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Abgabevorrichtung für fließfähige Materialien
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgabevorrichtung für fließfähige
Materialien mit einem Bunker und einer im Materialabflußweg angeordneten, motorisch
angetriebenen Fördereinrichtung, wie einer Förderschnecke oder einer Förderpumpe,
zur Förderung der Materialien aus dem Bunker.
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Als in der Technik für die Abgabe aus einem Bunker zu handhabende
fließfähige Materialien sollen vorliegend sowohl Feststoffe als auch Liquide und
pastöse Massen berücksichtigt werden. Dabei wird hinsichtlich der Feststoffe keine
Beschränkung auf eine die Fließfähigkeit begründende bestimmte Teilchengröße ausgesprochen,
so daß diesbezüglich sowohl pulverförmige und körnige Massen, wie Mehle, Salz, Korn,
Zucker, Sand u.dgl.
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als Stückgüter, wie Karotten, Kartoffeln, Würfelkohlen oder
andere
mineralische Produkte od.dgl., in Betracht gezogen werden.
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Entsprechend dieser Differenzierung nach folglich rechtunterschiedlichen
Konsistenzen der fließfähigen Materialien ist auch die bei einer solchen Abgabevorrichtung
zur Förderung der Materialien aus dem Bunker eingesetzte Fördereinrichtung entsprechend
unterschiedlich gestaltet, wobei die Auswahl einer Jeweiligen Fördereinrichtung
außer der Berücksichtigung des spezifischen Fließverhaltens der Materialien auch
noch unter dem Gesichtspunkt zu treffen ist, in welchen Mengen die speziellen Materialien
entweder dosiert oder nach dem Materialdurchsatz aus dem Bunker einer derartigen
Abgabevorrichtung abgegeben werden sollen. Dabei können die Dosen abgegebener Materialmengen
zwischen Bruchteilen nur eines Gramm und mehreren Tonnen reichen und sind in dieser
Streubreite bezüglich des Materialdurchsatzes selbst auf die Zeiteinheit nur einer
Sekunde bezogen. Schließlich soll noch die Fließfähigkeit der Materialien dahin
definiert sein, daß auch noch solche Materialien als fließfähig angesprochen werden,
die beispielsweise wie Mehl oder Pulverzucker zu einer BrUckenbildung bzw. zu einem
Zusammenbacken während der Abgabe aus dem Bunker der Abgabevorrichtung neigen, so
daß sich auch danach die Auswahl einer zur Förderung geeigneten Fördereinrichtung
zu richten hat.
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Bei den bekannten Abgabevorrichtungen der eingangs genannten Art kommen
nun in aller Regel Förderschnecken und Förderpumpen im Falle der Förderung von Feststoffen
und pastösen Massen bzw. Liquiden zum Einsatz. Für ihren Antrieb ist ein über eine
Kupplungs-oder Bremsvorrichtung angekuppelter eintouriger Motor vorgesehen, und
dieser Antrieb kann durch eine sinngemäße Betätigung der Kupplungs- oder Bremsvorrichtung
wählbar unterbrochen werden, wenn beispielsweise eine dosierte Materialabgabe erfolgen
soll.
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Zur mithin entsprechend gesteuerten, intermittierend erfolgenden Betätigung
der Kupplungs- oder Bremsvorrichtung für eine zeitlich aufeinanderfolgende Materialabgabe
in vorbestimmten Dosen sind bei den bekannten Abgabevorrichtungen weiterhin entweder
Zeit- und/oder Drehzahlmesser vorgesehen, durch welche also die Zeitspanne und/oder
die Anzahl von Umdrehungen gemessen und somit festgelegt wird, über welche der Antrieb
der Fördereinrichtung zur Erreichbarkeit der für die Materialabgabe jeweils gewünschten
Dosis
eingeschaltet bleiben muS, oder es ist im Falle einer nicht nach einzelnen Dosen
erfolgenden, sondern vielmehr nach dem Materialdurchsatz zu steuernden Materialabgabe
ein im Materialabflußweg stromabwärts von der Abgabevorrichtung angeordneter Sensor
zur Erfassung des Massenflusses vorgesehen, der folglich auch hierbei die Betätigung
der Kupplungs- oder Bremsvorrichtung für ein Ausschalten des Antriebes der Fördereinrichtung
steuert, sobald ein jeweils gewünschter Materialdurchsatz erreicht ist.
