf die das Meßseil wieder aufgespult wird, wobei die bei Be­ rührung zwischen dem Tastgewicht und dem Füllgut durch die Be­ lastungsänderungen des Elektromotors auftretenden Änderungen der elektrischen Eingangsgrößen des Elektromotors durch eine Über­ wachungsschaltung feststellbar sind, die das Signal zur Drehrich­ tungsumkehr für den Elektromotor erzeugt.

Bei diesem bekannten Lotsystem wickelt sich daher das Seil frei auf eine relativ schmale Seilrolle, so daß der Wickelvorgang hier­ bei undefiniert ist. Mit zunehmender Meßlänge wird der Wickel­ durchmesser auf der schmalen Seilrolle immer größer, was zum Bei­ spiel bei drehwinkelabhängiger Auswertung unweigerlich zu Meßver­ fälschungen führt. Des weiteren kann es bei der ungeführten Wick­ lung zu einseitigem oder auf einen schmalen Bereich beschränktem Aufwickeln kommen, wobei obere Lagen auf tieferliegende abspringen und Schlaufen bilden können. Die nachfolgenden Seilwindungen können dadurch in die entstandenen Spalten gezogen und eingeklemmt werden, was bei dem darauf folgenden Abwickeln zu ruckartigem Seilspringen oder unter Umständen zu einem entgegengesetzten Auf­ wickeln führen kann.

Diese Probleme treten vermehrt bei großen Meßlängen auf, insbe­ sondere, wenn zur Erzielung kleiner Wickelhöhen relativ breite (große axiale Erstreckung) Seilrollen verwendet werden sollen. Außerdem führt eine derartige undefinierte Wicklung zwangsläufig zu erhöhtem Seilverschleiß.

Der Stand der Technik bietet keine Ansätze für eine Lösung dieser Probleme.

Die US-A 3 838 518 (Hendrickson) beschreibt eine Füllstandshöhen­ meßvorrichtung für feste Stoffe, insbesondere in granulierter Form in einem Behälter. Die Messung wird mittels eines Tastgewichtes vorgenommen, das an einem Kabel oder Draht in den Behälter herab­ gelassen wird und die Füllhöhe beim Aufsetzen des Gewichtes auf das Füllgut durch eine Umschaltwaage bestimmt. In dem mehrteiligen Gehäuse sind eine elektromotorisch betriebene Kabelrolle und zwei Umlenkrollen so angebracht, daß das Kabel sie in zweifach-S-för­ miger Anordnung kraftschlüssig umläuft. Die erste Umlenkrolle ist am Ende eines mit einer Rückholfeder versehenen und als Umschalt­ waage wirkenden Auslenkarms, oberhalb der Austrittsöffnung des Kabels aus dem Gehäuse, angebracht. Die zweite Umlenkrolle befin­ det sich zwischen der Umschaltwaage und der Kabelrolle und dient als Meßrolle. Die Messung erfolgt über Schaltimpulse, die von Mag­ neten ausgelöst werden, die auf einer, auf der Welle der Meßrolle angebrachten und mitdrehenden Scheibe, befestigt sind. Bezüglich einer Seil- bzw. Kabelführung wird nur offenbart, daß die Umlenk­ rolle mit einem umlaufenden, V-förmigen Ausschnitt versehen ist (siehe auch Seite 2, Zeilen 5 bis 11).

Das DE-GM 70 31 884 betrifft ebenfalls eine Füllstandsmeßvorrichtung mit Tastgewicht, Kabelrolle, Meßrolle und einer als Umlenkrolle ausgebildeten Umschaltwaage. Der wesentliche Teil der darin beschriebenen Neuerung besteht in einer einfachen Anpassung des Rückstellmomentes der Umschaltwaage, um die Ansprechempfindlich­ keit der Umschaltwaage auf Änderung des Füllgutes oder des verwendeten Tastgewichtes anzupassen. Das Dokument beschreibt keinerlei Vorrichtungen zur Seilführung an der Kabel- bzw. Seiltrommel.

