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Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Mengen teilchenförmigen
Materials Die Erfindung bezieht sich auf die Messung von Mengen teilchenförmigen
Materials und insbesondere auf ein Meßverfahren und eine Meßvorrichtung zum Belüften
und Fließfähigmachen des Materials vor der volumetrischen Messung, um so über einen
großen Bereich von Mengen oder Massen eine sehr hohe Genauigkeit zu erzielen.
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Die meisten teilchenförmigen Materialien sind in ihrem Aufbau heterogen,
d.h. sie bestehen sowohl aus größeren Teilchen als auch aus fein verteilten, pulverförmigen
Teilchen in einer nahezu willkürlichen Mischung. Infolge der willkürlichen Verteilung
weist eine Masse aus teilchenförmigem Material auch homogene Faktoren auf, da zwei
willkürlich gewählte, gleich große Volumina unverdichteten Materials im wesentlichen
die gleiche Mischung aus gröberen Teilchen und feinverteilterem Material enthalten
sollte, so daß die gleiche Materialmenge in den beiden Volumina vorhanden ist. Bei
der volumetrischen
Messung vorgewählter Mengen teilchenförmigen
Materials ergeben sich zwei Hauptschwierigkeiten. So muß das Material zunächst in
einen Zustand gleichförmiger Verdichtung versetzt werden, so daß- aufeinanderfolgende
volumetrische Einheiten, die aus einer Materialmenge abgemessen wurden, jeweils
die gleiche Menge enthalten. Außerdem muß das Material vor der volumetrischen Messung
so bearbeitet-werden, daß die willkürliche Verteilung von gröberen und feineren
Materialteilchen nicht gestört wird, d.h. die pulverförmigen und die granulatförmigen
Bestandteile des Materials dürfen nicht schichtförmig verteilt und nicht voneinander
getrennt werden.
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Bei vielen vorbekannten Meß- und Abgabeeinrichtungen wurden unterschiedliche
Schwingungsfrequenzen und -amplituden verwendet, um das Material von einem Trichter
in eine Abgabeanordnung zu befördern. Ein wesentlicher Nachteil der Anwendung von
Vibrationen besteht jedoch darin, daß das teilchenförmige Material, das aus unterschiedlich
großen Teilchen besteht, Schichten bildet, wenngleich die Masse fließfähig bleibt.
Somit geht das feinteiligere Material aus den oberen Schichten in die unteren Schichten
über, und es ergibt sich eine Konzentration von gröBeren Teilchen in den oberen
Schichten. Infolge des größeren Schüttgewichtes der kleinen Teilchen eines gegebenen
Materials gegenüber dem Schüttgewicht der größeren
Teilchen, bewirken
die Vibrationen zyklische Änderungen in der Abgaberate aus einem Behälter, dem nacheinander
Materialchargen zugeführt werden Andere bekannte Meß- und Abgabeeinrichtungen verwenden
rotierende Arme, die enDweder als Propeller zur Bewegung des Materials mittels Zentrifugalkraft
oder als bewegbare Kammern zum Ein schluß eines Volumens teilchenförmigen Materials
zwischen benachbarten-Armen uni zum-- Abgeben-des eingeschlossenen Materials dienen.
Demgegnüber -wird das in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendete, sich bewegende-Verteilerelement
zu langsam gedreht, um eine nennenswerte Zentrifugalkraft zu erzeugen.
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Vielmehr wird dieses Verteilerelement in neuer Weise zum Verwirbeln-
des Materials und zur Erzeugung eines sich langsam bewegenden Mate.rialhügels- benutzt,
der- feste geometrische Eigenschaften hat, ans denen eine. vorbestimmte Materialmenge
abgemessen wird.
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Für gewisse Anwendungsfälle, beispielsweise das Messen und Mischen
-von. in geringsten Mengen zu verwendenden Materialien, wie - etwa Wachstums-Anregungsmittel,
Antibiotika, Aminosäuren, Spurenmineralien und Vitamine, die Futtermitteln zugesetzt
werden sollen, ist die Meßgenauigkeit besonders wichtig, Eines der zur eit genauesten
Meßi-nstrumente sind Wiegebänder. Bei diesen Instrumenten wird das Material auf
ein bewegbares Band
verteilt, das von elektrischen Gewichtsfühlern
gehalten wird.
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Andere verhältnismäßig genaue, vorbekannte Geräte enthalten gewisse,
mit geringer Rate arbeitende Förderer, und das Material wird in eine Nut bekannten
Volumens gegeben, die in die Oberfläche einer Scheibe eingeschnitten ist. Danach
wird das Material in Höhe der Oberfläche der Scheibe glattgestrichen, so daß eine
bekannte Materialmenge in der Nut verbleibt. Mit diesen bekannten Einrichtungen
ist jedoch eine sehr hohe Genauigkeit nur in einem sehrkleinen Bereich von Mengenwerten
zu erzielen.
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Es besteht daher ein Bedürfnis nach einem Verfahren und einer Einrichtung,
die die Abgabe von teilchenförmigem Material mit hoher Genauigkeit und über einen
großen Bereich von Mengenwerten ermöglichen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Menge eines
teilchenförmigen Materials in einer Verteilzone gehalten, die von einer im wesentlichen
horizontal angeordneten Stützfläche gebildet ist, und eine Meßfläche erstreckt sich
von der Stützfläche nach oben zu einer Meßkante. Auf der Stützfläche.wird bis nahe
an die Meßfläche ein Hügel aus teilchenförmigem Material gebildet, so daß der natürliche
Schüttwinkel des Hügels sich bis zu einer Höhe in der Ebene der Meßfläche erstreckt,
die oberhalb der Meßkante liegt. Der Hügel aus teilchenförmigem Material wird entlang
der Meßfläche bewegt,
so daß das Material des Hügels unter Wirkung
der Schwerkraft über die Meßkante fließt.
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Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine horizontal
angeordnete Stützfläche für das teilchenförmige Material sowie eine Meßfläche vorgesehen,
die sich entlang und von der Stützfläche nach oben zu einer Meßkante erstreckt.
Ein Verteilerelement ist oberhalb der Stützfläche befestigt und weist Bereiche auf,
die sich horizontal nahe der Stützfläche und nach oben nahe der Meßfläche erstrecken.
Das Verteilerblatt ist entlang der Meßfläche bewegbar, um einen sich bewegenden
Hügel aus teilchenförmigem Material zu bilden, dessen natürlicher Schüttwinkel sich
bis oberhalb der Meßfläche, also-bis über die Meßkante erstreckt, so daß das teilchenförmige
Material des Hügels unter Wirkung der Schwerkraft über die meßkante fließt.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel nimmt ein Speichertrichter
mit einer Bodenöffnung eine Menge des zu messenden teilchenförmigen Materials auf.
Innerhalb des Trichters ist zum Verschließen der Bodenöffnung eine Druckentlastungsplatte
mit einer Anzahl von Löchern vorgesehen. Oberhalb der Druckentlastungsplatte ist
ein oberer Drehwischer drehbar befestigt.
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Er weist mindestens einen Wischdraht auf, der sich nahe der oberen
Fläche der Platte radial nach außen erstreckt. Ein
kegelstumpfförmiger
Meßtrichter befindet sich unterhalb der Druckentlastungsplatte und nimmt das durch
die Löcher der Platte hindurchtretende Material auf. Die Wand des Meßtrichters bildet
am unteren Ende eine zentrale Zuführöffnung. Ein Verteilerring ist im Meßtrichter
unterhalb der Zuführöffnung angeordnet. Er hat eine kreisförmige, im wesentlichen
horizontal verlaufende Stützfläche für das teilchenformige Material und eine zylindrische
Meßfläche, die die Stützfläche umgibt und sich von ihr nach oben erstreckt. In der
Meßfläche ist eine Anzahl von Öffnungen vorgesehen. Innerhalb des Verteilerringes
ist ein Verteilerelement drehbar befestigt, das mindestens einen sich nach außen
über die Stützfläche und dann nahe der Meßfläche nach oben erstreckenden Arm aufweist.