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Die Genauigkeit, mit der damit eine dosierte Materialabgabe in gleichbleibenden
Teilmengen bzw. ein konstanter Materialdurchsatz gesteuert werden kann, ist bei
den bekannten Abgabevorrichtungen folglich äußerst großen Schwankungen unterworfen,
deren Ursache vorrangig in der verwendeten Kupplungs- oder Bremsvorrichtung begründet
liegt. Abgesehen davon, daß die für das vollständige Ein- und Ausrücken dieser Vorrichtung
benötigte Zeitdauer besonders für die anwendungstechnischen Grenzfälle der für eine
dosierte Materialabgabe zur Verfügung stehenden kurzen Zeitspanne bzw. des auf eine
kleine Zeiteinheit bezogenen Materialdurchsatzes unproportional lang ist, hat diese
intermittierend erfolgende Betätigung der Kupplungs- oder Bremsvorrichtung auch
noch nachteilig zur Folge, daß dabei Jeweils die Fördereinrichtung von der vorgegebenen
Drehzahl des eintourigen Antriebsmotors abgebremst und auf diese Drehzahl anschließend
wieder beschleunigt werden muß, wofür ebenfalls eine für die Genauigkeit der Steuerung
kostbare Zeit verloren geht. Auch kann hierbei nicht überstehen werden, daß in Abhängigkeit
insbesondere von der Jeweiligen Arbeitstemperatur die einzelnen Reibflächen der
Kupplungs- oder Bremsvorrichtung einem doch ziemlich starken Verschleiß unterliegen,
so daß damit über diese Faktoren eine weitere Verschlechterung dieser Steuerungsgenauigkeit
auftritt, abgesehen davon, daß es beim Erreichen eines für eine sichere Arbeitsweise
der Kupplungs- oder Bremsvorrichtung nicht mehr tragfähigen Verschleißes dieser
Reibflächen dann auch erforderlich ist, einen Austausch gegen neue Reibflächen vorzunehmen,
womit auch die Unterhaltungskosten einer solchen Abgabevorrichtung doch wesentlich
verteuert werden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Abgabevorrichtung
der eingangs genannten Art so auszubilden, daß damit die Abgabe der fließfähigen
Materialien unter doch wesentlich konstanteren Bedingungen. und mit einer folglich
entsprechend größeren Genauigkeit gesteuert werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Antriebsmotor
für die Fördereinrichtung ein Stufen- bzw. Schrittschaltmotor vorgesehen ist.
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Ein solcher Stufen- bzw. Schrittschaltmotor hat bekanntlich die Eigenschaft,
daß er mit einem digitalen elektrischen Eingangssignal für eine äußerst genaue Drehzahlsteuerung
seiner Welle gesteuert werden kann, so daß es folglich nur erforderlich ist, ein
entsprechend präzises Eingangssignal für diesen Motor zur Verfügung zu stellen,
damit er nach Empfang desselben die Drehzahl seiner Welle auf einen in Abhängigkeit
von diesem Eingangsignal gewünschten Wert einstellt, wobei die Genauigkeit dieser
Einstellung, bezogen auf eine momentane Wellendrehzahl,sowohl für eine Erhöhung
als auch eine Erniedrigung derselben gilt sowie die Beibehaltung eines bestimmten
Drehzahlwertes nach Erreichen desselben und dem Empfang eines entsprechenden Eingangssignals.
