DE2717064C2 - Meßeinrichtung zur optischen Messung einer vorbe- stimmten Eigenschaft von strömenden Granulat - Google Patents

Description

Förderrohr bzw. die Schütte 10 hinein. Die Buchse 20 ist an dem Träger 12 in der Weise befestigt, daß die Achse des Sichtrohres 18 gegenüber der Horizontalen um ungefähr 10° geneigt ist, wie aus Fig. 1 und 4 hervorgeht. Am innenliegenden Ende weist das Sichtrohr 18 eine Endkappe 24 auf, die an dem Rand des Sichtrohres 18 angeschweißt oder in anderer Weise befestigt ist. Die Ebene der Endkappe 24 ist um etwa 35° mit Bezug auf die Rohrachse geneigt. Eine metallische Druckluftleitung 26 ist noch außerhalb der Buchse 2G in das Sichtrohr 18 hineingeführt und erstreckt sich zur Endkappe 2& bis in eine Öffnung 25 hinein. Vorzugsweise sind das Sichtrohr 18, die Endkappe 24 und die Druckluftleitung 26 aus dem gleichen Metall, beispielsweise Aluminium, hergestellt und als Baugruppe zusammengefügt, beispielsweise durch Schweißen. Die Druckluftleitung 26 erstreckt sich mit einem äußeren Ende 27 jenseits des Umrisses des Sichtrohrs 18 und wird über eine entsprechende Leitung 28 von einer nicht dargestellten Druckluftquelle versorgt.

Die Endkappe 24 besitzt eine zentrale Öffnung 30, die von einer kreisförmigen Glasplatte 32 abgedeckt ist, so daß ein Fenster 32 gebildet wird, welches von einer Fensterplatte 34 umrahmt wird. Die Platte 34 ist an der Endkappe 24 durch Schrauben 36 befestigt. Der Rand 33 der Glasplatte 32 ist kegelstumpfförmig, wie in Fig. 2 dargestellt, entsprechend auch der innere Rand der Platte 34, so daß die Glasplatte 32 von der Rahmenplatte 34 gehalten werden kann, ohne daß ein Absatz gebildet ist. Wenn das zu fördernde Material die Neigung hat, sich während der Förderung elektrostatisch aufzuladen, wird die äußere Oberfläche samt dem konischen Rand 33 mit einer dünnen leitenden Schicht versehen, in dem das leitende Material in Dampfform niedergeschlagen wird. Die leitende Schicht sollte durchscheinend sein, und so wird beispielsweise Zinn verwendet. Über die Platte 34, die Kappe 24, das Sichtrohr 18 und die Buchse 20 besteht eine elektrische Verbindung mit Erde, so daß statische Ladungen abfließen können und die Probe nicht an dem Fenster infolge Aufladung hängen bleibt.

Zu Abdichtungszwecken ist in der Endkappe 24 eine Nut und darin eine ringförmige Dichtung 38 vorgesehen, an welcher die Innenseite der Glasplatte 32 anliegt. Ein zweiter Dichtungsring 40 liegt in einer um das offene Ende 25 der Druckluftleitung 26 herumreichenden Nut und wird von der Rahmungsplatte 34 abgedeckt. Die Rahmungsplatte 34 trägt noch ein Druckluftdüsenrohr 42, dessen Ende 44 verschlossen ist, mit dem anderen Ende 46 aber durch eine entsprechende öffnung in der Rahmenplatte 34 in das Ende 25 der Druckluftleitung 26 teleskopartig eingeschoben ist. Der Dichtungsring 40 dient zur Abdichtung der Druckluft nach außen. Das Düsenrohr 42 ist bogenförmig ausgebildet und streicht im Halbkreis um die Glasplatte 32 herum, wie am besten aus F i g. 3 ersichtlich, und besitzt eine Mehrzahl von radial nach innen gerichteten Düsenöffnungen 48. Ein im Querschnitt L-förmig ausgebildeter Träger 49 ist mittels Schrauben 47 an der Rahmenplatte 34 befestigt und bildet unterhalb des Fensters 32 einen Damm 49 zum Aufsammeln einer Probenmenge.