Ein unterer Drehwischerdraht ist am Verteilerelement befestigt und erstreckt sich
nach oben durch die zentrale Zuführöffnung sowie parallel zur und nahe der inneren
Fläche des Meßtrichters. Das Verteilerelement und der obere Drehwischer sind zur
gemeinsamen Drehung miteinander verbunden. Unterhalb des Verteilerringes befindet
sich ein Sammeltrichter. Außerdem ist ein Antrieb zur Drehung des Verteilerelementes
vorgesehen, um den oberen Drehwischerdraht nahe der oberen Fläche der Druckentlastungsplatte
zu bewegen, so da-B das teilchenförmige Material aus dem Vorratstrichter aufgelockert
und durch die Öffnungen in der Druckentlastungsplatte transportiert wird, um den
unteren Drehwischerdraht nahe der inneren Fläche des Meßtrichters zu bewegen,
so
daß das teilchenförmige Material aufgelockert und durch die zentrale Zuführöffnung
in den Verteilerring bewegt wird, und um das Verteilerelement zu drehen und einen
Hügel aus teilchenförmigem Material entlang der Meßfläche des Verteilerringes zu
bewegen, so daß ein vorbestimmter Anteil des Hügels infolge Schwerkraft durch die
Öffnungen in der Meßfläche gelangt und in den Sammeltrichter fließt.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine erfindungsgemäße
Vorrichtung in einem Gehäuse.
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Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung
Fig. 3 zeigt in perspektivischer Darstellung, teilweise aufgebrochen, einen Verteilerring
und einen Meßtrichter für die erfindungsgemäße Vorrichtung, wobei der Trichter im
Abstand vom Meßring dargestellt'ist'.
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Fig. 4 zeigt in einer perspektivischen Darstellung, teilweise aufgebrochen,
den Verteilerring und den Meßtrichter einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei
der Strom des teilchenförmigen Materials zu erkennen ist.
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Fig 5 zeigt einen Schnitt entlang der Linie 5-5 aus Fig. 2.
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Fig. 6 zeigt einen Schnitt entlang der Linie 6-6 aus Fig. 2.
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Fig. 7 zeigt ein dreiarmiges Verteilerelement gemäß der Erfindung.
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Fig. 8 zeigt eine Seitenansicht des Verteilerelementes gemäß Fig.
7.
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Fig. 9 zeigt einen Schnitt entlang der Linie 9-9 aus Fig. 7.
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Fig. 10 zeigt eine Draufsicht auf ein fünfarmiges Verteilerelement
für die erfindungsgemäße Vorrichtung.
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Fig. 11 zeigt eine Draufsicht auf ein anderes Ausführungsbeispiel
eines Verteilerelementes für die erfindungsgemäße Vorrichtung.
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Fig. 12 zeigt eine Seitenansicht des Verteilerelementes aus Fig. 11.
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Fig. 13 zeigt schematisch die für die erfindungsgemäße Vorrichtung
verwendete Steuerschaltung.
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Fig. 14 zeigt die Verformung des unteren Drehwischerdrahtes während
des Betriebes.
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Die in-Fig. 1 in perspektivischer Darstellung gezeigte Vorrichtung
gemäß der Erfindung befindet sich in einem Gehäuse oder Schrank 11. Dieser Schrank
hat ein unteres Teil 12, das einen wesentlichen Teil der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung
aufnimmt, sowie einen oberen Teil t3 zur Aufnahme eines Trichters 14 für die Speicherung
des zu messenden, teilchenförmigen Materials. Das obere und das untere Teil sind
mit vier Beinen 15 und einer zylindrischen Abdeckung 16 verbunden. Das untere Teil
12 wird vorn mittels einer angelenkten Tür 20 verschlossen und enthält eine Probenkammer
17, in die sich ein Sammeltrichter 81 erstreckt, unter dem entweder ein Sammelbehälter
18 zur Prüfung der Gewichte des gemessenen Materials oder eine mittels Luft arbeitende
Verteileinrichtung angeordnet ist, die später erläutert werden wird. Die Kammer
17 kann mittels einer angelenkten Tür 19 verschlossen werden. Das obere Teil 13
hgt eine angelenkte Tür 21 und weist am oberen Ende eine angelenkte, obere Platte
22 auf, die zum Füllen des Trichters 14 geöffnet wird. Wenn die Türen 20 und 21
sowie die Platte 22 geschlossen und verriegelt sind, umschließt der Schrank 11 die
Vorrichtung vollständig, so daß keine unzulässigen Änderungen oder Eingriffe vorgenommen
werden können.
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Außerdem sichert der vollständige Einschluß im Schrank 11 das zu messende
Material gegen Verschmutzungen und ermöglicht einen sterilen Betrieb.
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In Fig. 2 ist ein Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung
dargestellt, die einen Trichter 14 aufweist, der nach innen und unten verlaufende
konische Wände 23 hat, die in einen kurzen, zylindrischen Abschnitt 24 übergehen.
Dieser ist mit einem Materialkonditionierabschnitt verbunden. Der zylindrische Abschnitt
24 des Trichters 14 ist am unteren Ende mittels einer Druckentlastungsplatte 25
verschlossen, die eine Anzahl von nach unten und außen verlaufender konischer Öffnungen
26und 26b hat. Innerhalb des zylindrischen Abschnittes 24 ist eine obere Drehwischer-Druckplatte
27 befestigt, die von drei nach unten yerlaufenden Streben 28 gehalten wird.
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Diese Druckplatte 27 hat ein ebenes, kreisförmiges Oberteil und eine
kreisförmige Mittelaussparung 29 in dessen unterer Fläche. Innerhalb eines leeren
Bereiches 31 unterhalb der Druckplatte 27 befindet sich ein halbkugelförmiger, oberer
Drehwischer 32, der am Ende einer sich durch die Mitte erstreckenden Antriebswelle
33 befestigt ist. Der obere Drehwischer 32 hat eine sich in axialer Richtung erstreckende
Gewindebohrung zur Aufnahme des Gewindeendes 34 der Antriebswelle 33. Am oberen
Drehwischer 32 ist ein oberer Drehwischerdraht 35 befestigt, der sich horizontal
nach außen über die äußeren Öffnungen 26b der Druckentlastungsplatte 25 hinaus erstreckt.
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Der größte Teil der Materialkonditionier- und -abgabeeinrichtung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung befindet sich in einem äußeren, rohrförmigen Kunststóffgehause
36, das zylindrisch ist und glatte Innen- und Außerflächen hat. In einem Ausführungsbéispiel
wurde ein Rohr aus Polyvinylchlorid verwendet, das einen Außendurchmesser von 29,53
cm und eine Wandstärke von 0,64 cm hatte. Die Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind im äußeren Gehäuse 36 ohne Klebstoff oder andere Befestigungsmittel gehaltert.
Vielmehr ist jedes Element so geformt, daß es vom äußeren Gehäuse 36 aufgenommen
und von einer Anzahl zylindrischer Abstandsstücke 37, 38, 39 und 40 in seiner Lage
gehalten wird. Jedes Abstands stück besteht vorzugsweise aus dem gleichen Material
wie das äußere Gehäuse 36, hat jedoch einen etwas kleineren äußeren Durchmesser
als der Innendurchmesser des rohrförmigen Gehäuses 36, so daß die Abstandsstücke
in das Gehäuse 36 eingeschoben werden können.
