DE2442188B2

DE2442188B2 - Vorrichtung zur kontinuierlichen Ermittlung der Menge eines Materialstroms pro Zeiteinheit

Info

Publication number: DE2442188B2
Application number: DE2442188A
Authority: DE
Inventors: Cornelius Otto Hengelo Jonkers
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-09-03
Filing date: 1974-09-02
Publication date: 1981-03-12
Also published as: DE2442188C3; NL175854C; GB1429879A; PL90022B1; JPS5756684B2; JPS5056257A; FR2242667A1; NL175854B; DE2442188A1; FR2242667B1; NL7312131A; US4063456A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Ermittlung der Menge eines Materialstroms pro Zeiteinheit gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 oder 3.

Eine bekannte Möglichkeit zum kontinuierlichen Messen eines Materialstroms wird in der niederländi sehen Patentanmeldung Nr. 7015 227 beschrieben. Gemäß diesem Stand der Technik wird diejenige horizontale Kraft gemessen, die für Beschleunigung des aus Behältern vertikal auf ein Förderband herabfallenden Materials auf Bandgeschwindigkeit notwendig ist Hierbei findet das zweite Bewegungsgesetz von Newton Anwendung, wonach die Änderung der Bewegung einer Masse pro Zeiteinheit der auf diese Masse in Richtung der Bewegungsänderung einwirken den Kraft proportional ist

Der bekannte horizontal umlaufende Bandförderer hat eine konstante Bandgeschwindigkeit ¹J. Das zu messende Material wird exakt senkrecht aufgeladen. Dadurch ist die von dem noch nicht Bandgeschwindig keit υ besitzenden Material ausgeübte Kraft F gleich dem Produkt der Bandgeschwindigkeit u und der pro Zeiteinheit auf das Band geladenen Materialmasse dm

d/

nach der Formel

F = -u

dm ~d7

Nach Messen der Kraft Fund der Bandgeschwindigkeit u ist daher eine Bestimmung der pro Zeiteinheit geförderten Masse-^-dadurch möglich, daß man die

Ui

gemessene Kraft F durch u dividiert Das Messen der Kraft F wird dadurch möglich gemacht, daß der Bandförderer in horizontaler Richtung frei bewegba angeordnet und die in horizontaler Richtung durch das auf das Förderband fallende Material ausgeübte Kraft F an diesem Band gemessen wird.

Es ist hiermit möglich, den Genauigkeitsgrad bei der Messung der Materialmenge zu steigern. Jedoch muß der Bandförderer dafür in seiner Gesamtheit in horizontaler Richtung reibungslos bewegbar angeordnet werden, um ein genaues Messen der Kraft F zu ermöglichen. Diese Bedingung führt aber insbesondere bei großen und schweren Bandförderern zu Konstruktionsschwierigkeiten und im praktischen Gebrauch zu Nachteilen. Auch ist eine hohe Störungsanfälligkeit zu verzeichnen.

Aus der AT-PS 1 27 027 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Anzeige des Gewichts von in rascher Folge anfallenden Gegenständen, wie zum Beispiel Zigaretten, bekannt. Hierbei wird eine Zigarette von einer horizontal umlaufenden Bandfördereinrichtung gegen eine nachgiebig gelagerte vertikale Prallfläche geschleudert. Infolge der Fördergeschwindigkeit (gleich Zigarettengeschwindigkeit) sowie der Erdanziehung trifft die Zigarette in einem flachen Winkel auf die Prallfläche, welcher irgendwo zwischen der Horizonta len und der Vertikalen liegt.

