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Die Erfindung betrifft ein pneumatisches Fördersystem, insbesondere für eine Tierfütterungsanlage, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und eine Schutzeinheit dafür.
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Zur pneumatischen Förderung von trockenen Förderstoffen, insbesondere von trockenen Futterstoffen, wird über einen Kompressor oder einen Seitenkanalverdichter ein Luftstrom erzeugt und dieser in eine sich anschließende Rohrleitung gedrückt, die typischerweise einen Nenndurchmesser von 50 mm bis 100 mm besitzt. Über eine Ausdosiereinheit aus einem Vorrats- oder Zwischenbehälter wird ein trockener Förderstoff in die Förderleitung gegeben und auf diesem Luftstrom gefördert. Der Förderstoff wird über den Luftstrom zu einem vordefinierten Ziel wie beispielsweise einem Futtertrog geblasen, wobei der Weg des Förderstoffs in einem verzweigten Rohrleitungssystem über fernsteuerbare Rohrweichen bestimmt werden kann.
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Kommt es nun im Fehlerfall zu einem Abschalten bzw. zu einem plötzlichen Stopp der Anlage, verschließen sich alle Rohrweichen automatisch und alle sonstigen Komponenten der Anlage gehen in den Ruhemodus. In der Rohrleitung baut sich ein Überdruck auf, so dass das gesamte Förderleitungssystem zurück bis auf den Seitenkanalverdichter zu einer Druckkammer wird. In dem Moment, in dem die Luftverdichtereinheit bei Erreichen eines Maximaldrucks abschaltet, sinkt an dieser Stelle der Druck in der Förderleitung auf null. Die in der sich anschließenden, verstopften Förderleitung unter Überdruck stehende Luftmenge strömt demzufolge schlagartig zurück zum Ausgangspunkt. Der Förderstoff, der sich zum Zeitpunkt des Auftretens der Störung noch im verstopften Teil des Rohrleitungssystems befindet, kann durch den Druckstoß zum Teil zurückkatapultiert werden und so in den Seitenkanalverdichter bzw. Kompressor gelangen. Dabei kommt es neben Schäden am Seitenkanalverdichter bzw. Kompressor zu Verstopfungen der Anlage und der Luftfilter.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, empfindliche Anlagenteile wie insbesondere Seitenkanalverdichter bzw. Kompressor und Luftfilter vor Beschädigungen durch entgegen der vorgesehenen Förderrichtung zurückgeschleuderten Förderstoff zu schützen.
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Diese Aufgabe wird durch ein pneumatisches Fördersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dieses sieht eine Schutzeinrichtung vor, die in einem bestimmten Abstand zwischen der Ausdosiereinheit und der Luftverdichtereinheit installiert ist und die das Eindringen des Förderstoffes aus der Förderleitung oder der Ausdosiereinheit in den Luftverdichter im Falle einer Rückströmung verhindert.
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Erfindungsgemäß kommt es auf die Position der Schutzeinheit und deren Abstände zu den weiteren Komponenten an. Vorgesehen ist nämlich, die Schutzeinheit in einem Abstand von mindestens einem Meter zur Ausdosiereinheit zu positionieren und den Abstand zwischen der Luftverdichtereinheit und der Schutzeinheit mindestens genauso lang zu wählen. Folglich beträgt der Mindestabstand zwischen der Luftverdichtereinheit und der Ausdosiereinheit 2m.
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Durch diese Abstände wird die Trägheit des Förderstoffs im Rohrleitungssystem ausgenutzt, das heißt, die Abstände sind so gewählt, dass der Großteil der Reste des Förderstoffs die Schutzeinheit erst erreichen können, wenn diese bereits die Rohrleitung zum Luftverdichter hin versperrt hat. Soweit minimale Teile des Förderstoffs noch durch die bereits im Absperrvorgang befindliche Schutzeinheit gelangen, bleiben sie in dem langen Rohrabschnitt zwischen Luftverdichtereinheit und Schutzeinheit liegen, ohne in die Luftverdichtereinheit zu gelangen.
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Der mittigen Anordnung der Schutzeinheit zwischen der Luftverdichtereinheit und der Ausdosiereinheit liegt eine Überlegung zugrunde, die davon ausgeht, dass die am schwersten zu bewältigende Störung unmittelbar an der benachbarten Ausdosiereinheit auftritt, so dass nur eine minimale Reaktionszeit zur Verfügung steht, während Störungen in weiter entfernten Abschnitten der Rohrleitung schon aufgrund der verlängerten Strecke, die der Förderstoff bis zur Luftverdichtereinheit zurücklegen muss, weniger gravierend sind.