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Die Druckentlastungsplatte 25 wird zentrisch in einem Abstandsstück
37 mittels einer Anzahl von sich nach unten erstreckender Ansätze 41 gehalten. Die
Druckentlastungsplatte 25 weist außerdem an ihrer unteren Fläche eine ringförmige,
sich nach unten erstreckende Rippe 42 auf, die zentrisch um eine Mittelöffnung 34
angeordnet ist, durch welche sich die Antriebswelle 33 erstreckt. Mittels der ringförmigen
Rippe 42 ist der obere Teil eines Materialverteiltrichters 44 gehaltert. In einem
Ausführungsbeispiel
beträgt die Neigung der sich nach unten und
außen erstreckenden Wand des Verteiltrichters 44 weniger als etwa 59° bezüglich
der Horizontalen, und die Wang erstreckt sich radial nach außen über die am weitesten
außenliegenden Öffnungen 26b der Druckentlastungsplatte 25 hinaus. Nach unten verläuft
die Wand des Verteiltrichters 44 in den Meßtrichter 45.
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Das obere Ende des Meßtrichters 45 befindet sich durch ein oberes
Abstandsstück 37 im Abstand von der Druckentlastungsplatte 25 und hat einen seine
Außenkante umgebenden Flansch 45, der von einem unteren Abstandsstück 38 gehalten
wird. In einem Ausführungsbeispiel verläuft die konische Wand des Meßtrichters 45
unter einem Winkel von weniger als 590 bezüglich der Horizontalen nach unten und
innen. Der untere Teil des Meßtrichters 45 weist einen zylindrischen Abschnitt 47
auf, der eine zentrisch angeordnete Zuführöffnung 48 bildet. Ein einstellbares Ringelement
51 ist an der Außenseite des zylindrischen Abschnittes 47 befestigt und weist einen
kurzen zylindrischen Abschnitt 52 sowie einen sich nach unten und außen erstreckenden
Randabschnitt 53 auf. Das Ringelement 51 kann durch Lösen einer Stellschraube 54
und Verschieben auf dem zylindrischen Abschnitt 47 in der Senkrechten verstellt
werden.
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Ein Verteilerring 61 ist unterhalb des Meßtrichters 45 angeordnet
und weist einen ebenen Ringflansch 62 auf, der auf dem Abstandsstück 39 ruht. Der
Verteilerring 61 ist im allgemeinen zylindrisch und hat eine senkrecht verlaufende
zylindrische Wand 63 und eine ebene, kreisförmige Bodenfläche 64. Die Bodenfläche
64 ist mit einer Schicht aus Schleifmaterial 65 bedeckt.
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Die Außenfläche der Wand 63 wird durch den Flansch 62 im Abstand von
der Innenwand des Abstandsstückes 39 gehalten. Wie später noch im einzelnen erläutert
werden wird, hat der Verteilerring 61 eine Anzahl von kreisförmigen Öffnungen 66,
die um einen Mittelbereich der Wand 63 verteilt sind. Die unteren Außenkanten der
Öffnungen 66 haben Abschrägungen 67, so daß die unteren Innenkanten der Öffnungen
scharfkantig sind.
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Die untere Fläche des Verteilerringes 61 hat eine ringförmige Umfangsrippe
6§, an deren Innenfläche eine gewölbte Abdeckung 69 befestigt ist, die eine Treibkammer
70 unterhalb des Verteilerringes 61 bildet. Innerhalb dieser Treibkammer ist ein
Elektromotor 71 befestigt und über ein Untersetzungsgetriebe 72 mit einem Ende der
Außengewinde aufweisenden Welle 73 gekoppelt. Ein Tachometergenerator 74 ist mit
dem Motor 71 verbunden und wird mit der gleichen Geschwindigkeit wie dieser angetrieben.
Die Anschlußleitungen für den Motor 71 und die Ausgangsleitungen vom Tachometergenerator
74 sind in einem Kabel 75 enthalten, das sich durch eine abgedichtete Öffnung
in
der Abdeckung 69 und durch Öffnungen in den Wänden des Abstandsstückes 39 und des
äußeren Gehäuses 36 erstreckt und zu einer außen liegenden Schaltungsanordnung führt.
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Die Ausgangswelle 73 erstreckt sich durch eine Öffnung im Boden des
Verteilerringes 61 und durch eine Buchse 76 innerhalb des Ringes. Ein Verteilelement
77 mit einer Anzahl von gewölbten, sich nach außen erstreckenden Armen 78 ist auf
das Ende der Ausgangswelle 73 aufgeschraubt. Die sich zentrisch erstreckende Antriebswelle
33 ist mittels einer Innengewinde aufweisenden Kupplungsbuchse 79 mit dem Ende der
Ausgangswelle 73 gekoppelt. In einer Fassung im oberen Teil des Verteilerelementes
77 ist ein unterer Drehwischerdraht 80 befestigt, der sich durch die zentrale Zuführöffnung
48 hindurch in den unteren Teil des Meßtrichters 45 sowie entlang und nahe der Innenfläche
der Meßtrichterwand erstreckt.
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Wie Fig. 2 zeigt, hat die Außenfläche der Wand 63 des Verteilerringes
61 einen Abstand von der Innenfläche des Abstandstückes 39, so daß durch den Verteilerring
und aus den Öffnungen 66 hinaus gelangendes teilchenförmiges Material in eine Samineltrichter
81 fällt. Die Innenfläche des Abstandsstückes 39 ist vorzugsweise mit einer Schicht
aus polierter Aluminiumfolie von etwa 245/um Stärke bedeckt, um mögliche statische
Aufladungen zu verteilen und das Anhaften der durch die Öffnungen 66 gelangenden
Teilchen zu verhindern.
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Die Wand des Sammeltrichters 81 ist konisch und weist am oberen Umfang,
einen Flansch 82 auf, der zwischen dem unteren Abstandsstiick 39 und -de'm, Bodenabstnndsstück
40 gehaltert wird.
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Der untere Teil des Sammeltrichters 81 weist einen kurzen, zylindrischen
Abschnitt -83 auf, der eine Auslaßöffnung 84 zum Sammeln des teilchenförmigen Materials
bildet, das mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung abgemessen wurde. Es ist auch
möglich, in, der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine mit Luft arbeitende Verteileinrichtung
vorzusehen, die ein Venturigehäuse 91 enthält, das mittels- einer Stellschraube
92 mit dem zylindrischen Ahschnitt 83 verbunden ist. Das Venturigehäuse 91 hat eine
Einlaßöffnung 93 und eine Auslaßöffnung 94. In der Einlaßöffnung 93 ist mittels
einer Stellschraube 96 verschiebbar ein Venturirohr 95 befestigt, und die Einlaßöffnung
93 ist zur Zu, fuhr von bewegter Luft über einen Schlauch 97 an ein Gebläse 98 angcschfossen.
Die vom Gebläse 98 über den Schlauch 97 und das Venturirohr 95 gelieferte Luft erzeugt
im Bereich 99 einen Unterdruck, der Material aus dem Trichter 81 absaugt, dieses
Material in einem Luftstrom hält und durch die Auslaßöffnung- 94 in eine Verteilleitung
100 führt. Diese Verteilleitung kann zu einem nichtdargestellten äußeren Trichter
führen, in dem abgemessenes Material gemischt wird, oder an ein Mischrohr (nicht
gezeigt) angeschlossen sein, um die abgemessenen Teilchenmengen zum Mischen weiterzutransportieren.
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Die pneumatische Einrichtung zum Verteilen des teilchenförmigen Materials
aus dem Sammeltrichter 81 befindet sich unterhalb des Verteilerringes 61, so daß
ein Abfüllen von abgemessenen Materialmengen in den Trichter möglich ist, bevor
das Material aus diesem Trichter entfernt wird. Dadurch läßt sich die Vorrichtung
zyklisch betreiben und liefert eine abgemessene Materialmenge in den Sammeltrichter
81. Soll diese abgemessene Materialmenge einer Mischung zugesetzt werden, so braucht
lediglich das Gebläse 98 in Betrieb gesetzt zu werden, um das Material zu entfernen
und über die Verteilleitung 100 einer entfernten Mischkammer zuzuführen. In einem
Ausführungsbeispiel wurde ein Gebläse, etwa das Modell 8700 der Firma Brever Manufacturing
Co., Chicago, Illinois, verwendet, welches 3 1,5 m Luft pro Minute liefert.