Bei diesem Verfahren wird folglich ein Materialstrom mittels Prallung gemessen. Beim Aufprall des Materials auf die Prallfläche weicht diese aus. Das Material wird aber dennoch zurückgeworfen und erhält damit eine unbekannte negative Bewegungs- und Geschwindigkeitstendenz, welche die auf die Prallfläche ausgeübte Kraft beeinflußt. Dies bedeutet in der Konsequenz, daß die pro Zeiteinheit geförderte Masse nicht exakt bestimmt werden kann. Das wäre nur dann der Fall,

es wenn die Geschwindigkeit des zurückgeworfenen Materials bekannt ist, daß heißt bei einer vollkommen elastischen oder einer vollkommen plastischen Prallung. Eine elastische Prallung ist nur für einen aus einzelnen

Gegenständen bestehenden Materialstrom anwendbar, wie z. B. bei Zigarettea Wie bereits dargelegt, ist die Messung nur dann exakt, wenn die Prallung vollkommen elastisch ist In der Praxis, bestimmt bei Zigaretten, trifft dies aber nicht zu. In der bekannten Literaturstelle kommt dies auch klar zum Ausdruck. Im Anspruch 1 wird nämlich gesagt, daß die Meßvorrichtung von der kinetischen Energie der auftreffenden Gegenstände betätigt wird und gemäß dem Anspruch 2 soll dies durch Abgabe der gesamten oder nahezu gesamten kinetisehen Energie geschehen, und zwar, wie dann im Anspruch 4 noch näher definiert wird, mittels Prallung gegen einen Teller. Es wird hier also ausdrücklich nur an die Betätigung der KraftmeBvorrichtung mittels vollkommen unelastischer oder plastischer Prallung ge- is dacht, und zwar unter Abgabe der gesamten kinetischen Energie. Ein solches Verfahren zum Messen eines Materialstroms hat jedoch den Nachteil, daß der Materialstrom nicht exakt bestimmt werten kann, weil es in der Praxis keine vollkommen plastische Prallung gibt Auch für kontinuierliche Musenströme, wie z. B. feinkörnige Materialien, wird et Abweichungen der theoretisch exakten Werte geben von etwa 2 bis 15%. Für einen Strom einzelner Gegenstände, wie in Fig.3 der bekannten Literatuntelle dargestellt, werden die Abweichungen in den meisten Fällen dagegen noch größer sein.

Bezüglich dieser bekannten Meßvorrichtung ist also festzustellen, daß die von der Fördereinrichtung abgeworfenen Zigaretten von der Aufprallfltche nicht aufgefangen und folglich die horizontale Komponente der Fördergeschwindigkeit auch nicht auf Null reduziert werden können. Da die genaue Geschwindigkeit der Zigaretten nach der Prallung nicht bekannt ist, kann auch mittels Messung der in Richtung der horizontalen Geschwindigkeitskomponente auf die Aufprallflache einwirkenden Kraftkomponente die pro Zeiteinheit geförderte Masse nicht exakt gemessen werden.

Weiterhin zählt die Vorrichtung der FR-PS 5 27 785 zum Stand der Technik. Hierbei wird nach einem Vorschlag die Impulskraft eines aus einer Rinnt herausströmenden fließfähigen Materials auf eine dazu schräg gestellte Auftreffplatte und gleichzeitig die Masse des fließenden Materials in der Rinne gemessen. Nach einem weiteren Vorschlag wird nicht die Masse des Materials in der Rinne, sondern die Höhe des Materialstroms in der Rinne festgestellt

Im Rahmen dieser Vorschläge ist jedoch nicht berücksichtigt, daß die Geschwindigkeitskomponente senkrecht zur Auftreffplatte nicht mit der Fließgeschwindigkeit des Materials beim Austritt aus der Rinne identisch ist. Ferner bleibt unberücksichtigt, daß das Material beim Auftreffen auf die Platte von dieser zurückprallt und damit eine gegenläufige Bewegungsund Geschwindigkeitstendenz erfährt. Hieraus reiultie- ren weitere Ungenauigkeiten des Meßergebnisses.