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Ein solcher Stufen- bzw. Schrittschaltmotor ist folglich für eine
sehr hohe Steuerungsgenauigkeit der Drehzahl seiner Welle programmierbar, so daß
es damit möglich ist, auf die besondere Kupplungs- oder Bremsvorrichtung der bekannten
Abgabevorrichtungen dieser Art zu verzichten und stattdessen den Motor direkt an
die Fördereinrichtung anzukuppeln. Diese Möglichkeit für einen Verzicht auf eine
besondere Kupplungs- oder Bremsvorrichtung soll te dabei indessen gleichzeitig dahin
eine Einschränkung erfahren, dass es in Einzelfällen trotzdem ratsam erscheinen
kann, den Stufen- bzw. Schrittschaltmotor noch zusätzlich insbesondere über eine
Bremsvorrichtung an die Fördereinrichtung anzukuppeln, beispielsweise dann, wenn
dessen Haltedrehmoment nicht ausreichen sollte, bei abgestelltem Motor den Antrieb
der Fördereinrichtung vollständig zu unterbrechen. Durch die dann noch erfolgende
Betätigung einer solchen zusätzlichen Bremsvorrichtung kann folglich auch unter
solchen extremeren Bedingungen entsprechend sicher erreicht
werden,
daß eine aufeinanderfolgend gleich dosierte Materialabgabe stattfindet, weil andererseits
der Motor ohne eine dabei nachteilige Beeinflussung durch die der Fördereinrichtung
innewohnenden Trägheitskräfte nach Aufhebung der Betätigung der Bremsvorrichtung
wieder augenblicklich auf die gewünschte Drehzahl seiner Welle gebracht werden kann,
sobald ihm das entsprechende Eingangssignal zugeleitet ist.
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Die Verwendung eines solchen Stufen- bzw. Schrittschaltmotors als
Antriebsmotor für die Fördereinrichtung ist nicht nur für die Verhältnisse einer
dosierten Materialabgabe mit der dabei erreichbaren Steuerungsgenauigkeit entsprechend
vorteilhaft, vielmehr sind damit auch besondere Vorteile für die Verhältnisse einer
kontinuierlich erfolgenden Materialabgabe erreichbar, um dabei einen konstanten
Materialdurchsatz präzise steuern zu können. Es ist dabei nämlich möglich, über
die Bereitstellung geeigneter Eingangssignale eine praktisch augenblickliche Anpassung
der Wellendrehzahl an veränderte Verhältnisse des Materialdurchsatz es zu erreichen,
die beispielsweise auf Schwankungen der Massendichte des aus dem Bunker der Abgabevorrichtung
abzugebenden Materials zurückzuführen sind. Daneben verspricht ein solcher Stufen-
bzw. Schrittschaltmotor auch überall dort besondere Vorteile, wo diese Abgabe fließfähiger
Materialien aus dem Bunker einer solchen Abgabevorrichtung von anderen Variablen
abhängig ist und/oder abhängig gemacht wird, so daß also die hier im besonderen
angesprochene genaue Steuerungsmöglichkeit einer dosierten Materialabgabe in zeitlich
aufeinanderfolgend gleichbleibenden Materialmengen sowie eines konstanten Materialdurchsatzes
nicht beschränkend für den Anwendungsbereich eines solchen Motors zu verstehen ist.
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Weitere vorteilhafte und zweckmäßige Ausbildungen der Erfindung sind
in den weiteren Ansprüchen erfaßt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine Schemadarstellung einer Abgabevorrichtung
für fließfähige Materialien nach der Erfindung und
Fig. 2 ein Schaubild
zur Darstellung einer für die Steuerung des zum Antrieb der Fördereinrichtung bei
dieser Angabevorrichtung vorgesehenen Stufen- oder Schrittschaltmotors beispielsweise
verfolgten Kennlinie.
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Die Abgabevorrichtung umfaßt einen Bunker 1 der die für eine Abgabe
bestimmten fließfähigen Materialien aufnimmt. Der Bunker 1 endet in einem zylindrischen
Rohrteil 1 A, koaxial zu welchem eine Förderschnecke 2 angeordnet ist, durch welche
die Materialien aus dem Bunker 1 gefördert werden. Die Förderschnecke 2 ist über
ihre Antriebswelle 3 direkt mit einem Stufen- bzw.