Die DE-PS 8 19 923 beschreibt eine Einrichtung zum Messen der Füllstandhöhe in Speichern, insbesondere Getreidespeichern. Die Vorrichtung besteht aus einer elektromotorisch betriebenen und mit einem Untersetzungsgetriebe versehenen Kabelrolle, einer Umlenk­ rolle und einem Tastgewicht. Die Füllstandshöhe bzw. die Länge des abgerollten Kabels wird anhand der Anzahl der Umdrehungen der Ka­ belrolle bestimmt. Das Aufsetzen des Tastgewichtes auf das Füllgut wird mittels eines Drehmomentschalters an der Kabeltrommel oder alternativ durch einen Sensor im Tastgewicht bestimmt. Bezüglich einer Seilführung macht das Dokument nur die Angabe, daß die Ka­ beltrommel mit Schraubengängen zur Aufnahme des Seils versehen ist.

Die DE-A 39 42 239 betrifft ein Füllstands-Lotsystem zur Ermitt­ lung der Füllhöhe eines mit Füllgut beschickten Behälters, wobei eine Sonde an einem Seil in den Behälter herabgelassen wird. Die Füllhöhe wird anhand der Länge des herabgelassenen Seils bestimmt, wobei das Kabel von einer Zuführvorrichtung, zum Beispiel einer Kabeltrommel, über eine Meßrolle läuft mit der es kraftschlüssig verbunden ist und die Seillänge anhand der Anzahl der Umdrehungen der Meßrolle bestimmt wird. Das Dokument macht darüber hinaus kei­ ne Angaben bezüglich einer gesonderten Seilführung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Lotsystem an­ zugeben, welches mit technisch einfachen Mitteln und geringen Kosten einen stets exakten Seilab- und -aufwickelvorgang zur Er­ zielung sicherer Meßwerte gewährleistet.

Diese Aufgabe wird bei einem Lotsystem der eingangs genannten Art erfindungsgemäß gelöst durch eine Seilführungseinrichtung zum ge­ steuerten Ab- und Aufspulen des Meßseils.

Bevorzugterweise besteht diese Seilführungseinrichtung aus einer Führungsrolle mit einem zugeordneten Gegenhalter, der das Meßseil gegen die Führungsrolle drückt.

Um einen vorbestimmten Ab- bzw. Aufspulort erreichen zu können, ist es von Vorteil, auf der Mantelfläche der Führungsrolle eine Führungsnut vorzusehen, in der das Meßseil vom Gegenhalter unter­ stützt eingreift.

Besonders vorteilhaft ist es, den Durchmesser und die Breite der Seilrolle derart festzulegen, daß eine vorbestimmte Seillänge in einer dicht gewickelten Lage mit einer vorbestimmten Windungsan­ zahl darauf aufgenommen werden kann.

Das exakte Ab- bzw. Aufspulen wird vorteilhafterweise dadurch unterstützt, daß die Führungsnut auf einer Mantel- bzw. Zylinder­ hälfte eine der Wickelbreite der Seilrolle entsprechende Steigung aufweist und sie auf der gegenüberliegenden Mantel- bzw. Zylinder­ hälfte mit gleicher Steigung zurückgeführt ist. Dabei kann der Durchmesser der Führungsrolle so gewählt sein, daß die Führungsnut möglichst parallel zum Meßseil verläuft, wodurch die Seilreibung verringert werden kann.

Zur Erzielung der gewünschten Wickelverhältnisse sind die Seil­ rolle und die Führungsrolle mit einem vorbestimmten Untersetzungs­ verhältnis synchron drehbar.

Fehlfunktionen aufgrund von Schmutzpartikeln zwischen dem Gegen­ halter und der Führungsrolle können vorteilhafterweise dadurch vermieden werden, daß die Zylinderfläche der Führungsrolle auf einen vorbestimmten Bereich beiderseits der Führungsnut derart begrenzt ist, daß die Führungsnut auf einem spiralförmig ange­ ordneten Steg verläuft, so daß die Führungsrolle die Form eines entlang der Führungsnut gewundenen Rades aufweist.

