DE2708943A1

DE2708943A1 - Verfahren und vorrichtung zur messung physikalischer oder chemischer eigenschaften von schuettguetern

Info

Publication number: DE2708943A1
Application number: DE19772708943
Authority: DE
Inventors: Herwart Bingemer
Original assignee: Elba Werk Maschinen GmbH and Co
Current assignee: Alb-Werk Maschinen-Gesellschaft Mbh & Co 7505 Ett
Priority date: 1977-03-02
Filing date: 1977-03-02
Publication date: 1978-09-07
Also published as: IT1102713B; FR2382686A1; JPS6225987B2; DE2708943C2; ES467459A1; FR2382686B1; JPS53109693A; GB1597533A; IT7848246A0

Description

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ELBA - WERK Maschinen - Gesellschaft mbH & Co. 7505 Ettlingen/Baden

Verfahren und Vorrichtung zur Messung physikalischer oder chemischer Eigenschaften von Schüttgütern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung physikalischer oder chemischer Eigenschaften, insbesondere der Eigenfeuchtigkeit von Schüttgütern, beispielsweise für die Betonbereitung, Formsandaufbereitung, für die Glasindustrie, die chemische- und Futtermittelindustrie •owie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Oberall wo Schüttgüter aus verschiedenen Komponenten zusammengemischt werden, besteht das Problem, für die endgültige Mischung eine bestimmte, gleichbleibende Qualität zu erreichen. In ganz besonderem Mafte trifft dies für die Betonbereitung zu. Hier muß, oft über lange Zeiträume hinweg, für eine Vielzahl von Mischungen, die Mischungequalität, vor allem hinsichtlich ihrer Endfeetigkeit und ihrer Verarbeitbarkeit (Konsistenz), konstant gehalten werden, damit auch größte Betonierabschnitte eines Bauwerkes mangelfrei herzustellen sind.

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Dabei ist neben der genauen Dosierung der einzelnen Mischungskomponenten und der Einhaltung der richtigen Mischzeit, das Mengenverhältnis des Anmachwassers zum Zement, kurz WZ-Faktor genannt, für die Endfestigkeit des Betons entscheidend.

Die größte Unsicherheit für die Einhaltung des notwendigen WZ-Faktors ergibt sich aus der schwankenden Eigenfeuchtigkeit der Zuschlagstoffe, insbesondere des Sandes mit seiner geringen Kornfraktion von 0-2 mm. Der Sand wird je nach Art seiner Gewinnung und Aufbereitung mit stark veränderlichem Feuchtigkeitsgehalt zum Verbraucher geliefert. Der Transport erfolgt meist in offenen Fahrzeugen. Am Verarbeitungsort lagert der Sand dann auf Vorratshalden, bzw. in offenen oder geschlossenen Vorratssilos. Auf den Vorratshalden und in den offenen Silos ist er ständig den Witterungseinflüssen ausgesetzt und in jedem Falle ergeben sich durch den Transport sowie die Lagerung am Verarbeitungsort ganz erhebliche Differenzen in seiner Eigenfeuchtigkeit. Hierfür sind unterschiedliche Werte zwischen 1 % und 15 %, gemessen am Sandgewicht je einer Mischcharge, festgestellt worden, d. h., die in einer Mischung mit beispielsweise 1.000 kg Sandanteil enthaltene Wassermenge sowie die Sandmenge, haben ohne Berücksichtigung des im Sand als Eigenfeuchtigkeit enthaltenen Wassers eine Streuung um über 140 kg(Liter) ausgewiesen.

Da aber schon geringe Veränderungen in der Sandfeuchte die Qualität und die Konsistenz des Betons beeinflussen, muß die Eigenfeuchtigkeit im Sand ständig erfaßt und bei der Dosierung des Anmachwassers sowie des Sandanteiles berücksichtigt werden.

Zu diesem Zwecke wurden bereits zahlreiche Meßmethoden und Meßgeräte vorgeschlagen.

Bei allen diesen bekannten Methoden und Geräten ergeben sich aber Schwierigkeiten durch zeitraubende und damit die Leistungsfähigkeit

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der Betonbereitungsanlage unzumutbar mindernde Handhabung oder durch Meßunsicherheiten, die vor allem aus unkontrollierbaren Änderungen der das Meßgerät beeinflussenden physikalischen und chemischen Eigenschaften von Wasser und Sand resultieren.