Die Buchse 20 besitzt einen Flansch 50, der sich in radialer Richtung erstreckt und eine Anzahl von Schraubbohrungen aufweist. Eine ringförmige Platte 32 ist mit Schrauben 54 und Muttern 56 am Flansch 50 befestigt und dient zum Umschließen und damit Halten eines Abdichtungsringes 58 für das Sichtrohr 18, dessen Oberflache umgriffen wird Eine Einstellstange 59 erstreckt sich vom Flansch 50 und weist einen einstellbaren Anschlag 60 auf. Am äußeren Ende des Sichtrohrs 18 ist ein abgedichtetes Glasfenster 62 vorgesehen. Ein ringförmiger Kragen 64 paßt um das äußere Ende des Sichtrohrs 18 herum und weist eine äußere Nut 66 auf, in der ein nachgiebiger Dichtungsring 68 liegt. Eine Führungsplatte 70 ist am Rohr 18 befestigt und steht in Führungskontakt mit der Stange 59.

Ein Meßkopf 72 eines optischen Instruments paßt über den Kragen 64 und liegt dann an dem Dichtungsring 68 an. In dem Meßkopf 72 können entsprechende Bauteile wie eine Lichtquelle und eine Photozelle vorgesehen sein, um die gewünschten optischen Messungen der Materialeigenschaften vorzunehmen. Der in der Zeichnung dargestellte Meßkopf 72 entspricht einer bekannten optischen Feuchtigkeitsmeßeinrichtung des Anmelders, welche den Feuchtigkeitsgehalt von Granulat unter Verwendung einer Reflexion/ Absorption-Meßtechnik mißt. Eine nicht dargestellte stabilisierte Lichtquelle für den nahen Infrarotbereich sendet Licht aus, welches von einer Linse 74 auf die Oberflächenebent des Fensters 32 fokussiert wird, auf welcher das zu untersuchende Granulat aufgesammelt wird. Das diffus reflektierte Licht eines bestimmten Raumwinkel« wird von der Linse 74 gebündelt und auf eine nicht dargestellte Bleisulfit-Photozelle gerichtet. Zwei nicht dargestellte, engbandige Interferenzfilter werden abwechselnd in den reflektierten Strahl gehalten, so daß die Photozelle abwechselnd mit Licht einer ersten Wellenlänge und einer zweiten Wellenlänge beaufschlagt wird. Das Licht der ersten Wellenlänge ist bezüglich des Feuchtigkeitsgehalts empfindlich, während das Licht der zweiten Wellenlänge auf das Material-Reflexionsvermögen anspricht, aber unabhängig von dem Feuchtigkeitsgehalt ist. Der Meßkopf 72 kann mit einer geeigneten elektronischen Schaltung, die ebenfalls nicht dargestellt ist, verbunden sein, welche die beiden Signale voneinander trennt und miteinander vergleicht, wobei eine genaue Anzeige der Materialfeuchtigkeit erhalten wird.

Es wurde festgestellt, daß die Meßgenauigkeit vergrößert wird, wenn das Sichtfenster 32 im Winkel mit Bezug auf den Strahlenweg angeordnet ist, so daß das direkt von der Scheibenoberfläche reflektierte Licht, welches unabhängig von der Materialfeuchtigkeit ist, vom Meßinstrument abgehalten wird. Daher steht das Fenster 32 im Winkel von 55° mit Bezug auf die Achse des Rohrs 18. Ferner ist die Innenoberfläche des hohlen Sichtrohrs 18 vorzugsweise mit lichtabsorbierendem Material ausgekleidet. Daher wird nur diffuses oder zerstreut reflektiertes Licht von der Probenoberfläche in dem Meßkopf 12 empfangen. Der Winkel von 55° des Fensters 32 wurde empirisch entsprechend der Erfindung ausgewählt, um einerseits eine diffuse Probenreflexion von genügender Intensität für Meßzwecke zu erhalten und andererseits sicherzugehen, daß direkte Reflexionen von der Rohrwandung absorbiert werden.

Es wurde ferner festgestellt, daß die besten Ergebnisse dann erhalten werden, wenn das Licht auf die Zwischenfläche zwischen Fenster 32 und Probe fokussiert wird. Daher wird die Länge des Sichtrohrs 18 vorzugsweise so gewählt, daß sie dem entsprechenden Meßkopf 72 entspricht, der die Strahlenfokussierung an gewünschter Stelle ausführt. Diese Länge beträgt 230 mm ± 25 mm im Falle des optischen Feuchtiekeils-

Meßkopfes 72. Als zusätzliche Stütze dient ein Kragen 76, der am Gehäuse des Meßkopfes 72 befestigt ist und die Stange 59 in Gleitführung aufnimmt.