All diesen Ausführungsformen ist gemeinsam, daß der Durchmesser der Führungsrolle in etwa demjenigen der Seilrolle entspricht, also möglichst groß sein soll. Aus Gewichts- und Platzgründen kann es aber notwendig sein, ein von den Abmessungen her kompaktes Lotsystem zu verwenden. Für einen derartigen Fall ist es vorteil­ haft, die Führungsrolle spindelförmig mit einer gewindeähnlichen Führungsnut auszubilden, wobei vorteilhafterweise die Steigung der Führungsnut einem Mehrfachen der Seilsteigung auf der Seilrolle entspricht.

Dabei ist es von Vorteil, wenn das Verhältnis zwischen der Stei­ gung der Führungsnut und der Seilsteigung auf der Seilrolle dem Untersetzungsverhältnis zwischen der Seilrolle und der Führungs­ rolle entspricht und der Durchmesser der Führungsrolle um ein Vielfaches geringer ist als der Seilrollendurchmesser.

Um das Meßseil stets sicher über die gesamte Breite der Seilrolle wickeln zu können, kann die Führungsrolle eine derartige Länge aufweisen, daß die Führungsnut auf beiden Seiten über die Seiten­ rollenbreite hinausragt.

Eine sehr vorteilhafte Wickelfunktion kann erreicht werden, wenn die Seilrolle und die Führungsrolle mit einem durch die jeweiligen Steigungen vorbestimmbaren Untersetzungsverhältnis synchron drehen, bis eine Lage Meßseil auf der Seilrolle ab- bzw. aufge­ wickelt ist und anschließend die Drehrichtung der Führungsrolle umgekehrt wird, bis eine weitere Lage Meßseil ab- bzw. aufge­ wickelt ist, wobei die Seilrolle immer die Drehrichtung für den Ab- bzw. Aufwickelvorgang beibehält.

Das erfindungsgemäße Lotsystem zeichnet sich aufgrund der defi­ nierten Wickelfunktion durch eine höhere Meßgenauigkeit aus, da Fehlmessungen durch Schlaufenbildung oder Seilverklemmen stets sicher vermieden werden. Hinzu kommt ein wesentlich geringerer Seilverschleiß.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß nunmehr eine nur radiale Bewegung der Seilführung möglich ist, da hierbei eine Abdichtung am einfachsten und preiswertesten durchführbar ist.

Von besonderem Vorteil ist aber, daß mit Hilfe des erfindungsge­ mäßen Lotsystems wesentlich größere Meßlängen als die bisher üblich erreichbaren 20 bis 30 Meter realisiert werden können, zum Beispiel 70 Meter.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen sowie aus den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Lotsystems gemäß einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 eine Vorderansicht des Lotsystems gemäß Fig. 1; und

Fig. 3 eine Vorderansicht eines Lotsystems gemäß einer weiteren Ausführungsform.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Lotsystem 10 dargestellt, in welchem ein Meßseil 12 von einer Seilrolle 14 ab- bzw. aufspulbar ist.

Etwas unterhalb der Seilrolle 14 ist eine Seilführungseinrichtung 16 angeordnet, die eine Führungsrolle 18 sowie einen Gegenhalter 20 umfaßt, zwischen denen das Meßseil 12 geführt wird.

Der Durchmesser und die Breite der Seilrolle 14 sind so bestimmt, daß eine gewisse Seillänge in einer möglichst dicht gewickelten Lage mit einer bestimmten Anzahl Windungen (Umdrehungen) Platz findet.