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In einem Ausführungsbeispiel wurden die folgenden Elemente der erfindungsgemäßen
Vorrichtung aus Aluminiumguß hergestellt: Die Drehwischer-Druckplatte 27, der obere
Drehwischer 32, der Materialverteilkonus 44, der Meßtrichter 45, das Ringelement
51, er Verteilerring 66, das Verteilerelement 77, die Abdeckung 69, der Sammeltrichter
81 und das Venturigehäuse 91. Soll die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verarbeitung
von teilchenförmigem Material unter sterilen Bedingungen benutzt werden, so können
die Elemente mit einer äußeren Schicht eines inerten Materials, etwa Polyvinylchlorid,
Teflon o.ä. beschichtet oder plattiert sein.
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Wie Fig. 5 zeigt, ist die Druckentlastungsplatte kreisförmig und weist
eine innere, ringförmige Anordnung von 16 kreisförmigen Öffnungen 26a auf. Der Mittelpunkt
jeder der Öffnungen 26a hat den gleichen Abstand vom Mittelpunkt der Platte 25 und
liegt auf einem gemeinsamen inneren Kreis. Die Platte 25 hat außerdem eine äußere
ringförmige Anordnung von kreisförmigen Öffnungen 26b, deren Mitten ebenfalls jeweils
gleichen Abstand von der Mitte der Platte haben und auf einem gemeinsamen Kreis
liegen. Die Mitte jeder der äußeren Öffnungen 26b liegt auf einem Radius, der von
der Mitte der Platte ausgehend in der Mitte zwischen zwei benachbarten inneren Öffnungen
26b hindurchführt. Die Größe der Öffnungen 26a und 26b wird durch die Dichte und
die Eigenschaften des zu messenden Materials sowie durch die gewünschte Materialströmungsrate
in der Vorrichtung bestimmt.
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Die Drehwischer-Druckplatte 27 ist an drei sich in radialer Richtung
erstreckenden Stegen 28 befestigt und überdeckt den oberen Drehwischer 32. Der Drehwischerdraht
35 ist in einer Fassung 101 gehaltert und erstreckt sich über den äußeren Ring von
Öffnungen 26b radial nach außen. Dieser Draht 35 ist vorzugsweise aus Federstahl
hergestellt und hatte in einem Ausführungsbeispiel einen Durchmesser von, 0,19 cm,
wodurch sich zufriedenstellende Ergebnisse erzielen ließen. Wird ein Draht mit erheblich
größerem Durchmesser verwendet, so entsteht für
die Bewegung innerhalb
des teilchenförmigen Materials ein zu hoher Widerstand, der den Antriebsmotor überlastet
und möglicherweise einen Bruch des Drahtes zur Folge hat. Ein Draht mit erheblich
kleinerem Durchmesser wird infolge des Widerstandes des teilchenförmigen Materials
plastisch verformt und dauerhaft beschädigt.
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Wie am deutlichsten in Fig. 2 zu erkennen ist, sind die unteren Flächen
der Öffnungen 26a und 26b unter einem Winkel von etwa 320 bezüglich der horizontalen
oberen Fläche der Platte nach außen abgeschrägt. über diese Öffnungen 26a und 26b
erfolgt ein erster Meßvorgang, wobei der das teilchenförmige Material verdichtende
Druck durch Belüftung und Fließen entfernt wird. Das Material wird durch Drehung
des oberen Drehwischers 82, also durch eine kreisförmige Bewegung des Drehwischerdrahtes
35 durch die Druckentlastungsplatte 25 gemessen, wobei der Draht zunächst über eine
der Öffnungen 26a der inneren Anordnung, über den Raum zwischen den Öffnungen und
dann über eine der Öffnungen 26b in der äußeren Anordnung läuft. Dadurch wird eine
konstante Materialzufuhr durch die Druckentlastungsplatte erreicht und Pulsationen
und intermittierende Zuführungen vermieden, die zu erhöhten Drücken auf das durch
die Platte geförderte Material führen könnten.
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Nach dem Durchtritt des Materials durch die Öffnungen 26a und 26b
gelangt es auf die Außenfläche des Konus 44 und wird in
den Meßtrichter
45 abgelenkt. Im Betrieb der Vorrichtung, wenn diese mit zu messendem -Material
gefüllt ist, entsteht im Inneren des Konus 44 sowie auch direkt unterhalb der unteren
Fläche der Platte 25 und außerhalb des äußeren Ringes von Öffnungen jeweils ein
leerer Bereich. Diese leeren Bereiche führen zu einer Druckentlastung, so daß die
Verdichtung der zu messenden Teilchen verringert wird. Da sich die Seiten des Konus
44 radial nach außen über den äußeren Ring von Öffnungen 26b hinaus erstrecken,
wird das Gewicht der senkrechten Säulen aus durch die Öffnungen 26a und 26b hindurchgelangendem
Material von dem Kegel 45 getragen und die Materialmenge wird nicht innerhalb des
Meßtrichters 45 verdichtet.
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Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das zu messende Material
vom unteren Teil des Trichters 14 abgeführt wird, so daß das gesamte Material im
Trichter dazu neigt, auf der gleichen Höhe zu bleiben und sich als Einheit senkrecht
nach unten zu bewegen, wenn ein Abfüllen erfolgt. Durch das Abfüllen über den gesamten
Bodenbereich wird die Bildung eines materialfreien Wirbelraumes vermieden, der sich
von der oberen Fläche des im Trichter enthaltenen Materials zentrisch nach unten
erstrecken könnte. Das Entladen über den gesamten Boden ermöglicht eine Abwärtsbewegung
des Materials in einer Ebene, ohne daß eine Kegelwirkung eintritt, d.h. ohne daß
eine Wirbelöffnung entsteht, die sonst eine Trennung des Materials in
gröbere
und feinere Teilchen zur Folge hätte. Durch das über den Boden entladen wird das
Material in Scheiben "zerschnitten", ohne daß die ursprüngliche Mischung und Verteilung
innerhalb des Materials gestört wird. Das Abfüllen in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
erfolgt außerdem mit minimaler Vibration.
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Vibrationen verursachen eine Ablagerung der feineren oder kleineren
Teilchen an den Wänden des Behälters und eine Trennung des Materials in unterschiedliche
Dichtebereiche. Die Druckplatte 27 nimmt das Gewicht des Materials im Trichter oberhalb
des oberen Drehwischers 32 auf und hält diesen druckfrei. Diese Druckfreiheit dient
dazu, den Druck auf das zu messende Material zu verringern und eine Durchlüftung
und Fließfähigkeit der Materialteilchen hervorzurufen, wenn diese über die Seiten
der Platte 27 fallen, sowie das erforderliche Drehmoment des Motors 71 zu verringern,
der den oberen Drehwischer treibt.
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Die Druckentlastungsplatte 25 führt zu einem Konditionieren des Materials,
um so Verdichtungen infolge des Materialgewichtes zu vermeiden, da eine Belüftung
der Teilchen und ein Materialfließen erreicht wird, wenn das Material durch die
Öffnungen 26a und 26b der Platte hindurchtritt.
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Wie Fig. 2 zeigt, ist der Drehwischerdraht 80 in einer Fassung im
Nabenteil des Verteilerelementes 77 befestigt. Der Draht 80 erstreckt sich vom Verteilerelement
77 nach oben durch die mittlere Zuführöffnung 48 und entlang der Innenfläche des
Meßtrichters
45 bis eben unterhalb dessen oberer Kante. Er besteht
vorzugsweise aus einem elastischen, flexiblen Draht und wurde in einem Ausführungsbeispiel
aus einem Stück verzinnter Drahtsaite hergestellt, die einen Durchmesser von etwa
0,19 cm hatte. Eine Drehung des Verteilerelementes 77 bewegt den Draht 80 entlang
des inneren Umfanges des Trichters 45. Wird das Verteilerelement 77 gedreht und
ist der Meßtrichter 45 mit teilchenförmigem Material gefüllt, wird der Drehwischerdraht
80 gegen die Innenwand des Trichters gepreßt und nach hinten bogenförmig verformt.