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Der Abschnitt der Förderleitung zwischen der Luftverdichtereinheit und der Ausdosiereinheit wird durch die eingefügte Schutzeinheit in zwei Druckkammern geteilt, wobei vorausgesetzt wird, dass die Innendurchmesser in beiden Abschnitten gleich sind. In dem Abschnitt auf der Seite der Luftverdichtereinheit herrscht im Normalbetrieb ein höherer Druck als in dem sich anschließenden Abschnitt, da dieser mit wenigstens einer endseitigen Öffnung im Rohrleitungssystem in Verbindung steht. Nur aufgrund des sich einstellenden Druckgefälles in der Förder-Strömungsrichtung öffnet die mechanische Rückschlagklappe.
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Für den normalen Verfahrensbetrieb des erfindungsgemäßen Fördersystems ist vorzugsweise ein Fördervolumenstrom an der Luftverdichtereinheit von 320 m3/h und ein Förderdruck von 200 mbar bis 300mbar über Umgebungsdruck vorgesehen. Damit wird eine Strömungsgeschwindigkeit von 10 m/s im gesamten Fördersystem angestrebt. Die Abschaltschwelle für den Störungsfall an der Luftverdichtereinheit ist auf 450 mbar Überdruck festgelegt.
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In dem Moment, in dem stromabwärts der Schutzeinheit eine Blockade eintritt und am Beginn der Förderleitung der Druck wegen Abschaltung der Luftverdichtereinheit abfällt, gleicht sich der Druck in beiden als Druckkammern wirkenden Rohrleitungsabschnitten aus und die Schutzeinheit verschließt den Querschnitt. Nur während des Druckausgleichs kann sich überhaupt eine rückwärts gerichtete Strömung einstellen, durch die Förderstoff entgegen der normalen Förderrichtung zurückgeschleudert wird. Indem ein Mindestabstand von etwa einem Meter vorgesehen ist, steht eine ausreichend lange Strecke zur Verfügung, die der Förderstoff zurücklegen muss. Dabei muss er erst zum Stillstand gebremst und dann in Rückwärtsrichtung beschleunigt werden, so dass Energie in dem im Störungsfall druckbeaufschlagten Endabschnitt der Rohrleitung jenseits der Schutzeinheit abgebaut wird. Außerdem wird der Förderstoff durch Reibung an der Wandung gebremst. All das führt dazu, dass der Druck im versperrten Abschnitt gemindert und die Förderstoffportion gebremst wird.
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Die Länge L11 des Förderleitungsabschnitts ist bevorzugt größer gewählt als die Länge L12 des Förderleitungsabschnitts. Dann steht im vorderen Förderleitungsabschnitt eine zusätzliche Sicherheitsstrecke zur Verfügung, so dass Förderstoff, der in der Schutzeinheit bereits gebremst wurde, aber möglicherweise noch durch die sich bereits schließende Rückschlagklappe hindurch gelangt ist, in diesem Förderleitungsabschnitt auslaufen kann. Ist eine stromabwärts der Schutzeinheit vorhandenen Verstopfung beseitigt worden und wird die normale Förderung wieder aufgenommen, so reinigt sich der Förderleitungsabschnitt selbsttätig.
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Es hat sich gezeigt, dass zusätzliche Sicherheit vor Verschmutzung der Luftverdichtereinheit nur bis zu einem Verhältnis der Längen L11:L12 von 4:1 gesteigert werden kann. Überraschend hat sich gezeigt, dass die genannten Längenverhältnisse in dem eingangs genannten Durchmesserbereich von Förderleitungen von 50 mm bis 100 mm durchmesserunabhängig funktionieren.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des Fördersystems sieht eine Gesamtlänge zwischen der Luftverdichtereinheit und der Ausdosiereinheit von mindestens 5 m, vorzugsweise 6 m vor, wobei insbesondere die Aufteilung der Förderleitungsabschnitte wie oben genannt bei L11:L12 gleich 4:1 bleibt. Damit wird in der im Normalbetrieb gegebenen Strömungsrichtung erreicht, dass sich die aufgrund der Verdichtung erhitzte Luft entlang der Strecke abkühlt, so dass die thermische Belastung elastomerer Teile in der Ausdosiereinheit, wie insbesondere der Lamellen einer Zellradschleuse darin, reduziert wird. Außerdem wird die zunächst turbulente Luftströmung beruhigt. In der im Störungsfall entgegengesetzten Strömungsrichtung führt die bevorzugte große Leitungslänge dazu, dass für die Funktion der Schutzeinheit eine ausreichend lange Reaktionszeit zur Verfügung steht.
