DE20109074U1

DE20109074U1 - Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung und Regelung des Massenstromes

Info

Publication number: DE20109074U1
Application number: DE20109074U
Authority: DE
Original assignee: Matteo Foerderanlagen & C GmbH
Current assignee: Matteo Foerderanlagen & C GmbH
Priority date: 2001-05-31
Filing date: 2001-05-31
Publication date: 2002-01-24
Anticipated expiration: 2011-06-01

Description

LOESENBECK · STRACKE^:»

PATENTANWÄLTE
EUROPEAN PATENT AND TRADEMARK ATTORNEYS

Dr. Otto Loesenbeck (1931-1980)

Di Matteo Förderanlagen Dipi.-ing. A. stracke

GmbH & Co. KG Dipl.-Ing. K.-O. Loesenbeck

Römerstraße 6 Dipi.-Phys. P. Specht

Dipl.-Ing. J. Dantz

59269 Beckum

Jöllenbecker Straße 164
D-33613 Bielefeld
Telefon: +49(0521)98 618-0
Telefax: +49(0521)890405
E-mail: mail@pa-loesenbeck.de
18/8 23759DE Internet: www.pa-loesenbeck.de

30. Mai 2001

Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung und Regelung des Massenstromes

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung und Regelung eines Schüttgutmassenstromes mittels eines Schneckenförderers, insbesondere eines zur Staubbildung neigenden, flockigen und/oder faserigen Schüttgutstromes.
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Eine bekannte Vorrichtung zur Messung und Regelung von Schüttgutmassenströmen ist die sogenannte Dosierbandwaage. Bei dieser Vorrichtung wird ein auf Massenmeßeinrichtungen, beispielsweise Massenmeßdosen gelagertes Förderband zur gravimetrischen Bestimmung des Schüttgutstromes eingesetzt. Die Signale der Messungen werden in einem entsprechenden, mikroprozessorgesteuerten Meß-, Steuer- und Regelsystem verarbeitet. Durch den kontinuierlichen Vergleich der Istfördermenge mit der vorgegebenen Sollfördermenge wird in den meisten Fällen die Geschwindigkeit des Förderbandes so geregelt, dass die gewünschte Höhe des Schüttgutmassenstromes eingehalten wird. Neben der Regelung der Bandgeschwindigkeit kann auch die Stellgröße eines an sich bekannten Zuteilorganes, z.B. die Frequenz einer Zuteilerschwingrinne geregelt werden. Dabei entspricht die Höhe des Schüttgutmassenstromes der Zuteilvorrichtung dem Sollwert der Dosierbandwaage.

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Anmeldetext vom 30.05.2001 Seite 2

Es ist bekannt, dass derartige Dosierbandwaagen eine sehr große Genauigkeit haben. Sie werden bevorzugt für nicht staubende Schüttgüter eingesetzt. Für Schüttgüter, die zu einer Staubentwicklung bei der Bandförderung neigen sind sie nicht geeignet, da die Meßvorrichtung offen ist. Eine Kapselung des Bandförderers ergibt nur eine geringfügige Verbesserung dieses wesentlichen Nachteils.

Gemäß einem anderen Verfahren werden Prallplatten eingesetzt und es wird die Reaktionskraft gemessen, die beim Aufprall des Schüttgutes auf eine gegenüber der horizontalen geneigten Platte entsteht. Die Größe dieser Reaktionskraft ist ein Maß für die Stärke des Schüttgutstromes. Da die Reaktionskraft entsprechend den Gesetzen des elastischen Stoßes entsteht, wird sie in erheblichem Maße von den Schüttguteigenschaften, wie beispielsweise der Korngröße, der Korngrößenverteilung, der Temperatur, der Feuchte und dergleichen beeinflußt. Diese Tatsache führt zu erheblichen Meßungenauigkeiten schon bei sehr geringfügigen Änderungen der Schüttguteigenschaften während eines technologischen Prozesses aus dem sich die dadurch bedingten Qualitätsminderungen ergeben. Hinzu kommen außerdem noch Ungenauigkeiten, die durch das Meßprinzip hervorgerufen werden.