Die etwas unterhalb der Seilrolle 14 angeordnete Führungsrolle 18 weist an der Zylinderaußenfläche eine Führungsnut 22 auf, welche auf einer in Achsrichtung der Führungsrolle 18 verlaufenden Zylin­ derhälfte eine Steigung besitzt, die der Wickelbreite der Seilrol­ le 14 entspricht. Auf der gegenüberliegenden Zylinderhälfte ist die Führungsnut 22 mit gleicher Steigung wieder zum Ausgangspunkt zurückgeführt.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Durchmesser der Führungsrolle 18 so groß wie möglich zu wählen, damit die Nutstei­ gung möglichst parallel zum Meßseil 12 verläuft.

Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, ist auf Höhe der Führungsrol­ lenachse unterhalb der Seilrolle 14 der in diesem Fall stabförmige Gegenhalter 20 in geringem Abstand zur Führungsrolle 18 befestigt. Die Seilrolle 14 und die Führungsrolle 18 drehen sich synchron in einem bestimmten Untersetzungsverhältnis zueinander. Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Lotsystem 10 wird auf der Seil­ rolle 14 eine Lage Meßseil 12 gewickelt, wenn sich die Führungs­ rolle 18 um eine halbe Umdrehung dreht. Das heißt, einer Umdrehung der Führungsrolle 18 entsprechen zwei Lagen auf der Seilrolle 14, wobei die Seilrollenumdrehungen der Anzahl der Seilwindungen ent­ sprechen.

Bei einem Auf- bzw. Abwickelvorgang läuft das Meßseil 12 von der Seilrolle 14 durch die Führungsnut 22 der Führungsrolle 18, wird von dem Gegenhalter 20 begrenzt und durch die Nutsteigung über die Führungsrollendrehung hin- und hergeführt.

Aufgrund des ständigen Durchgleitens des Meßseils 12 durch die Führungsnut 22 während des Auf- bzw. Abwickelns entsteht ein Selbstreinigungseffekt, da dadurch Schmutzpartikelablagerungen von dem Meßseil 12 entfernt werden.

Fehlfunktionen aufgrund von Verschmutzungen im Bereich des Gegen­ halters und der Führungsrollenzylinderfläche können dadurch ver­ mieden werden, daß die Zylinderfläche auf einem vorbestimmten Be­ reich beiderseits der Führungsnut derart begrenzt ist, daß die Führungsnut auf einem spiralförmig verlaufenden Steg angeordnet ist, so daß die Führungsrolle die Form eines entlang der Führungs­ nut gewundenen Rades aufweist. Diese Variante einer Ausführungs­ form ist nicht in den Zeichnungen dargestellt.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform für ein Lotsystem 110 gezeigt. Bei diesem Lotsystem 110 wird im Gegensatz zu der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Führungsrolle 18 mit großem Durch­ messer eine spindelförmige Führungsrolle 118 verwendet, die eine gewindeähnliche Führungsnut 122 aufweist. Diese Führungsnut 122 besitzt eine Steigung, welche einem Mehrfachen der Seilsteigung einer Seilrolle 114 entspricht. Das Mehrfache wiederum entspricht dem Untersetzungsverhältnis zwischen der Seilrolle 114 und der Führungsrolle bzw. Spindel 118.

Bei dieser Ausführungsform ist es vorteilhaft, den Spindeldurch­ messer klein zu halten im Gegensatz zur Führungsrolle 18 gemäß Fig. 1, und des weiteren die Führungsnut 122 auf beiden Seiten der Spindel 118 über die Seilrollenbreite hinauszuführen.

Bei dem gezeigten Beispiel müssen die Seilrollen 114 und die Spindel 118 in dem durch die Steigung vorgewählten Untersetzungs­ verhältnis synchron drehen, bis eine Lage Meßseil 112 auf die Seilrolle 114 gewickelt ist. Nach Erreichen der ersten Seillage wird die Drehrichtung der Spindel 118 geändert, bis die zweite Lage Meßseil 112 ab- bzw. aufgespult ist, wobei dieser Vorgang entsprechend der gewünschten Seillänge wiederholt wird und die Seilrolle 114 dabei ihre Drehrichtung für das Ab- bzw. Aufwickeln stets beibehält.