Die Problematik der Sandfeuchtigkeitsmessung ist deshalb in Fachkreisen auch allgemein bekannt und wurde schon in folgenden Untersuchungen behandelt:

1. Frenking, H. ,Dr. -Ing., TU-Aachen:

"Grenzen und Möglichkeiten von elektrischen Geräten bei der Eigenfeuchtigkeitsbestimmung von Zuschlägen". Sonderdruck "Die Bauwirtschaft¹¹, 1969, Heft 1 vom 4.1.1969.

2. Luck, W., Dr.-Ing., Karlsruhe, 1971:

"Die Wassergehaltsmessung von Sanden und Kalksandmischungen".

3. Slowack, W. ,Dr. -Ing., Dissertation an der TU-Aachen, 1972: "Grenzen der Feuchtigkeitsmessung von Zuschlägen für die Betonherstellung".

Trotzdem sind die heute in der Praxis für die Sandfeuchtigkeitsmessung in Betonbereitungsanlagen verwendbaren Meßmethoden wegen der die Messung beeinflussenden Störgrößen nicht genau genug.

Dieaus dem nicht genau erfaßten, veränderlichen Wasseranteil resultierende Qualitäts- und Konsistenzstreuung stellt jedoch ein Sicherheitsrisiko dar, das zum Teil durch kostenintensive Erhöhung des Zementanteiles und durch stärkere Dimensionierung von Bauteilen ausgeglichen und teuer bezahlt werden muß.

In Betonwerken führt die Nichteinhaltung des WZ-Faktors und der Betonkonsistenz zu teuerer und unter Umständen umweltbelastender Ausschußproduktion.

In einigen Fällen wurden zwar mit der auf der Bremsung schneller Neutronen durch Wasserstoff atome beruhenden nuklearen Feuchtigkeits-

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messung gute Erfolge erzielt, aber die Nuklearmessung bringt nicht in allen Fällen - insbesondere bei den an Betonbereitungsanlagen weitverbreiteten sternförmigen Zuschlagstofflagern - die erforderliche Genauigkeit.

Außerdem wird der Einsatz dieses Verfahrens durch die extrem hohen Anschaffungskosten erschwert. Da die in der Praxis vorkommenden Materialdichteschwankungen auch die Nuklearmessung beeinflussen, muß dieser Einfluß - oft nachträglich - durch eine Dichtekompensation ausgeglichen werden. Hierdurch erhöhen sich die Anschaffungskosten noch einmal ganz erheblich.

Auch ist die Eichung der nuklearen Meßeinrichtungen äußerst schwierig und zeitraubend und beim Umgang mit der radioaktiven Meßsonde müssen besondere Sicherheitsmaßnahmen getroffen und die Strahlenschutzvorschriften beachtet werden.

Dagegen sind die auf der Messung der Dielektrizitätskonstanten in Verbindung mit der hochfrequenten Dämpfung beruhenden, dielektrischen Feuchtigkeitsmeßgeräte von der Kostenseite akzeptabel und nach einem Untersuchungsbericht der TU-Clausthal, veröffentlicht in der "Tonindustriezeitung" vom 20. April 1972, für die Sandfeuchtigkeitsmessung gut geeignet.

In der Praxis ergeben sich jedoch auch hierbei erhebliche Fehlmessungen durch unterschiedliche Materialdichte im Aktivbereich des Materiallagers sowie durch unterschiedliche Druckbelastung der Meßsonde. Aufgrund des geringen Meßvolumens der Meßsonde des dielektrischen Meßgerätes wird außerdem nur ein kleiner Bruchteil der aus dem Materiallager zu entnehmenden Materialcharge erfaßt. Bei der üblichen unterschiedlichen Feuchtigkeitsverteilung im Aktivbereich des Materiallagers kann deshalb der allein interessierende mittlere Feuchtigkeitswert der Materialcharge nicht ermittelt werden.

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In vielen Fällen bereitet auch der Meßsondeneinbau im Aktivbereich des Vorratslagers Schwierigkeiten, weil die MeßsOnde oft nur an einer Stelle im Materiallager eingebaut werden kann, an der zumindest zeitweise kein Materialaustausch stattfindet, so daß nicht die Feuchtigkeit der nächsten Materialcharge, sondern die des im Materiallager verbleibenden Materiales gemessen wird. Hinzu kommt, daß durch im Meßsondenbereich klebendes Material die Feuchtigkeitsmessung häufig verfälscht wird.