Es ist außerdem bekannt, den Schüttgutmassenstrom mit Hilfe von Umlenkschurren zu ermitteln. Dabei wird der Schüttgutstrom stoßfrei auf eine gekrümmte Meßschurre geleitet und umgelenkt. Die Größe der Reaktionskraftänderung der Umlenkschurre als Folge der Impulsänderung des Feststoffes während der Umlenkung ist ein Maß für die Größe des Schüttgutmassendurchsatzes. Für dieses Meßprinzip gilt die gleiche, nachteilige Abhängigkeit des Meßwertes von den Stoffeigenschaften und die damit verbundene Ungenauigkeit bei Änderung der Stoffeigenschaften. Diese stoffbedingten Ungenauigkeiten können bis zu 30% betragen.

Es ist außerdem bekannt, ein Massendurchfiußmeßgerät einzusetzen, das nach dem sogenannten Coriolis - Meßprinzip arbeitet. Dabei wird der Schüttgutmassenstrom vertikal und zentrisch auf ein geschlossenes, rotierend antreibbares Schaufelrad

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Anmeldetext vom 30.05.2001 Seite 3

aufgegeben, indem es durch die Radialschaufeln horizontal nach außen geleitet und in das Gerätegehäuse abgeworfen wird. Die dabei durch die Coriolis-Kraft entstehende Torsion der Antriebswelle des Schaufelrades ist ein Maß für die Größe des Schüttgutmassensstromes. Da die direkt gemessene Coriolis-Kraft keine Reaktionskraft ist, wie z.B. bei der Prallplatte und der Umlenkschurre ist dieses Meßprinzip sehr genau und stoffunabhängig. Auch dieses Prinzip ist nachteilig. So besteht eine hohe Anfälligkeit gegen abrasive Materialien woraus sich ein großer Wartungsaufwand ergibt. Außerdem darf die maximale Korngröße etwa 8 mm nicht übersteigen. Darüber hinaus besteht eine große Anfälligkeit schon bei einer geringfügigen Überschüttung, z.B. durch fluidisiertes Material woraus sich dann wieder eine hohe Meßungenauigkeit ergibt.

Die Prallplatte, die Umlenkschurre und das Coriolis - Meßgerät dienen der Erfassung des Schüttgutmassenstromes. Mit Hilfe dieses Meßwertes werden dann die entsprechenden Zuteileinrichtungen gesteuert. Diese Geräte können nicht eingesetzt werden für die Messung und Dosierung von Schüttgütern, die eine flockige oder faserige Struktur haben und somit zur Agglomeration neigen. Zur staubfreien Förderung von Schüttgütern mit den unterschiedlichsten Korngrößen sowie unterschiedlichen Stoffeigenschaften wird bereits seit längerer Zeit der Schneckenförderer erfolgreich eingesetzt, da dieser in seinen wichtigsten technologischen Eigenschaften die Anforderungen, die an ein Meßsystem für Schüttgüter gestellt wird, erfüllt. Deshalb wurde in der Vergangenheit des öfteren versucht, die Schüttgutmassenströme mit Hilfe von Schneckenförderern, die sinngemäß als Wiegeschnecken bezeichnet werden könnten, und ähnlich der Funktion der Bandförderer bei den Dosierbandwagen entsprechen, und die Schüttgutmassenströme gravimetrisch dabei zu erfassen, um die genannten Vorteile zu nutzen. Diese Schneckenförderer waren als statisch günstiges System dreifach gelagert und zwar durch zwei Drehlager und durch eine Massenmeßdose. Derartige Schneckenförderer konnten jedoch noch nicht erfolgreich eingesetzt werden, da die Genauigkeit dieser Meßeinrichtungen nicht ausreichte, wobei die Ergebnisse vom Sollwert bis zu 30% abwichen. Derartige Schwankungen sind jedoch für die verfahrenstechnische Praxis wesentlich zu hoch.