Wenn sich der Drehwischerdraht 80 gegen den Widerstand des Materials im Trichter
45 bewegt, erzeugt die bogenförmige Verformung des Drahtes sprunghafte Bewegungen,
durch die das Material nahe der Trichterwand aufgelockert und strömungsfähig gemacht
wird, ohne daß die Materialmenge im Trichter Vibrationen ausgesetzt wird. Der Drehwischerdraht
80 bewegt sich spxungartig und zitternd und durchschneide"' dabei das teilchenförmige
Material statt es wegzudrücken. Durch diese Bewegung wird das Material nahe der
Wand des Trichters 45 sanft in Schwingungen versetzt und gelockert, so daß die Teilchen
nach dem Durchtritt des Drahtes wieder in eine Ruhelage nahe ihrer ursprünglichen
Lage zurückkehren. Da ein Teil des Materials durch die Zuführöffnung 48 austritts
lagern sich die Teilchen im allgemeinen an einer etwas tiefer liegenden Stellung
im Trichter 45 ab, und zwar bezogen auf die Stellung, die sie einnahmena bevor der
Draht hindurchtrat
Die intermittierende Bewegung des unteren Drehwischerdrahtes
80 durch das teilchenförmige Material am inneren Umfang des Trichters 45 kann als
"Rauschvibration" bezeichnet werden.
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Dieser Begriff soll die schwachen, rhytmischen Stoßbewegungen des
Drahtes 80 beschreiben, die durch die periodischen impulsartigen Entlastungen der
Biegespannung im Draht infolge vor.
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Ablagerungen und Wiederausrichtungen von Téilchenstellungen entstehen.
Die zitternden Beweg,ungendes Drahtes erzeugen eine glatte, rhytmische Schneidbewegung,
die den Teilchen eine Bewegung entlang einer Bahn geringsten Widerstandes ermöglicht
und das Material für eine gleichförmige Abwärtsbewegung auflockert und strömungsfähig
macht.
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Zur Erzeugung von Rauschvibrationen muß der Winkel des Drehwischerdrahtes
80 bezüglich seiner allgemeinen Bewegun-gsrichtung durch das Material so gewählt
sein, daß eine Bahn durch das Material geschnitten und nicht gedrückt wird, wie
dies in Fig. 14 angedeutet ist. Wenn sich der Draht 80 biegt, nimmt die Größe des
Widerstandsbereiches ab, der durch das vom Draht durchlaufene Material gebildet
wird. Wenn Materialteilchen nachgeben und sich um den Draht herwsbewegen, nimmt
die Biegespannung etwas ab und der Draht springt nach vorn Bei diesem nach vorwärts
Springen wird der "Angriffswinkel" vergrößert und damit auch die Größe des Widerstandsbereiches,
so daß der Draht wieder gebogen wird, was eine zyklische Bewegung zur
Folge
hat. In einem anderen Ausführungsbeispiel wurde am oberen Ende des Drahtes 80 ein
kleiner Vorsprung oder Haken angebracht, um den Widerstand des Drahtes im Material
und damit seinen Biegewinkel zu vergrößern.
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Das Endergebnis der Rauschvibrationen des Drehwischerdrahtes 80 besteht
in einer Bodenabfüllung des teilchenförmigen Materials im Meßtrichter 45 durch die
Mittelöffnung 48, so daß die Materialmenge sich in im allgemeinen festen horizontalen
Ebenen gleichförmig nach unten bewegt. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt
sich beim Transport des teilchenförmigen Materials durch den Meßtrichter 45 kein
leerer Wirbelraum in der Mitte des Trichters 45 noch werden innerhalb des Trichters
45 Schwingungen auf das Material übertragen, die zu einer Schichtbildung in gröbere
und feinere Teilchen führen könnten. Da der obere und der untere Drehwischer auf
einer gemeinsamen Antriebswelle befestigt sind, wird erreicht, daß das teilchenförmige
Material inund durch die verschiedenen Stufen der Vorrichtung mit der gleichen Rate
transportiert wird, wie es aus diesen Stufen austritt.
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Aus den Figuren 2 bis 4 ergibt sich, daß das einstellbare Ringelement
51 um die Öffnung 48 eben oberhalb der Arme 78 des Verteilerelementes 77 angeordnet
ist. Die Aufgabe des nach außen verlaufenden Randbereiches 53 des Ringelementes
51 besteht
darin, eine Ausbreitung des teilchenförmigen Materials
110 (Fig. 4) nach dem Durchtritt durch die Öffnung 48 unter dem Schüttwinkel zu
verhindern. Das Ringelement 51 formt den aus dem Meßtrichter 45 austretenden Materialstrom
durch Drosselung der nach außen gerichteten Bewegung der Teilchen.
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Die senkrechte Lage der Unterkante des Ringelementes 51 ist einstellbar,
um die Strömungsrate des Materials vom Meßtrichter 45 in den Verteilerring 61 einstellen
zu können. Das Ringelement 51 mißt Material aus dem Meßtrichter 45 ab, während die
Arme 78 des Verteilerelementes 77 abgemessenes Material aus dem Inneren des Ringelementes
51 nach außen in den Verteilerring 61 geben. Das Ringelement 51 führt dem Verteilerring
61 nur insoweit teilchenförmiges Material zu, wie dies von den Armen 78 gefordert
wird, so daß sich eine direkte Proportionalität zur Drehgeschwindigkeit des Verteilerelementes
ergibt.
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Um eine maximale Genauigkeit zu erreichen, befindet sich die Unterkante
des Ringelementes 51 so nahe wie möglich an den oberen Enden der Arme 78 des Verteilerelementes.
In einem Ausführungsbeispiel betrug der Abstand zwischen der Unterkante des Ringelementes
und den Oberkanten der Arme des Verteilerelementes zwischen etwa 0,32 cm und etwa
0,16 cm, wodurch sich ein sehr genaues Meßergebnis erreichen ließ.
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Es sei nunmehr die teilweise aufgebrochene perspektivische Darstellung
des Verteilerringes 61 gemäß Fig. 3 betrachtet,
wobei in dieser
Figur der Trichter 45 in senkrechtem Abstand von dem Verteilerelement 77 gezeigt
ist. Die kreisförmige Bodenfläche des Verteilerringes 61 ist mit einer Schicht aus
Schleifmaterial 65 bedeckt, um zu verhindern, daß sich die gesamte im Verteilerring
befindliche Materialmenge auf der Bodenfläche gleitend im einem Kreis bewegt. In
einem Ausführungsbeispiel wurde als Material für die Schicht 61 SAFETY WALK PAPER,
Typ B, mittlere Körnung, der Firma Minnesota Mining and Manufacturing Company, verwendet.
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Das Verteilerelement 77 hat einen Spindelbereich 111, der oberhalb
der Buchse 76 auf die Ausgangswelle 73 aufgeschraubt ist.
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Die Unterkanten der Arme 78 des Verteilerelementes befinden sich im
Abstand von der Fläche des Schleifmaterials 65, so daß kleinere Fremdkörper, die
sich in dem abzumessenden Material befinden könne, auf den Boden sinken und eine
Beschädigung der Öffnungen 7,6 verhindert wird. Das Verteilerelement 77 ist so innerhalb
des Verteilerringes 61 angeordnet, daß die oberen Bereiche der Kehlen 112 nahe den
Enden der Arme 78 etwa auf Höhe der Unterkanten der öffnungen, 66 liegen.
