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Vorrichtung zur Verbesserung des Fließverhaltens
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von schwerfließendem Schüttgut.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbesserung des Fließverhaltens
von schwerfließendem Schüttgut beim Austragen des Gutes aus einem Hochsilo, nach
dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Das in Hochsilos gelagerte Schüttgut kann beispielsweise aus Holzspänen,
Fasern, Granulat oder pulverförmigen Stoffen bestehen und verdichtet sich unter
seinem Eigengewicht, Die hierbei entstehenden Vertikaldrücke sind um so größer,
je höher die im Silo befindliche Schuttgutsäule ist. Diese Vertikaldrücke steigen
mit der Füllhöhe des Silos nach einer e-Funktion an und erzeugen in jeder Siloebene
Horizontalspannungen, deren Größe außer von dem jeweiligen Vertikaldruck auch von
der Beschaffenheit des Schüttgutes abhängen. Die Horizontalspannungen können so
groß werden, daß sich innerhalb des Schüttgutes tragfähige Brücken und Wölbungen
bilden, de den weiteren Abfluß des Gutes nach unten verhindern, so daß durch die
in Bodennähe des Silos befindliche Auslaßöffnung kein weiteres Schüttgut ausgetragen
werden kann. Auch ist das erhebliche Eigengewicht der Schuttgutsäule bei der Dimensionierung
von Austragvorrichtungen zu berücksichtigen, die meist in der Nähe der Auslaßöffnung
angeordnet sind und angetriebene Lockerungs- und Förderelemente aufweiten. Das auf
den Austragvorrichtungen lastende Schüttgut führt zu einem
starken
Verschleiß der Austragelemente, und rur den Antrieb dieser Elemente ist eine erhebliche
Energie erforderlich, die von den Antriebsaggregaten aufgebracht werden muß.
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Bei einer bekannten Vorrichtung der eingangs genannten Art (DE-OS
23 56 054) sind ein oder mehrere Stützkörper vorgesehen, deren schräg stehende Stützflächen
die Vertikaldrflcke und damit auch die Horizontalspannungen im SchUttgut reduzieren.
Diese Stützkörper können keilförmig ausgebildet und an der Innenwand des Silos befestigt
sein. Zusätzlich oder alternativ hierzu können kegel- oder pyramidenstumpfförmige
Stützkörper vorgesehen sein, die derart angeordnet sind, daß ihre Hochachse mit
der Siloachse zusammenfällt oder schräg zur Siloachse verläuft. Derartige StUtzkörper
können als Hohlkörper ausgebildet und ähnlich einem Trichter oberhalb des Silobodens
bzw. der Austragvorrichtung angeordnet sein.
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Die schräg stehenden Stutzflächen der keilförmigen, konischen oder
pyramidenstumpfförmigen StUtzkörper nehmen einen Teil des Schüttgutgewichtes auf
und entlasten dadurch das unterhalb ihres Wirkungsbereichs liegende Schüttgut und
die Austragvorrichtung teilweise vom Gewicht des oberen Teils der Schüttgutsäule.
Gleichzeitig wirken die Stützflächen bremsend auf das nachrutschende Schüttgut und
lenken das Gut aus seiner vertikalen Fließrichtung ab. Dadurch kann das SchUttgut
im zentralen Bereich des Silos schneller nachfließen als in dessen Randbeietch,
und etwa im Entstehen befindliche Brücken werden zum Einsturz gebracht. Da die Stützflächen
infolge ihrer Schrägstellng nur bremsend, aber nicht als dauerndes Auflager fur
das Schüttgut wirken und außerdem dieses Gut in Richtung zur Silomitte ablenken,
wird die Bewegung des Gutes auch im Bereich der StUtzkörper aktiviert und damit
insgesamt eine Verbesserung im Fließverhalten des Schüttgutes beim Austragen erreicht.