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Anmeldetext vom 30.05.2001 Seite 4

Für die Effizienz der Lager-, Förder-, Misch- und Behandlungstechniken von Verfahren an denen Schüttgüter beteiligt sind, ist die Beherrschung der Messung und Regelung der Schüttgutmassenströme von besonderer Bedeutung. Diese betrifft neben der Qualität des erzeugten Produktes auch die nachweisliche Dokumentation einzelner Verfahrensschritte und die Reproduzierbarkeit der Verfahren. Die eingesetzten Vorrichtungen zur Messung und Regelung der Schüttgutmassenströme, die in den meisten Fällen auch eine Dosierfunktion haben, sollten sich am Ziel eines optimalen, ungestörten Prozessablaufes orientieren und diesen in keiner Weise stören. Außerdem sollten die Schüttguteigenschaften während der Messung und Regelung nicht verändert werden. Ein weiteres Ziel ist die Unabhängigkeit von Veränderungen der Schüttguteigenschaften, wie sie beispielsweise durch unterschiedliche Provenienz hervorgerufen wird.

Diese Kriterien sind neben der in vielen Fällen verfahrensbedingten genauen Ermittlung des Massenstromes und Regelung auf einen vorgegebenen Sollwert die wichtigsten Aufgaben der kontinuierlichen Wägetechnik. Darüber hinaus gibt es noch weitere Bewertungskriterien für die Vorrichtungen zur kontinuierlichen Messung und Regelung von Schüttgutmassenströmen. Diese sind beispielsweise die prinzipiellen Einsatzbeschränkungen durch die Schüttguteigenschaften, die Abhängigkeit der erreichbaren Genauigkeit der Vorrichtung von schüttgutmechanischen Eigenschaften bei dem eingesetzten Messprinzip, der Grad der erforderlichen geometrischen Anpassung der Schüttgutlager und Schüttgutfördertechnik an die eingesetzte Vorrichtung, die Staubdichtheit, die geringe Abhängigkeit gegenüber der Abrasivität des Schüttgutes, der Platzbedarf für die Meß- und Regelvorrichtung, der Grad der Beeinflussung des zu bedienenden Prozesses durch vorrichtungsbedingte Wartungsarbeiten, wie z.B. Kalibrieren, Reinigen und dergleichen sowie die Anpassung der Meßvorrichtung an das Regelsystem.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur kontinuierlichen, staubfreien Messung und Regelung von Schüttgutmassenströmen der eingangs nä-

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Anmeldetext vom 30.05.2001 Seite 5

her beschriebenen Art so zu gestalten, dass sie die für die technische Praxis erforderliche Genauigkeit erreicht.

Die gestellte Aufgabe wird gelöst, indem der Schneckenförderer mit einem Endbereich mittels zwei Lagereinrichtungen und mit seinem gegenüberliegenden Endbereich auf zwei Massenmeßdosen gelagert ist, und dass die Längsachsen der Lagereinrichtungen und Massenmeßdosen rechtwinklig zur Drehachse der Förderschnecke des Schneckenförderers stehen. Es ergeben sich nunmehr vier Lagerpunkte, die bei Einhaltung eines noch anzugebenden Bereiches für die Lagerkennzahl gewährleisten, dass auch bei material- und maschinenbedingten, oftmals nur kurzzeitig schwankenden Drehzahlen der Förderschnecke des Schneckenförderers die gemessene Genauigkeit für den Massendurchsatz unter 2% liegt. Durch die schwankenden Drehzahlen werden in den Schneckenförderern durch die Schüttgüter Wandreibungskräfte erzeugt, die sich als differierende Reaktionskräfte auf das Massenmeßsystem auswirken und somit Meßungenauigkeit bedingen. Die Massenmeßdosen und die Lagereinrichtungen liegen in vorteilhafterweise in gleichen Abständen zur Drehachse der Förderschnecke des Schneckenförderers. Zweckmäßigerweise liegen die Massenmeßdosen im mittleren Bereich, oberhalb und seitlich des Auslaufstutzens für den Schüttgutmassenstrom. Die Lagerkennzahl (LKZ) ist eine Funktion, die sich aus dem Abstand der Massenmeßdosen sowie aus dem Durchmesser der Förderschnecke und deren Drehzahl ergibt. Die Lagerkennzahl errechnet sich beispielsweise nach folgender Formel: (A/D) 0,47*ⁿ 0,12. In dieser Gleichung steht A für den Abstand der beiden Massenmeßdosen, D für den Durchmesser der Förderschnecke und &eegr; für deren Drehzahl.

Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird die Erfindung noch näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung im Aufriß, rein schematisch,
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Figur 2 einen Schnitt längs der Linie H-II in der Figur 1 und

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Anmeldetext vom 30.05.2001 Seite 6

Figur 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in der Figur 1.

Die in der Figur 1 dargestellte Vorrichtung 10 beinhaltet eine Förderschnecke 11, die in einem Fördertrog 12 in nicht näher dargestellter Weise gelagert ist und über einen nicht dargestellten, steuerbaren Antrieb rotierend angetrieben wird. Der Fördertrog 10 ist mit einem Aufgabestutzen 13 ausgestattet, um das Schüttgut zuzuführen. Am gegenüberliegenden Ende ist der Fördertrog 12 des Schneckenförderers mit einem Auslaufstutzen 14 ausgestattet. Der Schneckenförderer ist an der dem Aufgabestutzen 13 zugeordneten Seite in zwei Lagern 15, 16 gelagert, die eine Lagereinrichtung bilden. Diese Lager 15, 16 sind als translatorische Festlager anzusehen. Am gegenüberliegenden, dem Auslaufstutzen 14 zugeordneten Ende ist der Schneckenförderer in zwei Massenmeßdosen 17, 18 gelagert, wodurch der auf sie wirkende Druck durch den Schüttgutstrom gemessen wird. Die Massenmeßdosen 17, 18 bilden das Meßglied einer Regeleinrichtung, um den Schüttgutstrom zu regeln. Die Lager 15, 16 der Lagereinrichtung und die Massenmeßdosen 17, 18 stehen im dargestellten Ausführungsbeispiel in gleichen Abständen zu der Drehachse der Förderschnecke 11. Die Längsachsen der Lager 15, 16 stehen quer, im vorliegenden Ausführungsbeispiel rechtwinklig zu der Drehachse der Förderschnecke 11.

Während die Längsachsen der Lager 15, 16 horizontal verlaufen, verlaufen die Längsachsen der Massenmeßdosen 17, 18 vertikal. Die Meßwerte der Massenmeßdosen 17, 18 werden benutzt, um die Ergebnisse als Eingangswert eines Regelkreises zu benutzen.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Wesentlich ist die Lagerung der Vorrichtung 10 in vier Lagern, wobei am Austrageende der Förderschnecke 11 zwei Massenmeßdosen 17, 18 vorgesehen sind.

Claims

1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung und Regelung eines Schüttgutmassenstromes mittels eines Schneckenförderers, insbesondere eines zur Staubbildung neigenden, flockigen und/oder faserigen Schüttgutstromes, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneckenförderer mit einem Endbereich mittels zwei Lagereinrichtungen (15, 16) und mit seinem gegenüberliegenden Endbereich auf zwei Massenmeßdosen (17, 18) gelagert ist, und dass die Längsachsen der Lagereinrichtungen (15, 16) und der Massenmeßdosen (17, 18) im Abstand zur Drehachse der Förderschnecke (11) des Schneckenförderers stehen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachsen der Lagereinrichtungen (15, 16) horizontal und die Längsachsen der Massenmeßdosen (17, 18) vertikal stehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Massenmeßdosen (17, 18) im mittleren Bereich und seitlich eines Auslaufstutzens (14) für den Schüttgutmassenstrom angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerkennzahl des Schneckenförderers sich aus dem Abstand der beiden Massenmeßdosen (17, 18), dem Durchmesser der Förderschnecke (11) und deren Drehzahl ergibt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Lagerkennzahl aus der Gleichung (A/D) 0,47*ⁿ 0,12 errechnet.