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Um eine rechtzeitige Auslösung einer Schutzeinheit mit elektrischer oder pneumatischer Ansteuerung zu gewährleisten, muss diese in einem Abstand von mindestens 1m von der Ausdosiereinheit an der Förderleitung installiert sein und sie muss eine Schaltgeschwindigkeit von nicht mehr als 1 Sekunde gewährleisten. Bei einer Installation der Schalteinheit mit einem Abstand von mehr als 1m zur Ausdosiereinheit kann die Schaltgeschwindigkeit um 1 Sekunde / Meter reduziert werden.
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Die Schutzeinheit kann auch ein elektropneumatisch betätigbares Verschlusselement wie einen Drehkugelhahn oder einen Absperrschieber mit pneumatischer Betätigung besitzen.
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Als Auslöseelement für eine elektropneumatische Steuerung kann ein Drucksensor, der direkt an der Druckseite des Luftverdichters installiert ist, und/oder eine Lichtschranke, ein Ultraschallsensor, oder ein Näherungsschalter eingesetzt werden, wobei diese direkt unter dem Anschluss der Ausdosiereinheit an die Förderleitung installiert sind.
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Eine zum Verschluss einer Förderleitung bei Auftreten einer Rückströmung in einem pneumatischen Fördersystem geeignete mechanische Schutzeinheit ist in Anspruch 8 angegeben.
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Die Schutzeinheit kann rein mechanisch schließen und ist dazu mit einer Rückschlagklappe versehen. Diese verhindert, dass der Förderstoff bis in den Luftstromerzeuger zurückkatapultiert wird. Die rein mechanisch funktionierende Klappe wird automatisch durch den Luftstrom in Förderrichtung geöffnet und schließt sich automatisch, sobald der Luftstromerzeuger abgeschaltet wird bzw. der oben genannte Störungsfall eintritt. Der Förderstoff kann somit nur noch bis vor die Rückschlagklappe zurückkatapultiert werden, jedoch nicht mehr bis in den Luftstromerzeuger.
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Über ein Sichtfenster, welches vorzugsweise in einem Deckel oben auf der Schutzeinheit verbaut ist, kann zudem jederzeit geprüft werden, ob die Rückschlagklappe ordnungsgemäß arbeitet oder ob sich Förderstoff vor der Rückschlagklappe befindet.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf das in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
- 1 ein pneumatisches Fördersystem in einer schematischen Darstellung;
- 2 eine geöffnete mechanische Schutzeinheit für das Fördersystem im Querschnitt und
- 3 die geschlossene mechanische Schutzeinheit für das Fördersystem im Querschnitt.
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In 1 ist ein einfaches pneumatisches Fördersystem 100 dargestellt. Es umfasst, wie grundsätzlich bekannt, eine Luftverdichtereinheit 10, eine Ausdosiereinheit 30 und mehrere Ausgabeplätze 41, 42, 43. Dabei sind die Luftverdichtereinheit 10 und die Ausdosiereinheit 30 über eine unverzweigte Förderleitung verbunden. An der Ausdosiereinheit 30 wird der Förderstoff in den in der Förderleitung stehenden Luftstrom gegeben. Die Ausdosiereinheit 30 und die mehreren Ausgabeplätze 41, 42, 43 sind über einen weiteren Förderleitungsabschnitt 13 verbunden, die mehrfach mit Abzweigungen versehen ist, um die Ausgabeplätze 41, 42, 43 zu versorgen. Insbesondere sind an den Abzweigstellen elektrisch ansteuerbare Rohrweichen angeordnet. Ein solches pneumatisches Fördersystem 100 wird insbesondere zur Förderung von Tierfutter in einem Stall eingesetzt, wobei sich die Ausgabeplätze 41, 42, 43 an Futtertrögen befinden.
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Nach der Erfindung ist die Förderleitung zwischen der Luftverdichtereinheit 10 und der Ausdosiereinheit 30 durch eine dazwischen eingefügte Schutzeinheit 20 in zwei Förderleitungsabschnitte 11, 12 geteilt. Die Schutzeinheit 20 ist dazu ausgebildet und vorgesehen, bei Auftreten einer Rückströmung die Förderleitung zu verschließen, um zu verhindern, dass Förderstoff in die Luftverdichtereinheit 10 gelangt. Der Förderleitungsabschnitt 11 besitzt eine Länge L11 und der Förderleitungsabschnitt 12 eine Länge L12. Dabei beträgt die Länge L12 mindestens 1 m, die Länge L11 ist mindestens genauso groß, so dass die Gesamtdistanz zwischen der Luftverdichtereinheit 10 und der Ausdosiereinheit 30 mindestens 2m beträgt.