Darüber hinaus hängt die Geschwindigkeit des Materialstroms in der Rinne von zahlreichen Einflußgrößen ab. Im wesentlichen sind es die Art des Materials sowie die Reibung zwischen den Materialteilchen t>o untereinander und an den Wandungen der Rinne. Auch spielt der nicht konstant zu haltende Feuchtigkeitsgrad des Materials eine große Rolle, wodurch das Meßergebnis ebenfalls verfälscht wird. Selbst wenn das spezifische Schüttgewicht des Materials im Ruhezustand bekannt μ wäre und auch berücksichtigt würde, so entspricht dieses nicht exakt dem spezifischen Gewicht des Materials im Fließzustand, weil sich durch den Hießvorgang eine ganz andere Dichte ergibt Auf jeden Fall ist bezüglich des Standes der Technik der französischen Patentschrift festzustellen, daß nicht nur eine horizontale Bewegungskomponente des Materialstroms gemessen wird und schon gar nicht wird diese Bewegungskomponente beim Auftreffen des Materials auf die Aufprallplatte auf Null reduziert

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 3 zu schaffen, welche einen wesentlich höheren Genauigkeitsgrad bei der kontinuierlichen Ermittlung der Menge eines Materialstroms pro Zeiteinheit ermöglicht

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1 und 3.

In Anwendung des zweiten Newtonschen Bewegungsgesetzes ist auch im Rahmen der Erfindung bei konstanter horizontaler Bewegungskomponente u des Förderbands die horizontale Massenkraftkomponente

F des Materials gleich υ .JLiL, _so daß sich auch hier

dm

dr

der Materialstrom durch den Quotienten der bei-

df

den gemessenen Werte Fund u bestimmt. Die Massenkraftkomponente F wird mit Hilfe der Auffangvorrichtung gemessen, die getrennt von der Fördereinrichtung angeordnet ist und deren Abmessungen klein gehalten werden können. Der Vorteil einer derartigen Anordnung besteht darin, daß bekannte und gebräuchliche Fördereinrichtungen verwendet werden können, so daß keine kostspieligen baulichen Veränderungen an bereits vorhandenen Anlagen notwendig und gemäß der Erfindung neu hergestellte Anlagen nicht aufwendig sind. Darüber hinaus ist es wegen der kleinen Abmessungen der Auffangvorrichtung leicht, sie in ausreichendem Maß gegen Einflüsse von außen zu schützen.

Da nur die in Richtung der horizontalen Geschwindigkeitskomponente auf die Auffangfläche einwirkenden Kraftkomponente des Materials gemessen wird und die Massenkraft des die Auffangvorrichtung verlassenden Materials aufgrund der bezüglich der horizontalen Bewegungskomponente rechtwinkligen Abströmrichtung eliminiert ist, ergibt sich, daß die zu messende horizontale Massenkraftkomponente F sich proportional zur horizontalen Bewegungskomponente u verhält, mit der das Material zur Auffangvorrichtung hin gefördert wird. Verläuft die tatsächliche Bewegungsbahn nicht horizontal, sondern in einem Winkel zur Horizontalen, so ist die in der Messung zu verwendende Geschwindigkeit grundsätzlich die horizontale Komponente des Geschwindigkeitsvektors, dessen andere Komponente senkrecht gerichtet ist.

Die Bewegung, die die Auffangvorrichtung bei der Aufnahme des Materials vollzieht, braucht nur geringfügig zu sein und hängt von der Art des die horizontale Komponente Fder Massenkraft messenden Meßgeräts ab. Es können in diesem Zusammenhang elektrische Meßeinrichtungen, beispielsweise Druckdosen mit Dehnungsmeßstreifen verwendet werden, die nur ganz kleine Verschiebungen verlangen. Es ist aber auch möglich, mechanische oder hydraulische Meßeinrichtui.jen zu verwenden.

Die horizontale Komponente der Bandgeschwindigkeit ergibt sich aus den Daten der Antriebsmittel für die Fördereinrichtung. Sie kann aber auch auf eine andere dem Fachmann bekannte Art und Wehe ermittelt

werden. Die Messung kann gegebenenfalls mit automatischen Registrierungs- und Integrationsmittein kombiniert und/oder für die automatische Steuerung anderer Meßgrößen, wie beispielsweise der Zufuhr von Material zum Förderer, verwendet werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Vorrichtung kennzeichnen die Merkmale der Ansprüche 2 und 4.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 im Schema ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Ermittlung der Menge eines Materialstroms pro Zeiteinheit,

F i g. 2 einen Vertikalschnitt durch eine gegenüber der F i g. 1 geänderte Auffangvorrichtung,

F i g. 3 eine Vorderansicht der Auffangvorrichtung gemäß F i g. 2 und

F i g. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit den wesentlichen Teilen einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Ermittlung der Menge eines Materialstroms pro Zeiteinheit.