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Wie Fig. 3 zeigt, haben die Öffnungen. 66 einen Abstand voneinandere
so daß die Stege 103 zwischen diesen Öffnungen verhältnismäßig schmal sind, was
eine gute Wiederholbarkeit der Strömung aus den Öffnungen zur Folge hat, wenn das
Verteilerelement
77 aus unterschiedlichen Stellungen anläuft oder
in unterschiedlichen Stellungen angehalten wird. Die unteren Kanten der Außenbereiche
der Öffnungen 66 weisen Abschrägungen 67 auf, so daß die Unterseiten dieser Öffnungen
(nach außen gesehen) scharfkantig ausgebildet sind. Die Abschrägungen 67 verhindern
Ansammlungen von Materialteilchen innerhalb der Öffnungen 66 und vermeiden dadurch
Meßungenauigkeiten infolge Nachfließens von Material aus den Öffnungen, nachdem
die Bewegung des Verteilerelementes 77 beendet ist. Die Anzahl und Größe der Öffnungen
66 ist proportional dem Durchmesser des verwendeten Verteilerringes. In einem Ausführungsbeispiel
hatte der Verteilerring einen Innendurchmesser von 30,5 cm und Öffnungen mit einem
Durchmesser von etwa 2,14 cm, womit sich gute Ergebnisse erzielen ließen.
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In den Fig. 7 und 8 sind Draufsicht und Seitenansicht eines Verteilerelementes
77 gezeigt. Dieses Verteilerelement 77 hat einen Abdeckbereich 111 und drei gebogene,
sich radial nach außen erstreckende Arme 78. Jeder Arm 78 endet in einem sich senkrecht
nach oben erstreckenden Bereich 113 im Anschluß an die Kehle 112. Jeder der Arme
78 hat eine abgerundete, flügelartige Vorderfläche 115 mit einer scharfen Vorderkante
116, um unter das teilchenförmige Material, zu greifen und dieses über den Arm zu
heben. Die Hinterkante 117 jedes Armes 78 weist eine flache, senkrecht ver1auEende
Fläche 118 auf, wie dies am
deutlichsten in Fig. 9 zu erkennen
ist. Die Fläche 118 bewirkt einen Abfall, so daß das in Richtung des Pfeiles 119
über den Arm strömende teilchenförmige Material von der Oberkante des Arms herabfällt
und so zusätzlich belüftet und strömungsfähio gemacht wird.
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Die Querschnittsflächen-der Arme 78 sind in der Nähe des Abdeckbereiches
111 kleiner, damit Material vom Inneren des Ringelementes 51 (Fig. 4) besser nach
außen in den Verteilerring 61 transportiert werden und das Material vor der Abgabe
durch die Öffnungen konditioniert werden kann. Die Querschnittsflächen der Arme
78 sind zu den Enden der Arme hin größer, um das Material im Verteilerring wirksamer
zu den Öffnungen bewegen zu können.
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In Fig. 10 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verteilerelementes
121 mit einem Abdeckbereich 122 und fünf gebogenen, sich radial nach außen erstreckenden
Armen 123 gezeigt. Der Aufbau jedes Armes 123 entspricht dem Aufbau der Arme 78
des Verteilerelementes 77 (Fig. 7). In der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die
verteilte Menge teilchenförmigen Materials direkt proportional der Anzahl der Arme
je Verteilerelement und der Drehgeschwindigkeit des Verteilerelementes. Außerdem
können die Arme des Verteilerelementes umso länger sein, je
größer
der Durchmesser des Verteilerringes ist und damit kann auch die abzumessende und
je Umdrehung des Verteilerelementes verteilte Materialmenge größer sein.
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Fig. 11 und 12 zeigen eine Draufsicht und eine Seitenansicht eines
weiteren Ausführungsbeispiels eines Verteilerelementes 131, das sich als brauchbar
erwiesen hat. Dieses Verteilerelement hat einen kugelförmigen Abdeckbereich 132
mit einer Gewindebohrung 133 sowie einer zylindrischen Aussparung 134 am Boden,
um die Buchse 76 (Fig. 2) aufzunehmen. Das Verteilerelement 131 weist zwei gebogene,
sich radial nach außen erstreckende Arme 135 auf, die jeweils aus- einer Stange
mit kreisförmigem Querschnitt bestehen und in die dargestellte Form gebogen sind.
Jeder Arm 135 hat einen unteren, mit dem Material in Berührung kommenden Bereich
136, einen nach oben gerichteten Heberabschnitt 137 an dessen Ende und einen oberen
Stützbereich 138. Wird das Verteilerelement 131 im Verteilerring verwendet, so dienen
der untere Bereich 136 und der Heberabschnitt 137 zum gleichen Zweck wie die Flächen
115 und der Heberbereich 113 des Verteilerelementes 77 gemäß Fig. 7 und 8.
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Die Bereiche 138 der Arme 135 (Fig. 11 und 12) dienen lediglich zum
Abstützen und Stabilisieren der Arme, wobei teilchenförmiges Material frei durch
die Räume 139 hindurchtreten kann.
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Das Verteilerelement 131 (Fig. 11 und 12) bewirkt einen symmetrischen
Strom von teilchenförmigem Material und belüftet dieses
Material,
wenn es sich über die Flachen der Bereiche 136 bewegt.
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Jedes der Verteilerelemente ist so aufgebaut, daß das teilchenförmige
Material über die oberen Bereiche der Arme strömt, um das Material durch Belüftung
und Fließfähigmachen zu konditionieren. Im Verteilerring kann das teilchenförmige
Material einer Bahn des geringsten Widerstandes über die Arme des sich drehenden
Verteilerelementes folgen, um ein Verdichten oder Ablagern der Teilchen an Anlageflächen,
etwa der Innenfläche des äußeren Umfangs des Verteilerringes zu vermeiden. Zur Betrachtung
der volumetrischen Messung des teilchenförmigen Materials aus dem Verteilerring
mittels des Verteilerelementes wird auf die Fig. 4 und 6 Bezug genommen. Eine wesentliche
Aufgabe des Verteilerelementes besteht in der Belüftung und dem Fließfähigmachen
des Materials innerhalb des Verteilerringes, so daß pas Material unmittelbar vor
dem Abmessen aus dem Verteilerring in einen Zustand geringster Verdichtung kommt.
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In Fig. 4 ist teilweise aufgebrochen ein Verteilerring 61 in perspektivischer
Darstellung gezeigt, dem teilchenförmiges Material 110 zugeführt wird. Das Verteilerelement
innerhalb des Ringes 61 ist Sm Betrieb dargestellt, wobei das teilchenförmige Material
weiter konditioniert und dann durch die Öffnungen 66 abgemessen wird. Es ergibt
sich ein gewisser Grad
der Unsicherheit darüber, welche Bewegungen
die Teilchen, die die Menge aus teilchenförmigem Material bilden, genau durchführen,
wenn sie unter dem Einfluß der im Verteilerring 61 umlaufenden Arme 78 des Verteilerelementes
stehen. Eine Erklärung besteht darin, daß die Teilchen sich im allgemeinen in senkrechter
Richtung bewegen, etwa ähnlich'einer Welle in einer Flüssigkeit, und daß die Arme
78 unter den Teilchen hindurchlaufen. Eine andere Erklärung ist die, daß die Teilchen
eine Bewegung in Längsrichtung durchführen, da sie in Form eines Hügels vor den
Armen hergeschoben werden. Am wahrscheinlichsten ist eine Kombination aus beiden
Möglichkeiten. Somit wird im folgenden unter der Bewegung eines Materialhügels vor
einer sich bewegenden Armfläche auch die Bildung einer "Welle" verstanden, die bei
Bewegung des Armes unter dem Material hindurch entsteht.
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Durch Drehung der Arme 78 mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung
von etwa 1 bis 6 Umdrehungen pro Minute bewegt sich das teilchenförmige Material
aus einem Bereich unterhalb des Randes 53 des Ringelementes 51, etwa dem Bereich
151 weg.