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Schrittschaltmotor 4 verbunden, wobei die Antriebswelle 3 von der
hohlen Antriebswelle eines in dem Bunker 1 noch angeordneten Rührwerks 5 umgeben
ist, das über einen Kegelradantrieb durch einen weiteren Motor 6, der als ein Synchronmotor
ausgebildet sein kann, angetrieben wird. Alternativ kann für dieses Rührwerk 5 auch
ein Antrieb durch den Stufen- bzw. Schrittschaltmotor 4 vorgesehen sein, wobei insbesondere
dann eine mit der Förderschnecke 2 gleiche Antriebsdrehzahl für das Rührwerk 5 eingehalten
werden sollte oder eine vergleichsweise niedrigere Antriebsdrehzahl, die dann durch
die Zwischenschaltung eines Untersetzungsgetriebes im Antrieb der hohlen Antriebswelle
des Rührwerks 5 erreichbar ist.
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Sofern die Abgabevorrichtung für eine dosierte Materialabgabe eingesetzt
wird, kann es dabei ausreichen, den Stufen- bzw.
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Schrittschaltmotor 4 lediglich so vorzuprogrammieren, daß er für die
aufeinanderfolgenden Dosen jeweils eine vorbestimmte Anzahl von Umdrehungen seiner
Welle und damit des Antriebs der Förderschnecke 2 ausführt, wobei zu Beginn Jeder
abzugebenden Dosis eine Beschleunigung dieser Drehzahl auf eine erste vorbestimmte
Drehzahlhöhe stattfindet, die gegen das Ende der Abgabe dieser Dosis auf eine zweite
vorbestimmte Drehzahlhöhe erniedrigt wird. Sofern für die fließfähigen Materialien,
die in dem Bunker 1 gespeichert sind, eine entsprechende Homogenität voraussetzbar
ist, kann diese Folgesteuerung für alle aufeinanderfolgenden Materialabgaben unverändert
beibehalten werden,
so daß folglich die einzelnen Dosen dieser
Materialabgaben dann alle gleichbleibend genau sind.
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Sofern eine solche Homogenität der fließfähigen Materialien nicht
erfüllt ist, ist es indessen erforderlich, daß für eine entsprechend genaue Steuerung
des Stufen- bzw. Schrittschaltmotors 4 noch besondere Mittel vorgesehen sind, die
als Impulsgeber für entsprechende Eingangssignale fungieren, durch die der Motor
in Abhängigkeit von mithin unbestimmten Variablen ebenso präzise gesteuert wird,
wie es unter solchen gleichbleibenden Bedingungen möglich ist. Als ein geeigneter
Impulsgeber kommt hier insbesondere ein den Materialdurchsatz bzw. alternativ auch
die Gesamtmasse Jeder dosiert abgegebenen Materialmenge erfassender Sensor in Betracht,
durch dessen Ausgangssignal folglich entweder die Drehzahl des Stufen- bzw. Schrittschaltmotors
4 und damit die Aufrechterhaltung eines konstanten Materialdurchsatzes bei der Materialabgabe
oder das Abstellen dieses Motors nach erfolgter Abgabe einer vorbestimmten Masse
steuerbar ist. Der Stufen- bzw. Schrittschaltmotor 4 wird in diesem Fall also beispielsweise
durch das integrierte Ausgangssignal eines die Masse des Materialdurchsatzes erfassenden
Sensors dann abgestellt, sobald die für eine Abgabe aus dem Bunker 1 der Abgabevorrichtung
gewünschte Materialmenge erreicht ist, wobei das betreffende Steuersignal für den
Motor alternativ von einer Totgewicht-Meßskala bereitgestellt werden kann, die dem
Behältnis zugeordnet ist, in welches die Materialabgabe vorgenommen wird. Im anderen
Fall kann zur Drehzahlsteuerung des Stufen- bzw. Schrittschaltmotors beispielsweise
eine MeB-und Dosiervorrichtung der Ausbildung herangezogen werden, wie sie in der
älteren Anmeldung gemäß der DE-OS 24 25 732 gezeigt ist und in bezug auf welche
dabei dann die Abgabevorrichtung anstelle der dort vorgesehenen Zubringeinrichtung
angeordnet wäre.