Das Sichtrohr 18 und der Meßkopf 72 werden zu einem einheitlichen Instrument entweder in der Fabrik oder an Ort und Stelle der Verwendung zusammengesetzt. Die öffnung 22 wird in das Förderrohr bzw. die Schütte 10 geschnitten und das zusammengesetzte Gerät wird montiert, wie beschrieben. Mit dem Träger 12. der Dichtung 16, der Buchse 20, dem Flansch 30 und der Stange 59 in fester Position relativ zum Förderrohr 10, wird die Lage des Fensters 32 und des Dammes 49 zu dem Materialstrom 79 eingestellt, der in gestrichelten Linien in Fig.4 angedeutet ist, wobei das Sichtrohr 18 in der Buchse 20 axial verschoben wird, bis die gewünschte Fenster/Damm-Position erreicht ist. Die beste Lage kann durch Versuch ermittelt werden, wobei ggf. Reihen von Feuchtigkeitsmessungen ausgeführt werden. Die Druckluftleitung 28 wird mit einer Druckluftquelle, die ggf. wahlweise eingeschaltet wird, verbunden, und das Ganze ist betriebsbereit.

Wenn das Sichtrohr 18 in den Materialstrom 79 eingeschoben ist, schränkt der Damm 49 den Materialfluß über die Fensteroberfläche derart ein, daß eine bestimmte Materialmenge auf dem Damm eingefangen wird und einen geneigten Probehaufen 80 bildet, wie in F i g. 4 dargestellt. Die so gebildete Probe bedeckt die äußere Oberfläche des Fensters 32 und wird dort durch die Schwerkraft gehalten. Die Zeit zur Bildung eines solchen Probehaufens hängt von der Geschwindigkeit und der Verteilung des Materialflusses in dem Rohr 10 ab, daher auch von der Stellung des Fensters 32 und des Damms 49 in dem Materialstrom. Nachdem eine gewisse Zeit verstrichen ist und sich das Probenmaterial in der gewünschten Weise sicher gestapelt hat, kann die gewünschte Messung ausgeführt werden. Danach wird ein Befehl an die nicht dargestellte Druckluftquelle gegeben, einen Druckluftimpuls an das Düsenrohr 42 abzugeben, um das angesammelte Probenmaterial von dem Fenster 32 wegzupusten. Die elektronischen Meßgeräte besitzen natürlich eine entsprechende Schaltung zum Halten der vorhergehenden Messungen und Einleiten einer nachfolgenden Messung, während das Probenmaterial entfernt wird bzw. neues Probenmaterial aufgesammelt wird. Nach dem Druckluftstrahl ist die Oberfläche des Fensters 32 zunächst sauber und frei von Probenmaterial, wonach sich frisches Probenmaterial automatisch auf der Scheibe ansammelt und die Meßfolge wiederholt werden kann.

Aus der vorgehenden Beschreibung wird deutlich, daß das beschriebene Sichtrohrgerät und die Probentechnik gemäß Erfindung die gestellte Aufgabe löst und die eingangs erwähnten Vorteile bringt. Beispielsweise kann das gesamte Verfahren der Probenniatcnaicinsammlung und Messung automatisch längere Zeit ohne menschliche Intervention ausgeführt werden. Da ferner keine bewegbaren Teile vorhanden sind und da die Materialprobe niemals physikalisch aus dem Mengenstrom entnommen wird, können mehr Messungen pro Zeiteinheit ausgeführt werden, als dies früher der Fall war. Es wird ferner darauf hingewiesen, daß das Sichtrohr 18 an beiden Enden abgedichtet ist — am äußeren Ende durch das Fenster 62 und am inneren Ende durch die Platte 24, welche an den Rohrrand angeschweißt ist, ferner durch die Zusamnieriwirkung zwischen Fenster 32, Abdichtring 38, Fensterplatte 34 und Abdichtring 40 mit der Endplatte 24 — und daß die Durchführung der Druckluftleitung 36 durch die Rohrwandung durch Schweißen abgedichtet ist. Der von dem hohlen Sichtrohr gebildete Meßstrahlweg ist vollständig gegen umgebenden Staub und/oder Feuchtigkeit abgeschirmt, was andernfalls zu fehlerhafen Meßergebnissen führen könnte. Das Gerät kann ferner leicht aus dem Förderrohr 10 bzw. der Schütte entfernt und zu Reparaturzwecken auseinandergenommen werden. Insbesondere kann das Teil des Geräts, das am meisten der Beschädigung oder dem Verschleiß ausgesetzt ist, das Fenster 32 nämlich, schnell ersetzt werden, indem das Rohr 18 lediglich aus der Buchse 20 herausgezogen wird und die Platte 34 nach Lockern der Schrauben 36 ausgetauscht wird. Eine neue Glasscheibe kann leicht eingefügt und das Ganze zusammengefügt werden, ohne lange Geräteausfallzeit.