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Infolge der Bewegung der unteren Fläche jedes Armes 78 wird ein im
allgemeinen ebener Lagerflächenbereich 152 auf dem teilchenförmigen Material innerhalb
des Verteilerringes 61 gebildet. Wenn sich die Arme 78 weiterhin drehen, wird ein
sich bewegender Materialhügel in den Bereichen 153 vor und oberhalb
der
vorderen Fläche 115 (Fig. 9) der Arme gebildet. Ein Teil des sich bewegenden Hügels
aus teilchenförmigem Material in den Bereichen 153 wird durch Umwerfen und Umlagern
belüftet, wenn der Hügel so groß wird, daß sein Schüttwinkel überschritten wird,
so daß Teilchen nach vorn auf die Lagerfläche 152 zurückgleiten und von dem sich
vorwärtsbewegenden Hügel wieder aufgenommen werden. Ein anderer Teil des teilchenförmigen
Materials im sich bewegenden Hügel in den Bereichen 153 wird durch Bewegung über
die obere Fläche der Arme 78 und Herabfallen an der Rückseite der Arme über die
senkrechten Flächen 118 auf die Lagerfläche 152 belüftet. Die. über den hinteren
Bereich eines Armes fallenden Materialteilchen werden von dem sich vor dem nächstfolgenden
Arm bewegenden Hügel aufgenommen und bilden dann einen Bestandteil dieses Hügels.
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Wenn sich das Material in den Bereichen 153 vor dem sich drehenden
Armen 78 bewegt, bewegt es sich außerdem radial nach außen in Verteilbereiche 154,
die aus sich bewegenden Hügeln von teilchenförmigem Material bestehen, die im allgemeinen
vor den Heberbereichen 113 ihren natürlichen Schüttwinkel haben. Die Hügel aus teilchenförmigem
Material in den Verteilbereichen 154 bewegen sich- über die Lagerfläche 152 und
nahe einer Meßfläche, die durch die zylindrische Wand 63 gebildet ist, sowie entlang
einer Meßkante, welche durch die scharfkantigen unteren Bereiche der Öffnungen 66
gebildet wird. Hat sich das Material
ausreichend weit radial nach
außen bewegt, so daß es Teil der Verteilbereiche 154 geworden ist, so ist es auch
durch die Bewegung vor und über die Arme 78 sorgfältig belüftet und fließfähig gemacht
worden, befindet sich also in einem sehr unverdichteten Zustand. Das Material in
den Verteilbereichen 154 wird vor den Heberbereichen 113 geformt, wobei alles Material1
das die erforderliche Menge zur Bildung eines konstanten Matexialvolumens mit festen
geometrischen Eigenschaften übersteigt, die Arme 78 überfließen kann. Überschüssiges
Material strömt um die inneren Kanten der Heberbereiche 113, über die Mehlen 112
(Fig. 3) und durch überschußabgabebereiche 155, so daß hinter den Armen längliche
Rippen 156 aus intensiv belüfteten und fließfähig gemachten Teilchen gebildet werden.
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Die Materialerhebungen 156 bestehen aus unverdichteten Teilchen, die
unter dem Schüttwinkel des teilchenförmigen Materials abgelagert sind und abgerundete
obere Flächen im allgemeinen gleichförmiger Höhe und Breite haben.
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Wenn sich die Arme 78 weiterhin drehen, werden die einzelnen Rippen
156 aufgenommen und zu einem Teil des Verteilbereiches 154 vor dem Heberbereich
113, der unmittelbar dem Heberbereich folgt der die Rippe geformt hat. Das unverdichtete,
von einem sich bewegenden Verteilbereich 154 aus einer Rippe 156 aufgenommene Material
bildet im allgemeinen den oberen Materialteil des Verteilbereiches. Jeder der Verteilbereiche
154 enthält
ein konstantes Volumen gleichformig unverdichteten
teilchenförmigen Materials, und bei Bewegung der Bereiche um den Umfang des Verteilerringes
61 strömt das nahe den Öffnungen 66 und oberhalb von deren unteren Meßkanten befindliche
Material infolge Schwerkraft aus dem Ring und fällt in den Sammeitrichter 81. Die
durch die Öffnungen 66 abgemessene Materialmenge wird durch den Schüttwinkel des
Materials bestimmt und begrenzt, d.h. die Tiefe des in einem Verteilbereich 154
geformten Materialhügels ist ausreichend groß, damit der natürliche Schüttwinkel
eine Erstreckung der Hügelfläche in die Ebene der Meßfläche ermöglicht, welche oberhalb
der durch die unteren Kanten der Öffnungen 66 gebildeten Meßkante liegt Wenn sich
somit die Bereiche 154 nahe den Öffnungen befinden, strömt ein Teilvolumen des Materialhügels,
das eine vorbestimmte Materialmenge enthalt, durch Schwerkraft vom Hügel herab und
durch jede Öffnung heraus. Der Materialstrom durch die Öffnungen 66 wird nur durch
die Schwerkraft bewirkt, und das teilchenförmige Material wird nicht gedrückt oder
gepreßt, um sich in irgendeiner Richtung zu bewegen so daß also keine Kräfte wirken,
die die Teilchen verdichten könnten. Das Material wird durch die Öffnungen 66 mit
gleichförmiger Rate abgemessenE die direkt proportional der RotationsgeschwindiglXeit
des Verteiler elementes 66 ist In Fig. 13 ist schematisch eine Steuerschaltung für
die erfin dungsgemäße Vorrichtung gezeigt. Eine Wechselspannungsquelle
201
ist über einen Hauptschalter 202 und-ein Unterbrecherrelais 203 mit einer Speiseschaltung
204 verbunden Die Schaltung enthält eine fotoelektrische Unterschaltung zur Feststellung
eines Leerzüstandes in der Vorrichtung. Diese Unterschaltung umfaßt ein Paar transparenter
Fenster 205 und 206 in den Wänden des Gehäuses eben unterhalb der Druckentlastungsplatte
(Fig. 2).
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Eine Lichtquelle 207 hinter dem Fenster 205 läßt einen Lichtstrahl
in das Gehäuse eintreten. Fällt der Pegel des teilchenförmigen Materials in der
Vorrichtung unter das Fenster 206, so gelangt der Lichtstrahl durch dieses Fenster
und trifft auf einen Fotodetektor 208, der mit einer Steuerschaltung 209 verbunden
ist. Fällt Licht auf den Fotodetektor 208 so erregt die Steuerschaltung 209 das
Unterbrecherrelais 203, um die Spannungszufuhr zur Vorrichtung zu unterbrechen und
gleichzeitg eine Anzeigelampe 211 für den Leerzustand zu aktivieren.
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Die SpeLseschaltung 204 erzeugt eine 14 Volt Gleichspannung an den
Leitungen 212, die über ein Notorsteuerrelais 213 mit einem Gleichspannungsmotor
71 verbunden sind . Der Motor 71 @reibt über ein Untersetzungsgetriebe 72 die Ausgangswelle
73 In einem Ausführungsbeispiel war der Motor 71 von der Firma Barber-Coleman Inc.,
Rockford, Illionois, hergestellt und arbeitete mit veränderbarer Geschwindigkeit,
wobei die maximale Geschwindigkeit 4200 u/min betrug. Der Motor arbeitete über ein
750:1 Untersetzergetriebe auf die Ausgangswelle 73, so daß
diese
sich mit etwa 0,5 bis 6 U/min drehte und an ihr ein Ausgangsdrehmoment von 28,125
cmwkg auftrat. Der verwendete Motor war ein Motor mit konstantem Drehmoment und
veränderbarer Geschwindigkeit, der im Leerlauf 0,25 A und bei voller Belastung 0,3
A- aufnahm.