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Die Dimensionierung der Stützkörper ist von der Art des SchUttgutes
abhängig. Je nach den Fließeigenschaften des Gutes
müssen die Stützflächen
mehr oder weniger steil zur lote rechten Siloachse angestellt sein. Trotz richtiger
Dimensionierung der Stützkörper können sich aber Schwierigkeiten ergeben, wenn längere
Zeit kein SchUttgut ausgetragen worden ist. Auch können die Fließeigenschaften des
Gutes vartiersn, so daß eine genaue Anpassung der Sttltzkörper an das jeweilige
Schüttgut nicht immer möglich ist. Es kann daher infolge der Bremswirkung der Stützflächen
zu Störungen beim Austragen des Gutes kommen. Solche Störungen könnten zwar vermieden
werden, wenn die Höhe und/oder die Neigung der Stützflächen von vornherein möglichst
klein gewählt werden, jedoch würde dann die Bremswirkung im Normalfall nicht ausreichen,
um eine genUgende Entlastung der Austragvorrichtung und des unteren Teiles des SchUttgutes
sicherzustellen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, etwa auftretende Störungen
beim Austragen des Schüttgutes beseligen zu können, ohne daß die Wirkungsweise der
Vorrichtung im Normalbetrieb beeinträchtigt wird.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung nach den kennzeichnenden Merkmalen
des Patentanspruches 1 gelöst, wobei insbesondere das Verfahren nach den Patentansprüchen
16 oder 17 anzuwenden ist.
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Die Lageänderung der StützflächeKurch Verstellen der zugehörigen Wandung
des Stützkörpers ermöglicht in einfacher Weise eine Anpassung der Vorrichtung an
verschiedene Betriebsbedingungen. So kann die StUtzfläche je nach den Fließeigenschaften
des Schüttgutes schon vor dem Beladen des Silos in eine bestimmte Neigungslage eingestellt
werden. Ein ganz besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt aber
darin, daß Störungen beim Austragen des Gutes während des Betriebs sofort beseitigt
werden können. Überraschenderweise genügt beispielsweise bei einem trichterförmigen
Stützk8rpeS rin-
fugige Vergrößerung des unteren, den Durchtrittsquerschnitt bestimmenden
Durchmessers, um einen gestörten Gravitationsfluß wieder zu aktivieren, So ist selbst
bei Großsilos mit einem Aufnahmevolumen von 500 - 1000 m3 eine Vergrößerung dieses
Durchmessers um etwa 0,1 - 0,5 % ausreichend , um eine Unterbrechung beim Austragen
zu beheben oder die Austragmenge nach einer eingetretenen Verminderung wieder zu
normalisieren. Diese Beseitigung einer Störung beruht nicht nur auf der Vergrößerung
des Durchtrittsquerschnitts bzw. auf der Verminderung der Bremswirkung des Stützkörpers,
da diese Faktoren durch die Xnderung des Neigungswinkels nur unwesntlich beeinflußt
werden. Vielmehr ist anzunehmen, daß schon eine geringfügige Lageänderung der Stützfläche
während des Betriebes zu einem Abreißen des Schuttgutes von der StUtzfläche führt,
insbesondere in einem konischen oder pyramidenförmigen Trichter, der das entsprechend
zu einem Kegelstumpf oder Byramidenstumpr geformte Schüttgut umhüllt. Der dabei
auftretende Spalt zwischen der Oberfläche des Schüttgutes und der Stützfläche des
Stützkörpers ermöglicht offenbar, daß das Schüttgut auf dem entstandenen Luftpolster
kurzzeitig "schwimmen"kann, also gleitend abgestützt ist, Die vor der Xnderung der
Lage der Stützfläche zum Stillstand gekommene Schüttgutmasse gerät dadurch wieder
in Bewegung, und das innerhalb der Schüttgutsäule eingetretene Kräftegleichgewicht
wird gestört, wodurch etwa entstandene Brücken oder Wölbungen zusammenstürzen.
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In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Stützkörper
mehrere schräg zur Siloachse stehende Wandungsabschnitte aufweisen, von denen mindestens
einer verstellbar ist. Dadurch kann die Lage mindestens einer Stützfläche von vornherein
oder während des Betriebes verschieden eingestellt werden, wodurch die Bewegung
des Schüttgutes
in vorbestimmten Bereichen des Silos wahlweise beschleunigt
oder verzögert werden kann. Bei Ausbildung des Stützkörpers als kegel- oder pyramidenstumpfförmiger
Hohlkörper kann dessen Querschnitt veränderbar sein, vorzugsweise durch Aufspreizen
der Wandung des Hohlkörpers. Hierfür kann die Wandung des Hohlkörpers aus mehreren
verstellbarFelagerten Teilstücken bestehen oder durch Längsschlitze derart unterteilt
sein, daß ein Aurspreizen des Hohlkörpers durch elastische Verformung der einzelnen
Wandungsabschnitte möglich ist.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen,
der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen. Es zeigen: Fig. 1 den unteren Teil
eines zylindrischen Silos, schematisch im Längsschnitt, Fig. 2 einen Teilschnitt
längs der Linie II - II in Fig. 1, Fig. 3 eine andere Ausführungsform des Stützkörpers
in einer Darstellung entsprechend Fig. 1, Fig. 4 eine Draufsicht auf den Stützkörper
nach Fig. 3, Fig. 5 eine weitere Ausführungsform des Stützkörpers in einer Darstellung
entsprechend Fig. 1, Fig. 6 eine Draufsichtaif den Stützkörper nach Fig. 5, Fig.