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Sofern die Drehzahlsteuerung des Stufen- bzw. Schrittschaltiotors
4 in Abhängigkeit von einem Sensor zur Erfassen der Gegamtmasse Jeder dosiert abgegebenen
Materialmenge erfolgt, ul damit
die Materialmengen aller aufeinanderfolgend
aus dem Bunker 1 abgegebenen Dosen konstant zu halten, ist es dabei von besonderem
Vorteil, die in dem Schaubild gemäß Fig.2 gezeigte Kennlinie für diese Drehzahlsteuerung
zu verfolgen. Gemäß diesem Schaubild sollte also für eine Abgabe der Materialien
aus dem Bunker 1 in gleichbleibenden Dosen der Stufen- bzw.
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Schrittschaltmotor 4 zunächst auf eine erste Drehzahlhöhe r1 beschleunigt
werden und auf dieser Drehzahlhöhe dann einschließlich dieser Beschleunigung über
eine erste Zeitspanne t1 ausgesteuert bleiben, deren Länge sowie auch die Höhe dieses
ersten Drehzahlbereichs r1 so festgelegt sind, daß dann die Hauptmenge der gewünschten
Dosis aus dem Bunker 1 abgegeben ist. Der Motor sollte dann für die Abgabe der Restmenge
der gewünschten Dosis auf eine zweite Drehzahlhöhe r2 verlangsamt und auf dieser
geringeren Drehzahlhöhe zunächst über eine zweite Zeitspanne ausgesteuert bleiben,
um schließlich beim Erreichen der Zeit t2 für eine Unterbrechung des Antriebs der
Förderschnecke 2 abgestellt zu werden. Dabei gilt der Zeitpunkt t2 so gelegt, daß
dann die volle Dosis der aus dem Bunker 1 abgegebenen Materialmenge erreicht ist,
wobei in dieses Erreichen auch die weitere Erniedrigung der Drehzahl von der Drehzahlhöhe
r2 auf den beim Abstellen des Motors erhaltenen Stillstand der Motorwelle einbezogen
ist. Mit einer solchen unterschiedlichen Drehzahlsteuerung ist es folglich möglich,
auch ziemlich hohe Materialdurchsätze für eine ziemlich genaue Dosierung der Materialabgaben
zu beherrschen, weil während der Aufrechterhaltung des höheren Drehzahlbereichs
die Hauptmenge entsprechend schnell abgegeben wird, dagegen im niedrigeren Drehzahlbereich
nur noch die Abgabe einer Restmenge erfolgt, deren Genauigkeit dabei umso größer
ist, Je niedriger dieser niedrigere Drehzahlbereich angesetzt wird, denn bei einem
solchen niedrigeren Drehzahlbereich kann für die Verhältnisse eines zur Erfassung
des Materialflusses angeordneten Sensors mit einer entsprechend kürzeren Ansprechzeit
desselben gerechnet werden, so daß dann auch die Materialmenge praktisch unbeachtlich
klein wird, die nach dem folgenden Abstellen des Motors dann estl. noch durch die
Förderschnecke 2 abgegeben wird,
sollte die Förderschnecke nicht
entsprechend augenblicklich zur Ruhe kommen.