Die Funktion und Wirkungsweise des Gegenhalters 120 ist mit der­ jenigen in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform gleich, so daß auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet wird.

Mit den obenbeschriebenen, erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden wesentlich bessere Wickelfunktionen und damit auch eine höhere Meßgenauigkeit erzielt, da durch Schlaufenbildung oder Seilverklemmen herrührende Fehlmessungen vermieden werden. Des weiteren ist der Seilverschleiß wesentlich geringer. Vor allen Dingen ist aber aufgrund der erfindungsgemäßen Seilführung die Realisierung großer Meßlängen (zum Beispiel 70 Meter) möglich.

Claims (15)

1. Lotsystem (10; 110) mit einem Meßseil (12; 112) und einer Seilrolle (14; 114) zur Füllstandsmessung, gekennzeichnet durch eine Seilführungseinrichtung (16; 116) zum gesteuerten Ab- und Aufspulen des Meßseils (12; 112).

2. Lotsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seilführungseinrichtung eine Führungsrolle (18; 118) mit zugeordnetem Gegenhalter (20; 120) umfaßt.

3. Lotsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Mantelfläche der Führungsrolle (18; 118) eine Führungsnut (22; 122) ausgebil­ det ist, in der das Meßseil (12; 112) vom Gegenhalter (20; 120) unterstützt eingreift.

4. Lotsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser und die Breite der Seilrolle (14) derart festgelegt sind, daß eine vorbe­ stimmte Seillänge in einer dicht gewickelten Lage mit einer vorbestimmten Windungszahl aufnehmbar ist.

5. Lotsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsnut (22) auf einer Mantel- bzw. Zylinderhälfte eine der Wickelbreite der Seil­ rolle (14) entsprechende Steigung aufweist und auf der gegen­ überliegenden Mantel- bzw. Zylinderhälfte mit gleicher Steigung zurückgeführt ist.

6. Lotsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Führungsrolle (18) derart gewählt ist, daß die Führungsnut (22) möglichst parallel zum Meßseil (12) verläuft.

7. Lotsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Seilrolle (14) und die Führungsrolle (18) mit einem vorbestimmten Untersetzungsver­ hältnis synchron drehbar sind.

8. Lotsystem nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderfläche der Führungs­ rolle (18) auf einen vorbestimmten Bereich beiderseits der Führungsnut (22) derart begrenzt ist, daß die Führungsnut (22) auf einem spiralförmig verlaufenden Steg angeordnet ist, so daß die Führungsrolle (18) die Form eines entlang der Führungsnut (22) gewundenen Rades aufweist.

9. Lotsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsrolle (118) spindel­ förmig mit einer gewindeähnlichen Führungsnut (122) ausge­ bildet ist.

10. Lotsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Führungsnut (122) einem Mehrfachen der Seilsteigung auf der Seilrolle (114) entspricht.

11. Lotsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Steigung der Führungsnut (122) und der Seilsteigung auf der Seilrolle (114) dem Untersetzungsverhältnis zwischen der Seilrolle (114) und der Führungsrolle (118) entspricht.

12. Lotsystem nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Führungsrolle (118) um ein Vielfaches geringer ist als der Seilrollendurch­ messer.

13. Lotsystem nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsrolle (118) eine der­ artige Länge aufweist, daß die Führungsnut (122) auf beiden Seiten über die Seilrollenbreite hinausragt.

14. Lotsystem nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Seilrolle (114) und die Führungsrolle (118) mit einem durch die jeweiligen Steigungen vorbestimmten Untersetzungsverhältnis synchron drehbar sind bis eine Lage Meßseil (112) auf der Seilrolle (114) ab- bzw. aufgewickelt ist und anschließend die Drehrichtung der Führungsrolle (118) umkehrbar ist bis eine weitere Lage Meß­ seil (112) ab- bzw. aufgewickelt ist, wobei die Seilrolle (114) immer die Drehrichtung für den Ab- bzw. Aufwickelvor­ gang beibehält.

15. Lotsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenhalter (20; 120) stab­ förmig ausgebildet ist.