7 einen Stützkörper anderer Ausführung in einer Darstellung entsprechend Fig. 1.
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In den Fig. 1 und 2 ist schematisch ein Silo 1 mit zylindrischem Mantel
2 dargestellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist aber auch bei Silos mit eckigem
Querschnitt verwendbar,
beispielsweise bei Vierkant-Silos mit quadratischem
oder rechteckigem Querschnitt. Am deren Ende des Silos ist eine Austragvorrichtung
angeordnet, die aus einem oberhalb des Silobodens 3 angeordneten Rotor 4 mit Federarmen
5 und aus einer Förderschnecke 6 besteht, die in einem anterhalb des Silobodens
befindlichen Trog 7 angeordnet ist. Der Trog ist zum Innenraum des Silos 1 offen,
so daß das von oben nachrutschende Schüttgut (nicht dargestellt) in den Trog 7 gelangen
kann. Das Schüttgut wird von den umlaufenden Federarmen 5 gelockert und gleichzeitig
in den Trog 7 gefördert.
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Die Förderschnecke 6 transportiert das Gut aus dem Trog nach außen.
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Cberhalb des angetriebenen Rotors 4 ist ein Stützkörper 8 angeordnet.
Dieser Stützkörper ist ein nach unten verjüngter konischer Ring, dessen Wandung
9 aus vier gleich ausgebildeten Abschnitten 10 besteht. Diese Abschnitte sind derart
ausgebildet und angeordnet, daß jeweils benachbarte Abschnitte 10 einander im Bereich
11 überlappen, wobei die Uberlappung in Richtung zum Siloboden zunimmt. Die Wandungsabschnitte
10 sind am Silomantel 2 mit scharnierartigen Gelenken gelagert, von denen in Fig,
2 ein Gelenk 12 schematisch angedeutet ist.
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Die Achse 13 jedes Gelenks liegt horizontal, so daß die Wandungsabschnitte
10 des Stützkörpers 8 von ihren Anlenkstellen aus in Richtung zur Hochachse 14 des
Silos und zurück schwenkbar sind. Bei dieser Schwenkbewegung ändert sich die Größe
des Uberlappungsbereichs 11. Die ringförmige, konische Innenfläche 15 des Stützkörpers
8 bildet eine Stützfläche, an der das Schüttgut während seiner Fließbewegung nach
unten gebremst und in Richtung zur Siloachse 14 abgelenkt wird.
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Diese Stützfläche entlastet außerdem die Austragvorrichtung 4, 5,
6 von einem Teil des Schüttgutgewichtes, so daß die Antriebsaggregate für die Austragvorrichtung
für einen entsprechend geringeren Energiebedarf dimensioniert werden können.
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Der Stützkörper 8 ist an seinem unteren Ende von einem Spannglied
16 umgeben, das mit Abstandshaldrn 17 gegen die Wandung 9 abgestützt ist. Dieses
Spannglied kann ein flexibler, stabförmiger Zuganker sein und ist mit seinen beiden
Enden in einem Spannschloß 18 festgelegt. Das Spannschloß kann mit einer (nicht
dargestellten) Gewindespindel verstellbar sein, die durch eine Tür im Silomantel
sugKngllchlst. Zum Verstellen des Spannschlosses kann aber auch anstele oder zusätzlich
zu einer Gewindespindel ein Stellzylinder oder dgl. vorgesehen sein, der hydraulisch
oder pneumatisch betätigt werden kann. Durch Verstellen des Spannschlosses 18 wird
der Durchmesser des ringförmigen Spanngliedes ändert, so daß die Wandungsabschnitte
mit größerer oder geringerer Uberlappung anzuordnen sind und damit der Konuswinkel
des Stützkörpers 8 veränderbar ist.