F i g. 1 zeigt eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Ermittlung der Menge eines Materialstroms pro Zeiteinheit, die einen mit einer konstanten Bandgeschwindigkeit u betriebenen horizontalen Bandförderer 1 aufweist. An dem rechten Ende des Bandförderers 1 wird das Material abgekippt und fällt unter dem Einfluß der Schwerkraft frei nach unten. Die vertikale Bewegungskomponente des Materials vergrößert sich dabei proportional zur Fallzeit — wobei bei so kurzen Entfernungen, wie hier, der Luftwiderstand unberücksichtigt bleiben kann — während die horizontale Bewegungskomponente υ während des kurzen vom material zurückgelegten Wegs konstant bleibt.

Das Material strömt folglich mit der horizontalen Bewegungskomponente u durch eine Einlaßöffnung 2 in einen Auffangkasten 3. Hierbei trifft es auf die Rückwand des Auffangkastens 3 und wird von dieser zurückgeworfen, wobei es teilweise auf die Vorderwand und teilweise auf im Inneren des Auffangkastens 3 angeordnete vertikale Leitwände 4 trifft. Die Zwischenräume zwischen den Leitwänden 4 und den Wänden des Auffangkastens 3 sind schmal und lang, so daß die Materialteilströme die Vorrichtung in einer Richtung verlassen, die genau rechtwinklig zur horizontalen Bewegungskomponente udes Materials verläuft

Der Auffangkasten 3 ist an Blattfedern 5 aufgehängt und ausschließlich in Richtung der horizontalen Bewegungskomponente u. bewegbar. Die Blattfedern 5 üben zwischen dem Auffangkasten 3 und einer die horizontale Komponente F der Massenkraft des Materials messenden Meßeinrichtung 6 eine positive Vorspannkraft aus, durch die der Auffangkasten 3 ständig in Kontakt mit der Meßeinrichtung 6 gehalten wird. Es ist selbstverständlich, daß sich die horizontale Komponente F der Massenkraft des Materials nach Subtraktion der Vorspannkraft ergibt Das Material verläßt den Auffangkasten 3 mit einer genau senkrecht nach unten gerichteten Bewegungskomponente w. Diese Bewegungskomponente w hat auf die Genauigkeit des Meßergebnisses keinen nachteiligen Effekt, weil sie exakt rechtwinklig zur horizontalen Bewegungskomponente u verläuft, in der das Verzögerungsmoment des Materialstroms gemessen wird.

F i g. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der Auffangvorrichtung. Statt der vertikalen Leitwände 4, ίο die ein Hinabfallen des Materials genau rechtwinklig zur horizontalen Bewegungskomponente u bewirken, ist der Auffangkasten 3 mit der Einlaßöffnung 2 mit Siebplatten 7 versehen.

Fig.3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Auffangkastens 3. Das Material, das mit einer zur Ebene der Zeichnung rechtwinklig verlaufenden horizontalen Bewegungskomponente u durch die Einlaßöffnung 2 in den Auffangkasten 3 gelangt, verläßt diesen durch eine schräg verlaufende geschlossene Abflußrinne 8. In dieser Rinne 8 können vertikale Leitwände 9 vorgesehen sein, die sicherstellen, daß das Material die Abflußrinne 8 mit einer Bewegungskomponente w verläßt, die genau rechtwinklig zur horizontalen Bewegungikomponente υ verläuft. Die Bewegungskomponente w braucht nicht unbedingt senkrecht zu sein. Wichtig ist nur, daß sie rechtwinklig zur gemessenen horizontalen Bewegungskomponente υ verläuft.