Daraus ergab sich die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, die in der Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens für die Messung physikalischer oder chemischer Eigenschaften, insbesondere der Eigenfeuchtigkeit von Schüttgütern bestand, mit denen die Schwierigkeiten und Nachteile der bekannten Verfahren und Vorrichtungen beseitigt werden und mit denen in wirtschaftlicher Weise auch im Dauerbetrieb durchgehend die erwünschte Meßgenauigkeit erreicht wird.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs bezeichneten Art dadurch gelöst, daß die Messung nicht im Materiallager, sondern in einem separaten Probenbehälter erfolgt, in den ein quantitativ gleichgehaltener Teilstrom des aus dem Materiallager ausströmenden Schüttgutes abgezweigt und eingeleitet, mit einem im Probenbehälter eingebauten Vibrator auf einen einheitlichen Dichtewert gebracht und über eine Meßsonde unter gleichbleibender Druckbelastung auf Feuchtigkeit und/oder Temperatur, PH-Wert oder andere Eigenschaften hin, gemessen wird.

Die Messung findet also nicht mehr nur an einer Stelle im Material -Vorratslager statt, an der sich die Meßsonde sonst befindet und an der ganz andere Meßgrößen bestehen können, als in dem Teil des Schutt-

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gutstromes, der gerade aus dem Materiallager abgezogen wird, sondern die erfindungsgemäße Messung ergibt jetzt einen tatsächlichen Querschnitt aus der momentan auslaufenden Schüttgutcharge.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bei der zum Auffangen des Teilstromes des aus dem Materiallager ausströmenden Schüttgutstromes der Probenbehälter mittels eines Antriebes in den Schüttgutstrom einschwenkbar und zu seiner Entleerung zurückschwenkbar angeordnet ist.

Der Probenbehälter kann, bei einer vereinfachten Ausführungsform, auch feststehend und mit seinem vorderen Auffangteil in den Materialstrom reichend, angeordnet und mit einer besonderen Entleeröffnung versehen sein.

Zur gleichbleibenden Füllung des Probenbehälters können Leitbleche oder Fördereinrichtungen im Materialauslauf vorgesehen sein.

Am Probenbehälter ist zu dessen gleichmäßiger Füllung, zur gleichbleibenden Verdichtung des eingefüllten Materials und zur restlosen Entleerung, ein Vibrator angeordnet.

In den Probenbehälter ist eine beliebige, austauschbare Meßsonde und/oder ein Meßfühler entsprechend der jeweiligen Meßaufgabe einbaubar.

Zur Verbesserung der Homogenisierung der Materialprobe kann, wenn es aufgrund der Materialstruktur erforderlich ist, im Probenbehälter zusätzlich noch ein Mischwerk eingebaut sein.

Die besonderen Vorteile der Erfindung liegen darin, daß sämtliche Faktoren, die bisher jedes Meßergebnis verfälschten, also der Einbau der Meßsonde an einer Stelle des Materiallagers, an der möglicher-

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weise überhaupt keine Materialbewegung stattfindet, an der aber erhebliche Dichte- und Druckschwankungen herrschen können, beseitigt sind und daß jetzt jede Messung den tatsächlichen Querschnitt über eine Charge erfaßt, daß die Messungen unter stets gleicher Druckbelastung der Meßsonde erfolgen und daß der Probenbehälter auch nachträglich leicht an jede bestehende Dosieranlage, unter Verwendung der vorhandenen Meßvorrichtung, angebaut werden kann.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert, in der als Ausschnitt die Sand-Dosierung aus einer Betonbereitungsanlage dargestellt ist.

Im Material-Vorratslager 1 befindet sich der zur Zusammenstellung jeder Mischgutcharge erforderliche Sand, der nach öffnung des Verschlusses 2 durch den Auslaß 3 in Form des Sandstromes 4 in den Wiegebehälter 5 gelangt, in den auch die übrigen Zuschlagstoffe eingebracht und in dem sie zur Gesamtcharge verwogen werden.

Wegen der besonderen Bedeutung der im Sand enthaltenen, oft stark schwankenden Eigenfeuchtigkeit für den vorgegebenen WZ-Faktor und damit für die Qualität des Fertigbetons, ist am Auslaß 3 der Probenbehälter 6 so angeordnet, daß sein vorderer Auffangteil 60 geringfügig in den Sandstrom 4 hineinragt und den Sand-Teilstrom 40 in sich aufnimmt. Aus dem für jede Mischgutcharge abgezogenen Sandstrom wird also jedesmal ein repräsentativer Teilstrom 40 in den Probenbehälter 6 eingeführt.