Die dargestellte Ausführungsform der Erfindung kann variiert werden. Beispielsweise wurde die Fensterneigung zu 55° zur Rohrachse empirisch gewählt und kann geändert werden,' wenn es die Bedingungen diktieren. Die Neigung von 10° der Sichtrohrachse mit Bezug auf die Horizontale wurde gewählt, um die erforderliche Größe der Buchse 20 klein zu halten, aber trotzdem einen guten Fenster/Materialfluß-Winkel — d. h., von 45° — zu erzielen. Die beschriebene Ausführungsform kann modifiziert werden, beispielsweise indem geeignete Umlenkspiegel innerhalb des Sichtrohrs 18 vorgesehen sind und/oder ein steilerer Sicht-Rohrachsenwinkel gewählt wird. Wenn das Fenster 32 in einer horizontalen Ebene angeordnet ist, besteht kein Erfordernis für einen separaten Damm 49, jedoch lassen die relativen Kosten und die Kompliziertheit einer solchen Ausführungsform einschließlich der Schwierigkeiten bei der genauen Positionierung der erforderlichen Reflexionsflächen innerhalb des Sichtrohres eine solche Modifikation weniger günstig erscheinen, als die beschriebene.

Unter günstigen Umständen kann es möglich sein, den Damm 49 fortzulassen, wobei sich das Probenmaterial in einem Mengenstrom kontinuierlich über die Fensteroberfläche 32 bewegt. Für das richtige Arbeiten einer derartigen Modifikation muß der Materialfluß konstant und gleichmäßig sein, andernfalls wird eine Messung mit einer nicht richtigen Schicht von Probenmaterial über dem Fenster 32 gemacht, wobei fehlerhafte Ergebnisse erzielt werden. Deshalb wird es als günstiger angesehen, die Aufsammeleinrichiung »Damm« am Sichtfenster zur Verzögerung des Materialflusses vorzusehen, und dabei sicherzustellen, daß Probenmaterial an dem Fenster 32 vorhanden ist, wenn eine Messung durchgeführt wird Eine solche Aufsammeleinrichtung kann auch einen konischen Trichter aufweisen, in welchem das Sichtfenster 18 in einer Trichterwand untergebracht ist Die Trichtertiefe in Strömungsrichtung für zuverlässiges Arbeiten würde jedoch voraussichtlich eine Größe für die Zutrittsaussparung in dem Förderrohr erforderlich machen, welche die Anwendung dieser Maßnahme weniger attraktiv erscheinen läßt Daher wird die beschriebene Ausführungsform der Aufsammeleinrichtung in Form eines Dammes 49 bevorzugt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Meßeinrichtung zur optischen Messung einer vorbestimmten Eigenschaft von strömendem Granulat in einem Materialmengenstrom, wobei innerhalb eines nach außen abgedichteten Gehäuses ein Lichtbündel entlang einer Strahlenachse durch ein optisches Fenster auf das Material gerichtet und durch einen Empfänger aufgenommen wird, wobei ferner das Fenster in dem Materialstrom mit einem solchen Winkel ausgerichtet ist, daß das in dem Strom fließende Material das Fenster berührt, und eine Aufsammelvorrichtung für Materialprobe vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Empfänger (72) nur auf einen räumlichen Teil des von der Materialprobe durch das Fenster reflektierten Strahlenbündels anspricht,
daß als Gehäuse ein abgedichtetes Sichtrohr (18) vorgesehen ist, welches eine Rohrachse zusammenfallend mit der Strahlenbündelachse aufweist, am Stirnende als Fenster (32) ausgebildet ist und vorzugsweise mit optisch absorbierender Innenoberfläche versehen ist, wobei das Fenster (32) derart in einem spitzen Winkel zur Rohrachse angeordnet ist, daß nur diffuse Reflexionen des Materials zu dem Empfänger (72) geleitet werden,
daß die Aufsammeleinrichtung einen Damm (49) aufweist, der stromab zum Fenster (32) befestigt ist und in dem Materialstrom vorsteht, um eine Materialprobe anzusammeln und durch Schwerkraft stationär an dem Fenster (32) zu halten, wobei der Großteil des Materials weiterhin in dem Strom an dem Fenster und der stationären Probe vorbeifließt.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Entfernen der Probe ein in der Nähe der Fensteroberfläche angeordnetes Düsenrohr (42) und eine Einrichtung zur Verbindung des Düsenrohres (42) mit einer Druckluftquelle aufweist.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialstrom durch eine eine Seitenwandung und eine Schüttachse aufweisende Schütte (10) eingegrenzt ist und daß das Fenster (32), von der Seitenwandung aus gesehen, nach innen im Materialstrom räumlich angeordnet ist und sich das Sichtrohr (18) durch die Schüttenwand (10) hindurch erstreckt.

4. Meßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum einstellbaren Befestigen des Fensters (32) und des Sichtrohres (18) zur Schüttenwandung (10) vorgesehen ist, so daß das Fenster (32) in einstellbarer Weise in dem Materialstrom gelegen ist.

5. Meßeinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (32) in einem Winkel von 45° mit Bezug auf die Schüttenachse und von 55° zur Sichtrohrachse ausgerichtet ist.

6. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrisch leitfähige, transparente Dünnschicht über dqm Fenster (32) auf der Seite des Kontakts mit der Materialprobe angebracht und mit Erdpotential verbunden ist, um die statische Aufladung der Materialprobe im Kontakt mit dem Fenster zu vermeiden.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßeinrichtung zur optischen Messung einer vorbestimmten Eigenschaft von strömendem Granulat in einem Materialmengenstrom nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine bekannte Meßeinrichtung dieser Art (US-PS 34 30 606) dient zur Überwachung der Konzentration von Tonerpulver in einer xerographischen Entwick-Iermischung. Innerhalb des nach außen abgedichteten Gehäuses sind zwei optische Fenster vorgesehen, an denen mittels Elektroden Proben angesammelt werden können. Durch elektrostatisches Abstoßen und durch den Materialstrom kann die Probe weggewischt und durch eine neue ersetzt werden. Die Meßeinrichtung arbeitet aufgrund eines die beiden Fenster durchdringenden Strahlenbündels.

Die optische Messung des Feuchtigkeitsgehaltes von strömendem Granulat bzw. Pulver ist nicht mehr neu (LABO, November 1973, S. 1471 bis 1474), und zwar arbeitet die bekannte Meßmethode auf der direkten Reflexion an dem zu überprüfenden Material. Die bekannte Meßanordnung setzt voraus, daß die Probe aus dem Materialmengenstrom entnommen und auf einen Probenhalter in der Meßeinrichtung gebracht wird. Nachteilig ist dabei, daß die Probeentnahme von Hand relativ teuer, zeitraubend und mit einer gewissen Unsicherheit behaftet ist. Man könnte die Proben auch mechanisch entnehmen (US-PS 35 75 955 und 38 02 270), wobei jedoch das Problem zu bewältigen ist, was mit. der Probe nach der Messung zu geschehen hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtung der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß die Probe gemessen werden kann, ohne daß sie aus dem Materialmengestrom örtlich entfernt werden braucht und ohne daß dieser Materialmengenstrom eine solche Stromstärke und Gleichmäßigkeit aufweisen muß, daß ein Sichtfenster ständig von dem strömenden Granulat bedeckt ist.

Die gestellte Aufgabe wird durch eine Gestaltung der Meßeinrichtung gemäß Kennzeichen des Anspruches 1 gelöst. Bei dieser Meßeinrichtung wird insofern eine neue Meßmethode angewendet, als nicht die direkte Reflexion ausgewertet, sondern nur diffuse Reflexionen aus einem bestimmten Raumwinkel der Meßeinrichtung zugeführt werden.

Von besonderem Vorteil ist, daß die Meßeinrichtung sich in konventionelle, Rohrleitungen aufweisende Fördereinrichtungen einbauen läßt. Dabei kann die Fördereinrichtung weiterhin gegenüber der Umgebung abgedichtet sein.

so Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht der Vorrichtung, teilweise geschnitten;

F i g. 2 eine Einzelheit im vergrößerten Maßstab;
F i g. 3 eine Ansicht gemäß Pfeile 3-3 in F i g. 1; und
F i g. 4 eine vergrößerte Einzelheit aus F i g. 1, jedoch im Betrieb der Vorrichtung.

Die dargestellte Ausführungsform der Erfindung weist einen halbzylindrisch ausgebildeten, buchsenartigen Träger 12 auf, der mittels Schellen 14 an die Wandung eines vertikal laufenden Förderrohres oder einer Schütte 10 unter Zwischenlage einer Dichtung 16 befestigt ist, die zwischen dem Träger 12 und der Schüttenwandung 10 eingeklemmt ist. Ein hohlzylindrisches Sichtrohr 18 ist verschieblich in einer Buchse 20 geführt und erstreckt sich durch eine öffnung 22 in das