Fig.4 zeigt eine weitere Möglichkeit, wie der Übergang des Materials aus einer horizontalen Bewegungsrichtung in eine dazu rechtwinklig verlaufende Abwärtsbewegung verwirklicht werden kann. Das Material, das auf einem Bandförderer mit der Bewegungskomponente u transportiert wird, fällt auf das Band eines Stetigförderers 10, dessen Förderrichtung rechtwinklig zur horizontalen Bewegungskomponente u des ankommenden Materials verläuft Der Stetigförderer 10 ist in Fig.4 als Bandförderer dargestellt. Es können aber auch andere Fördererarten Anwendung finden, beispielsweise Förderer mit einer Schüttelrinne, Gleitrinne und dergleichen, da die Geschwindigkeit, mit der das Material befördert wird, nicht so wichtig ist und auch nicht gemessen zu werden braucht

Der Rahmen des Stetigförderers 10 ist an Blattfedern 5 aufgehängt, die dem Stetigförderer 10 eine Bewegungsfreiheit in Längsrichtung der horizontalen Bewegungskomponente u erlauben, wobei die horizontale Komponente F der Massenkraft des Materials mittels einer Meßeinrichtung 6 gemessen wird. Um zu vermeiden, daß Material vom Stetigförderer 10 herabfällt, ist eine Leitwand 11 vorgesehen.

Zur Befestigung des Stetigförderers 10 können statt der Blattfedern 5 auch andere Mittel vorgesehen sein, die bewirken, daß das Material in horizontaler Richtung flexibel aufgenommen wird, beispielsweise Gleitstangen, Tragrollen oder Tragkugeln mit passenden Führungen und so weiter.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Ermittlung der Menge eines Materialstroms pro Zeiteinheit, welche eine Fördereinrichtung mit bekannter Materialgeschwindigkeit und eine von der Fördereinrichtung unabhängige, von dem Material beaufschlagbare und beim Auftreffen des Materials gegen einen nachgiebigen Widerstand ausweichende Fläche als Bestandteil einer die bei einer Bewegungsänderung des Materials hervorgerufene Kraft feststellenden Meßvorrichtung besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche Bestandteil einer Auffangvorrichtung für das Material bildet, wobei die Auffangvorrichtung als Auffangkasten (3) ausgebildet und eine Kraftmeßvorrichtung (6) zwischen dem Auffangkasten (3) und einer ortsfesten Halterung zur Messung der in Richtung der horizontalen Geschwindigkeitskomponente (u) des Materials auf den Auffangkasten (3) einwirkenden Kraftkomponente (F) vorgesehen ist, wobei der Auffangkasten (3) durch aufrechte Leitwände (4) in Führungskanäle aufgeteilt ist, welche sich rechtwinklig zur horizontalen Geschwindigkeitskomponente (u) des Materials erstrecken und den aufgegebenen Materialstrom in Teilströme aufgliedern, die senkrecht zur horizontalen Geschwindigkeitskomponente (u) des Materials abfließen oder im Auffangkasten (3) mindestens ein Fanggitter oder eine Siebplatte (7) vorgesehen sind und daß bei Anordnung mehrerer Fanggitter oder Siebplatten (7) diese übereinander liegen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen Kanten der Leitwände (4) in verschiedenen Höhen innerhalb des Auffangkastens (3) enden.

3. Vorrichtung zur kontinuierlichen Ermittlung der Menge eines Materialstroms pro Zeiteinheit, welche eine Fördereinrichtung mit bekannter Materialgeschwindigkeit und eine von der Fördereinrichtung unabhängige, von dem Material beaufschlagbare und beim Auftreffen des Materials gegen einen nachgiebigen Widerstand ausweichende Fläche als Bestandteil einer die bei einer Bewegungsänderung des Materials hervorgerufene Kraft feststellenden Meßvorrichtung besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche Bestandteil einer Auffangvorrichtung für das Material bildet, wobei die Auffangvorrichtung durch einen Stetigförderer (10) gebildet ist, der rechtwinklig zur horizontalen Geschwindigkeitskomponente (u) des zugeführten Materials fördert und durch eine Kraftmeßvorrichtung (6) mit einer ortsfesten Halterung verbunden ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangvorrichtung (3, 10) durch Halterungen (5) getragen ist, welche in Richtung der Kraftmessung bewegbar sind.