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Der Motor 71 ist mit einem Einstellpotentiometer 214 verbunden, so
daß eine Steuerung der Geschwindigkeit der Ausgangswelle 73 in einem Bereich zwischen
etwa 0,5 und etwa 6 U/min möglich~ wird,'Der Motor 71 enthält einen eingebauten
Tachometergenerator 74, dessen Ausgang über-einen Frequenzvervielfacher 215 mit
einem Zähler 216 verbunden ist. Dieser Zähler 216 hat eine elektronische Digitalanzeige
für den Zählerstand, die nach Eichung der Dichte die gelieferte Materialmenge in
g angibt.
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Das Relais 213 ist mit einem einstellbaren Zeitgeber 217 verbunden,
der die Zeitspannen, während der der Motor 71 angetrieben wird, genau steuert.
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Vor Inbetriebnahme der Vorrichtung muß diese zuerst gefüllt i:tnd
dann auf die Dichte des zu messenden, teilchenförmigen Materials geeicht werden.
Hierzu wird in der Schaltung gemäß Fig. 12 der einstellbare Zeitgeber 217 beispielsweise
auf eine Zeitspanne von 1 Minute eingestellt. Die Motorgeschwindigkeitseinstellung
214 wird auf eine vorgewählte Motorgeschwindigkeit eingestellt und der Hauptschalter
202 geschlossen, so daß der
Motor 71 während der vorgewählten Zeitspanne
von 1 Minute mit der gewählten Drehzahl läuft. Nach Ablauf der Betriebszeit wird
die Menge des gelieferten Materials gewogen. Der Frequenzvervielfacher 215 wird
dann so lange verstellt, bis das Ausgangssignal des Digitalzähiers 216 gleich dem
Gewicht des während der Betriebszeitspanne gemessenen Materials ist. Zur Sicherstellung
der Genauigkeit können die Abgabe Wiege- und Einstellschritte mehrfach wiederholt
werden, Die Vorrichtung ist nunmehr auf die bestimmte Dichte des Materials geeicht,
so daß beim erneuten Schließen des Hauptschalters 202 zum Beginn des Betriebes der
Digitalzähler eine Anzeige liefert, die gleich dem Gewicht des gelieferten Materials
in g list, beispielsweise in einem Toleranzbereich von -0825 bis l %.
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Die Bezeichnung "teilchenförmiges Material wird in weitestem Sinne
verstanden und umfaßt feste Materialien aus diskreten Teilchen, im Gegensatz zu
Flüssigkeiten. Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurden viele unterschiedliche
Materialien mit einer Genauigkeit von mehr als -0,25 % in Bereichen von wenigen
g bas mehreren kg gemessen. Beispiele für einige wenige teilchenförmige Materialien,
die erfolgreich gemessen wurden, sowie deren physikalische Eigenschaften sind in
Tabelle 1 an gegeben.
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Tabelle 1 Durchmesserbereich Farbe des physikalische Material der
Teilchen (mm) Materials Eigenschaften gemahlene, harte Agglomegetrocknete rate und
ein-Melasse 2,54 - 0,127 dunkelbraun zelne Teilcheneinzelne Kristall Viehsalz 3,81
- 0,127 grau und Agglomerate Aureomycin amorphe Agglome-Supplement rate und eifls-700
1,27 - 0,025 dunkelgrau zelne Teilchen Man erkennt, daß das teilchenförmige Material
in seiner Struktur sowohl amorph als auch kristallin sein kann und daß es Teilchen
hinab bis zu einem Durchmesser von hundertstel Millimeter umfaßt Gemäß Fig. 2 arbeitet
die Vorrichtung wie folgt. Eine Menge zu messenden teilchenförmigen Materials wird
in den Trichter 14 eingebracht. Bei der Materialzufuhr wird ein Teil des Matcrialgowichtes
von der Druckplatte 27 oberhalb des oberen Drehwischers 32 aufgenommen. Das Material
fließt um die Platte 27 und bedeckt die obere Fläche der Druckentlastungsplatte
25.
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Wird der Motor 71 angelassen, , so bewirkt die Drehung der Ausgangswelle
73 eine Drehung der sich axial erstreckenden Antriebswelle 73. Dadurch wird der
obere Drehwischer 32 und mit ihm der obere Drehwischerdraht 35 gedreht, d.h. entlang
einer kreisbahn oberhalb der Fläche der Druckentlastungsplatte 25
bewegt.
Durch die Bewegung des Drahtes 35 werden kleine Materialmengen durch jede der Öffnungen
26a und 26b gefördert, so daß Teilchen durch die Druckentlastungsplatte 25 auf die
äußere Flache des Verteilerkonus 44 und in den Meßtrichter 45 "tropfen".
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Die Drehung des Verteilerelementes 77 bewegt den unteren Drehwischerdraht
80 entlang einer Kreisbahn am inneren Umfang des Meßtrichters 45. Das teilchenförmige
Material gelangt nach untem aus dem Meßtrichter 45, durch die Mittelöffnung 48 und
das Ringelement 51 in dem Verteilerring 61. Wenn die Vorrichtung zu Anfang mit Material
gefüllt wird, fließen die Teilchen bis zur Höhe des Randbereiches 55 des Ringelementes
51 in den Verteilerring 61. Bei Drehung der Arme 78 des Verteilerelementes wird
das Material aus dem Bereich des Ringelementes 51 weghewegt und im Verteilerring
61 verteilt. Das Material fließt weiterhin in den Keßtrichter und füllt diesen bis
zur unteren Fläche der Druckentlastungsplatte 25. Beim anfänglichen Füllen der Vorrichtung
mit Material wird der Trichter 14 vorzugsweise bis zu etwa 1/3 gefüllt, und die
Vorrichtung arbeitet, bis die Anzeigelampe 211 (Fig. 13) ausschaltet. Dann wird
der Trichter 14 vollständig gefüllt und die Vorrichtung auf die Dichte des abzumessenden.
teilchenförmigen Materials geeicht, wie dies vorstehend beschrieben wurde.
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Nach dem Eüllen und bei bollem Meßtrichter 45 bewegt sich der untere
Drehwischerdraht 80 entlang des inneren Umfanges des
Meßtrichters
45, so daß das Material vorsichtig aufgerührt wird, um durch die Öffnung 48 in den
Bereich des Verteilerrings 61 innerhalb des Randbereiches 53 des Ringelementes 51
zu gelangen. Das teilchenförmige Material wird durch die sich drehenden Arme 78
des Verteilerelementes 77 unter dem Ringelement 51 wegbewegt. Der eigentliche Meßvorgang
des Verteilerelementes 77 innerhalb des Verteilerringes 61 ist am deutlichsten den
Fig. 4 und 6 zu entnehmen. Die Arme 78 des Verteilerelementes belüften und machen
das teilchenförmige Material fließfähig, um das unyerdichtete Material in einem
sehr genauen konstanten Mengenstrom pro Zeiteinheit durch die Öffnungen 66 in den
Sammeltrichter 31 zu bewegen. Die pro Minute geförderte Menge ist der Anzahl der
Arme 78 und der Drehzahl des Verteilerelementes 77 direkt zugeordnet.
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Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die erfindungsgemäße
Vorrichtung das abzumessende teilchenförmige Material durch vorherige Belüftung
und durch Strömungsfähigmachen in einen gleichförmig unverdichteten Zustand bringt,
also für die volumetrische Messung konditioniert Dieses Konditionieren erfolgt mit
minimaler Vibration, und das Material wird dann in Hügelform gebracht. Von diesen
Hügeln werden mittels Schwerkraft Volumenteile entfernt, so daß die erfindungsgemäße
Vorrichtung das Material mit höchster Genauigkeit in großen Ströfrtungsratenbereichen
abmißt.
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Obwohl die Erfindung vorstehend anhand von speziellen Ausführungsbeispielen
beschrieben wurde ist sie nicht auf diese beschränktR sondern es sind weitere Abwandlungen
und Änderungen möglich, die alle unter die Erfindung fallen.