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2 zeigt eine rein mechanisch wirkende Schutzeinheit 20 für das Fördersystem im Querschnitt. Diese besitzt ein topfförmiges Gehäuse mit einem Boden 28 und einer Öffnung an der Oberseite, die mit einem Deckel 26, insbesondere aus transparentem Kunststoff verschlossen ist, so dass durch eine Sichtkontrolle festgestellt werden kann, ob Förderstoff aufgefangen wurde. In der Seitenwand des Gehäuses sind ein Zulaufstutzen 21 eines mit der Luftverdichtereinheit 10 verbundenen Förderleitungsabschnitts 11 und ein Auslaufstutzen 22 eines mit der Ausdosiereinheit 30 verbundenen Förderleitungsabschnitts 12 angeschlossen, so dass die entsprechenden Förderleitungsabschnitte 11, 12 in dem luftdicht verschlossenen Sammelraum 27 münden. Dabei sind die Zulaufstutzen 21 und der Auslaufstutzen 22 mit ihren Mittelachsen fluchtend angeordnet, um die für die pneumatische Förderung benötigte Luftströmung ohne Umlenkung überzuleiten. Da durch die Mündung des Zulaufstutzens 21 in dem großvolumigen Sammelraum 27 eine gewisse Auffächerung des Luftstroms erfolgt, ist an dem Auslaufstutzen 22 eine trichterförmige Mündung vorgesehen. Diese stellt in der normalen Strömungsrichtung eine Verjüngung dar und hat die Aufgabe, den aufgefächerten Luftstrom wieder zu konzentrieren.
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Im Falle einer unbeabsichtigten Rückströmung hat die sich in dieser Strömungsrichtung erweiternde Mündung den Effekt, dass der Förderstoff besser im Sammelraum verteilt wird und schon allein durch die Aufweitung eine Druckreduzierung erfolgt.
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Für den Fall der Rückströmung ist eine Rückschlagklappe 25 vorgesehen, die an einer oben auf dem Zulaufstutzen 21 angeordneten, horizontalen Achse 24 schwenkbar gelagert ist. Im normalen Förderbetrieb, der in 2 illustriert ist, schwenkt die Rückschlagklappe 25 im Luftstrom hoch.
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Tritt eine Rückströmung ein, wie in 3 dargestellt, dann tritt ein vorübergehender Zustand ein, wo die Förderströmung und die Rückströmung sich aufheben. Dadurch sinkt die Rückschlagklappe 25 aufgrund ihrer Masse ab und legt sich auf die Mündungsöffnung des Zulaufstutzens 21. Diese ist angeschrägt, so dass sich zwischen einer Vertikalen und der Ebene der Mündung und der daran anliegenden Rückschlagklappe 25 ein Winkel α einstellt, der zwischen 30° und 60°, insbesondere 45°, beträgt. Zur besseren Überleitung des Förder-Luftstroms durch den Sammelraum 27 hindurch, erstreckt sich der Zulaufstutzen 21 soweit bis in den Sammelraum 27, dass die Mitte der durch die abgeschrägte Mündung gebildeten schiefen Ebene ungefähr in der Mitte des topfförmigen Gehäuses der Schutzeinheit 20 positioniert ist.
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Durch die Schrägstellung der Mündung des Zulaufstutzens 21 wird erreicht, dass der Weg zum Schließen der Rückschlagklappe 25 kleiner ist als bei einer senkrechten Mündungsebene der Fall wäre. Tatsächlich braucht die Rückschlagklappe 25 zum sicheren Schließen nur bis in die Stellung absinken, die in 3 durch die gestrichelte Linie markiert ist. Ab dieser Stellung ist die projizierte, durch eine evtl. Rückströmung angeströmte Fläche größer als die verbleibende projizierte Öffnungsfläche. Da die Rückströmung im Auslaufstutzen 22 stärker ist als die von der Luftverdichtereinheit 10 kommende FörderStrömung ist ab die schließende Kraft, die in 3 von links wirkt, größer als die öffnende Kraft von rechts.
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Ein vorteilhaftes Detail besteht darin, dass der Zulaufstutzen 21 mit seiner Unterseite nicht bodengleich mündet, sondern dass die Unterseite mit Abstand zum Boden 28 positioniert ist. Dadurch kann die Kontur der Rückschlagklappe 25 etwas größer gewählt werden als der Umfang der schiefen Ebene an der Mündung des Zulaufstutzens 21, so dass sich die Rückschlagklappe 25 vollflächig an der Mündung anlegen kann, ohne sich am Boden 28 abzustützen.