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Diese zweistufige Drehzahlsteuerung des Stufen- bzw. Schrittschaltmotors
4 kann auch dahin abgewandelt werden, daß die Zeitspanne t1, über welche die größere
Drehzahlhöhe r1 für die Abgabe einer Hauptmenge der gewünschten Dosis konstant ausgesteuert
bleibt, mittels eines Zeit- oder Drehzahlmessers auf Grund eines errechneten Durchschnittswertes
eingestellt wird, während die folgende Zeitspanne bis zum Erreichen der Zeit t2,
über welche mithin auch hierbei eine verbleibende Restmenge der gewünschten Dosis
aus dem Bunker 1 der Abgabevorrichtung abgegeben wird, auch hier unter Verwendung
eines die Gesamtmasse jeder dosiert abgegebenen Materialmenge erfassenden Sensors
gesteuert wird.
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Gemäß dieser alternativen Steuerung des Stufen- bzw. Schrittschaltmotors
4 wird folglich für die Abgabe der Hauptmenge der gewünschten Dosis eine Art volumetrische
Messung vorgenommen, die im Umfang der dann noch aus dem Bunker 1 der Abgabevorrichtung
abzugebenden Restmenge mit einer Gewichtsmessung überlagert wird. Im anderen Fall
sind indessen beide Stufen der Drehzahlsteuerung des Stufen- bzw. Schrittschaltmotors
4 als eine Gewichtsmessung anzusprechen.
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Sofern die vorerwähnte volumetrische Messung für die Abgabe einer
Hauptmenge der gewünschten Dosis verwirklicht wird, kann auch daran gedacht sein,
die Abgabevorrichtung mit einer weiteren Fördereinrichtung auszurüsten und diese
weitere Fördereinrichtung dann über die maßgebliche Zeitspanne t1 durch einen eintourigen
Hilfsmotor, insbesondere einen Synchronmotor, anzutreiben, so daß die durch den
Stufen- bzw~ Schrittschaltmotor angetriebene Fördereinrichtung folglich erst nach
Erreichen der Zeit t1 in Betrieb genommen wird.
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Anstelle eines den Materialdurchsatz messenden Sensors zur Drehzahlsteuerung
des Stufen- bzw. Schrittschaltmotors 4 kann auch ein das Gewicht Jeder dosiert abgegebenen
Materialmenge erfassender Sensor eingesetzt werden, wobei diesbezüglich insbesondere
eine Wiegemeßskala oder eine Lastzelle in Betracht kommen, die
dem
Behältnis zugeordnet sind, in welches die dosierte Materialabgabe vorgenommen wird.
Mit dieser Gewichtsmessung wird folglich ein Steuersignal für den Stufen- bzw. Schrittschaltmotor
4 erhalten, durch das der Motor dann für eine Unterbrechung des Antriebs der Fördereinrichtung
abgestellt wird, sobald das mit der abgegebenen Materialmenge gefüllte Behältnis
sein gewünschtes Gewicht erreicht hat. In diesem Fall ist es folglich möglich, den
Stufen- bzw. Schrittschaltmotor 4 für Jeden Füllvorgang eines Behältnisses bis zum
Zeitpunkt seines Abstellens mit einer gleichbleibenden Drehzahl laufen zu lassen,
die alternativ während der letzten Phase des Füllvorganges eine Verlangsamung erfahren
kann, indem dann dem Stufen- bzw. Schrittschaltmotor ein entsprechendes Steuersignal
zugeleitet wird, das nach Abschluß des Füllvorganges durch ein weiteres, dann das
Abstellen des Motors steuerndes Steuersignal ersetzt wird. Bei einer Verfolgung
dieser Steuerung kann dann ebenfalls eine genauere Einhaltung der Dosen erwartet
werden, die aus dem Bunker 1 der Abgabevorrichtung aufeinanderfolgend abgegeben
werden. Es ist hierbei dann gleichzeitig möglich, das Steuersignal, über welches
die Verlangsamung der Drehzahl des Stufen- bzw. Schrittschaltmotors gesteuert wird,
entweder durch denselben Sensor zur Verfügung zu stellen, der für die gesamte Gewichtsmessung
der dosiert abgegebenen Materialmenge eingesetzt ist, oder es ist alternativ möglich,
dieses Steuersignal auch durch einen Zeit- oder Drehzahlmesser anzuliefern.
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