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Bei Verringerung des Durchmessers Aes Spanngliedes 16 werden die Wandungsabschnitte
10 schuppenförmig übereinandergeschonen. Wird der Durchmesser des Spanngliedes 16
vergrößert, so schwenken die Wandungsabschnitte 10 unter dem Gewicht des Schüttgutes
nach außen, wobei diese Schwenkbewegung durch das Spannglied 16 begrenzt wird Eine
manuelle Verstellung des Spannschlosses 18, beispielsweise mittels einer Gewindespindel,
ist während des Betriebes ohne Schwierigkeiten möglich, weil die Durchmesseränderung
zwecks Aktivierung eines zum Stillstand gekommenen Abfließens des Schüttgutes nur
wenige Millimeter betragen muß, Außerdem kann in der Übertragung der Spannbewegung
eine hohe Übersetzung vorgesehen sein, so daß nur geringe Spannkräfte manuell aufgebracht
werden müssen.
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Wird zum Verstellen des Spannschlosses eine kraftbetätigte Einrichtung,
beispielsweise ein hydraulischer Stellzylinder verwendet, so ist eine Regelung des
Neigungswinkels der Stützfläche 15 möglich. Es kann hierfür beispielsweise die pro
Zeiteinheit von der Schnecke 6 geförderte Gutmenge oder auch die Leistungsaufnahme
der Austragvorrichtung gemessen werden. Der Meßwert wird einem elektrischen Regler
zugeführt, der ein Steuersignal an die Stellvorrichtung für das Spannschloß liefert.
Wird die Fördermenge gemessen, so signalisiert ein Absinken der Fördermenge eine
Brückenbildung im Silogut; dasselbe gilt bei Abnahme der Leistungsaufnahme der Austragvorrichtung,
die bei Störung des Gravitationsflusses im leeren Teil des Siloraumes arbeitet.
Vermindert sich die Fördermenge des Gutes und/oder die Leistungsaufnahme der Austragvorrichtung,
so wird über die kraftbetätigte Stellvorrichtung das Spannschloß derart verstellt,
daß der Durchmesser des Spanngliedes 16 und damit der Durch trittsquerschnitt des
Stützkörpers 8 vergrößert wird.
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Sobald das Schüttgut wieder fließt, wird über die Regelvorrichtung
erneut ein Steuersignal ausgelöst, wodurch über die Stellvorrichtung der Durchmesser
des Spanngliedes 16 wieder verringert wird. In dem Regelkreis kann ein Zeitverzögerungsglied
vorgesehen sein, um zu verhindern, daß schon bei kurzzeitigen Schwankungen der Fördermenge
oder der Leistungsaufnahme der Austragvorrichtung die Verstellung des Spanngliedes
ausgelöst wird.
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Der Stützkörper 8a nach den Fig. 3 und 4 ist in gleicher Weise angeordnet
und mittels Zuganker 16 verstellbar wie der beschriebene Stützkörper 8. Er unterscheidet
sich von dieser Ausführungsform dadurch, daß die Wandungsabschnitte 20 nicht aus
einzeln gelenkig aufgehängten Blechen bestehen, sondern durch acht Längsschlitze
21 in der Wandung 9a des Stützkörpers gebildet sind. Diese Längsschlitze sind am
unteren Rand 22 des Stützkörpers offen und reichen nahe bis an dessen Oberkante
23. In der dargestellten Stellung hat der untere Rand 22 des Stützkörpers infolge
des entsprechend eingestellten Spanngliedes 16-seinen geringsten Durchmesser. Wird
der Durchmesser des Spanngliedes 16 vergrößert, so wird die Wandung 9a
des
Stützkörpers unter dem Gewicht des Schüttgutes derart aufgespreizt, daß sich dieqchlitze
21 stetig nach unten verbreitern, so daß der durch den oberen Rand 22 bestimmte
Durchtrittsquerschnitt des Stützkörpers entsprechend vergrößert ist.
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Die Ausführungsform des Stützkörpers nach den Fig, 5 und 6 unterscheidet
sich von derjenigen nach Fig, lind ? dadurch, daß die Wandungsabschnitte 10 nicht
unmittelbar am Silomantel 2, sondern an einem konischen Ring 24 gelenkig gelagert
sind, der ebenfalls als trichterförmiger Stützkörper ausgebildet, aber im Durchmesser
nicht veränderbar ist, Dadurch ist eine Stützfläche mit vorgegebener, unveränderbarer
Neigungslage zur Siloachse 14 vorhanden, während der Neigungswinkel der vom Stützkörper
8 gebildeten Stützfläche und der Durchtrittsquerschnitt wie bei der Ausführungsform
nach Fig. 1 veränder bar sind Außerdem besteht die Wandung 9 des Stützkörpers 8
aus sechs Wandungsabschnitten 10, wodurch im Vergleich zu der Ausftihrungsform nach
Fig. 1 eine feinere Einstellung des Durchtrittsquerschnittes des Stützkörpers und
des Neigungswinkels von dessen Stützfläche möglich ist, Bei der Ausführungsform
nach den Fig. 5 und 6 ist überdies eine derartige Verstellung der Wandungsabschnitte
10 möglich, daß ihre Uberdeckung silber die ganze Höhe um dasselbe Maß geändert
wird, wobei also der Konuswinkel konstant bleibt.