Am Probenbehälter 6 befindet sich der Vibrator 7 , der den einfließenden Sand-Teilstrom 40 auf einen stets gleichbleibenden Dichtewert bringt und damit die Voraussetzung für einen einheitlichen Meßzustand schafft.

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In den Probenbehälter 6 ragt die Meßsonde 8 hinein, über die in bekannter Weise, auf die-elektrischem oder ariderem Wege, der tatsächliche, mittlere Feuchtigkeitswert der gesamten, in den Wiege behälter 5 gebrachten Sandmenge ermittelt wird. Das Meßergebnis findet dann bei der Festlegung der Menge des Anmachwassers Berücksichtigung, die der Gesamtcharge der Zuschlagstoffe nach der Einbringung des Bindemittels zum Mischvorgang noch zuzuführen ist.

Der Probenbehälter 6 ist mit dem Halter 9 und der Verstellplatte mit den Langlöchern 11 und den Bohrungen 12 , so am Auslaß 3 befestigt, daß sein Auffangteil 60 zur Aufnahme eines Sand-Teilstromes 40 eingestellt werden kann, der ebensolange fließt, wie der Sandstrom 4.

Die Zylinder-Kolben-Anordnung 13 ist einerseits an der Verstellplatte 10 und andererseits am Probenbehälter 6 angelenkt, um denselben nach beendetem Meßvorgang in den Wiegebehälter 5 zu entleeren und anschließend wieder in seine Füllstellung zu bringen. Das Entleeren wird vom Vibrator 7 unterstützt.

Bei vereinfachter Ausführungsform der Meßvorrichtung kann auf die Zylinder-Kolben-Anordnung 13 verzichtet und der Probenbehälter fest an der Verstellplatte 10 angebracht sein. Zur Entleerung des Probenbehälters 6 trägt dieser dann eine Entleeröffnung an seinem Boden.

Selbstverständlich können im Auslaß 3 zur Lenkung des Sand-Teilstromes 40 Leitbleche oder beliebige andere Fördereinrichtungen angeordnet sein.

Schließlich läßt sich im Probenbehälter 6 zur Homogenisierung der Materialprobe auch noch ein Mischwerk einbauen.

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Auf jeden Fall führen die Einleitung eines Querschnitt-Teiles des Schüttgutes, welches gerade dosiert wird, das einheitliche Fassungsvolumen des Probenbehälters und die stets gleichmäßige Verdichtung durch den Vibrator, zu einer stets gleichbleibenden Oruckbelaetung der Meßsonde und zu exakten Meßergebnissen auch dann, wenn die Feuchtigkeitsverteilung im ausfließenden Materialstrom starke Unterschiede aufweist.

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zur Messung physikalischer oder chemischer Eigenschaften, insbesondere der Eigenfeuchtigkeit von Schüttgütern, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung nicht im Material-Vorratslager, sondern in einem separaten Probenbehälter erfolgt, in den ein quantitativ gleichgehaltener Teilstrom des aus dem Material-Vorratslager ausströmenden Schüttgutes abgezweigt und eingeleitet, mit einem im Probenbehälter eingebauten Vibrator auf einen einheitlichen Dichtewert gebracht und über eine Meßsonde unter gleichbleibender Druckbelastung auf Feuchtigkeit und/oder Temperatur, PH-Wert oder andere Eigenschaften hin, gemessen wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Auffangen des Teilstromes (40) des aus dem Material-Vorratslager (1) ausströmenden Schüttgutstromes (4) der Probenbehälter (6) mittels eines Antriebes (13) in den Schüttgutstrom (4) einschwenkbar und zu seiner Entleerung zurückschwenkbar angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Probenbehälter (β) feststehend und mit seinem vorderen Auffangteil (60) in den Materialstrom (4) reichend angeordnet und mit einer besonderen Entleeröffnung versehen ist.

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4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3 , dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichbleibenden Füllung des Probenbehälters (6) Leitbleche oder Fördereinrichtungen vorgesehen sind.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, daß ein Vibrator (7) am Probenbehälter (6} zu dessen gleichmäßiger Füllung, zur gleichbleibenden Verdichtung des eingefüllten Materials und zur restlosen Entleerung angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Probenbehälter (6) eine beliebige« austauschbare Meßsonde (8) und/oder ein Meßfühler entsprechend der jeweiligen Meßaufgabe einbaubar ist.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Probenbehälter (6) zur Homogenisierung der Materialprobe ein Miechwerk eingebaut ist.

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