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Das hat den Vorteil, daß die Innenwandung des Hohlkörpers 8 über dessen
ganze Höhe gleichmäßig von dem Schüttgut abreißen kann. Bei einer solchen Ausführungsform
ist oberhalb des Spanngliedes 16 noch mindestens ein weiteres Spannglied vorzusehen,
und die Wandungsabschnitte 10 sind an ihren oberen Enden nicht gelenkig gelagert,
sondern radial verschiebbar, Da der Raum zwischen der Außenwandung des Stützkörpers
8 und dem Silomantel 2 durch den oberen Stützkörper 24 von Schüttgut freigehalten
ist, und die Oberkante 23 des Sttitzkörpers mit Abstand vom Silomantel 2 liegt,
können die Wandungsabschnitte 10 auch mit ihrer Oberkante ohne weiteres radial in
Richtung zum Silomantel verstellt werden Es ist daher bei dieser Ausfiihrungsform
möglich,
den Stützkörper 8 über seine ganze Höhe gleichmäßig radial zu spreizen oder den
Konuswinkel wahlweise unterschiedlich zu ändern, bezogen auf dieselbe Anderung des
Durchmessers am unteren Rand 22.
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Auch der Stützkörper 8a nach Fig. 3 kann mit einem oberen Stützkörper
entsprechend Fig. 5 kombiniert werden, wobei er mit geringeren Durchmessern als
in Fig. 3 dargestellt zu dimensionieren ist. Wenn dabei die Schlitze 21 bis zur
Oberkante 23 durchgehen, also die Wandungsabschnitte 20 vollständig voneinander
getrennt sind, ist ebenfalls eine gleichmäßige radiale Spreizung des Stützkörpers
8a über dessen ganze Höhe möglich.
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Die Ausführungsform nach Fig. 7 entspricht in der Anordnung und Verstellbarkeit
des Stützkörpers dem Stützkörper nach Fig. 1 und unterscheidet sich von dieser schon
beschriebenen Ausführungsform dadurch, daß die Hochachse 19 des Stützkörpers 8 schräg
zur Siloachse 14 steht. Der untere Rand 22 des Stützkörpers ist abgeschrägt, damit
er bDtz der Schrägstellung der Achse 19 konstanten Abstand vom Silomantel 2 hat.
Infolge der schrägen Lage der Stützkörperaohse 19 ändert sich der Neigungswinkel
der Stützfläche stetig, bezogen auf die Umfangsrichtung des Silomantels. Hierdurch
ergeben sich unterschiedliche Bremswirkungen, und auch die Änderungen des Konuswinkels
beim Spreizen sind unterschiedlich, was ebenfalls zur Aktivierung des Schüttgutflusses
beiträgt.
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Das Verhältnis der Durchmesser von Oberkante und Unterkante der Stützkörper
beträgt etwa 1,1 : 1 bis 1,5 : 1. Die Höhe der Stützkörper ist von der Art und Beschaffenheit
des Schütt-gutes abhängig; je schwerer das Gut ist, umso höher soll der Stützkörper
sein, um eine ausreichende Bremsfläche zu erzielen.
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Eine große Höhe des Stützkörpers ergibt beim Verwchwenken der Wandungsabschnitte
10 um deren Oberkanten schon bei geringer Änderung des Neigungswinkels eine verhältnismäßig
große Anderung des Auslaufquerschnittes, wodurch die Wirkung des durch die Verstellung
erzielten Spaltes auf die Aktivierung des Schüttgutflusses
begünstigt
wird.
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Die dargestellten Stützkörper sind in ihrer Höhenlage innrhalb des
Silos fest eingestellt, sie könnten aber grundsätzlich auch höhenverstellbar min
Wesentlich ist nur, daß bei gelenkig gelagerten Wandungsteilen die Lage der Schwenkachsen,
die beispielsweise durch die Gelenkachsen 13 gebildet sind, in bezug auf den Stützkörper
selbst während des Verschwenkens ortsfest bleibt.
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