DE2948948A1

DE2948948A1 - Vorrichtung zur messung der kohaesionskraft teilchenfoermigen materials

Info

Publication number: DE2948948A1
Application number: DE19792948948
Authority: DE
Inventors: Kenji Fujii; Tohei Yokoyama
Original assignee: Hosokawa Micron Corp
Current assignee: Hosokawa Micron Corp
Priority date: 1979-08-09
Filing date: 1979-12-05
Publication date: 1981-02-19
Also published as: CH643358A5; DE2948948C2; GB2060178A; JPS5626241A; JPS6216369B2; GB2060178B; US4279165A; CA1116432A

Description

Λ-

Vorrichtung zur Messung der Kohäsionskraft teilchenförmigen Materials

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Kohäsionskraft teilchenförmigen Materials.

Es sind bereits verschiedene Vorrichtungen zur Messung der Kohäsionskraft teilchenförmigen Materials bekannt. Sie umfassen eine Vorrichtung, die einen mit einem Boden versehenen Behälter besitzt, der aus einem festen Behältersegment und einem verschiebbaren Behältersegment gebildet ist, die voneinander trennbar sind, zur Aufnahme des in den Behälter einbringbaren kompaktierten Materials. Dabei ist eine schwenkbare oder flexible Halterung zumindest für das verschiebbare Behältersegment der beiden Behältersegmente vorgesehen. Eine Antriebsanordnung vermag das verschiebbare Behältersegment in einer Richtung zu verschieben, die im wesentlichen senkrecht zur Trennebene des Behälters liegt, zur Unterteilung des teilchenförmigen Materials innerhalb des Behälters in zwei Teile. Eine Detektoreinheit zur Bestimmung der äußeren Kraft, die durch die Antriebseinheit auf das verschiebbare Behältersegment übertragen wird, ist ebenso vorgesehen wie eine Rechner- und Anzeigeeinheit zur Bestimmung und Anzeige der Kohäsionskraft des teilchenförmigen Materials innerhalb des Behälters, aufbauend auf der Bestimmung des Wertes,der durch die Bestimmungseinheit für die äußere Kraft zur Verfügung gestellt wird. Bei dieser Vorrichtung werden die Behältersegmente voneinander weggezogen mittels einer Antriebsanordnung, während der mit einem Boden versehene Behälter mit einer Probe des teilchenförmigen Materials in einer kompaktierten Weise gefüllt ist. Zu diesem Zeitpunkt wird die Zugfestigkeit des teilchenförmigen Materials

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durch die Einheit zur Bestimmung der äußeren Kraft gemessen. Die Kohäsionskraft des Materials wird basierend auf dieser Messung berechnet und angezeigt. Die Erfindung befaßt sich mit Verbesserungen der Vorrichtungen dieser Art.

Die Vorrichtung zur Messung der Kohäsionskraft des teilchenförmigen Materials mit dem oben beschriebenen Aufbau hat bereits den Meßfehler verringert, der auf der Veränderung des Bewegungswiderstandes auf das bewegbare Behältersegment beruht, indem die Haltevorrichtung für das bewegbare Behältersegment verbessert wurde. Dabei hat man die herkömmliche Kugellagerung durch eine Aufhängung ersetzt. Diese bekannte Vorrichtung ist jedoch nicht in der Lage, eine Messung mit hoher Präzision durchzuführen, da die äußere Kraft ermittelt wird, die durch die Antriebseinrichtung auf das bewegbare Behältersegment übertragen wird, wobei schlicht diese äußere Kraft als Kohäsionskraft des teilchenförmigen Materials angesehen wird.

Wenn das aufgehängte, bewegbare Behältersegment durch eine Schwingung oder Auslenkung der Halterung bewegt wird, entspricht die äußere Kraft, die durch die Antriebseinrichtung auf das bewegbare Behältersegment übertragen wird, der Summe der wahren Kohäsionskraft des teilchenförmigen Materials und der Rückstellkraft auf das bewegbare Behältersegment und das Stützelement, oder dieser Summe plus der elastischen Rückstellkraft des Halteelementes. Da die bekannten Vorrichtung die Schwerkraft wie auch die elastische Rückstellkraft nicht berücktsichtigen, besitzen sie die Nachteile der Erzeugung großer Meßfehler.

In Kenntnis dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, unter Beseitigung der zuvor beschriebenen Nachteile die Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß diese Meßfehler vermieden werden. Gelöst wird diese Aufgabe nach der Erfindung durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale. Hinsichtlich bevorzugter Ausführungsformen wird auf die Unteransprüche ver-

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wiesen. Dabei ist gemäß der Erfindung eine Rechner- und Anzeigeeinrichtung vorgesehen mit einer Einheit zur Bestimmung der Verschiebungsstrecke des verschiebbaren Behältersegmentes von der ursprünglichen Ruheposition, eine Einheit zur Berechnung der Rückstellkraft des bewegbaren Behältersegmentes und der Halterung, basierend auf dem Wert, der durch die Verschiebungsbestimmungseinheit ermittelt ist, sowie eine Einheit zur Berechnung der Kohäsionskraft des teilchenförmigen Materials durch die Subtraktion des Wertes, der durch die Ruckstellkraftrechnereinheit von dem Wert bestimmt worden ist, der durch die Einheit zur Ermittlung der äußeren Kraft bestimmt ist.

Die beschriebene Vorrichtung ist in der Lage, selbsttätig die Rückstellkräfte des bewegbaren Behältersegmentes und der Halterung zu bestimmen durch die Einheit zur Ermittlung der Verschiebungsstrecke und der Einheit zur Berechnung der Rückstellkraft, wobei die so bestimmten Rückstellkräfte eine Basis bilden, auf welcher der Wert, der durch die Einheit zur Ermittlung der äußeren Kraft bestimmt ist, selbsttätig korrigiert wird. Dementsprechend vermag die Vorrichtung gemäß der Erfindung die Kohäsionskraft mit einem hohen Präzisionsgrad leicht und verläßlich zu messen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlich. Dabei zeigt bzw. zeigen im einzelnen:

Fig. 1 eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Messung der Kohäsionskraft teilchenförmigen Materials,

Fig. 2 eine Darstellung der Vorrichtung entsprechend der Linie II-II der Fig. 1,

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Figuren 3a

und 3b vertikale Teilschnitte im Laufe

der Probeneinfüllung,

Figuren

4 bis 6 vertikale Teilschnitte weiterer

Ausführungsformen und

Fig. 7 die Draufsicht auf die in Flg. 6 dargestellte Ausführungsform.

Die Darstellung gemäß den Fig. 1 und 2 zeigt die Vorrichtung mit einem Stützrahmen 2, der über Positionseinstellschrauben 1 an seinen vier Ecken auf einem Fundament 3 ruht, das mit aufrecht stehenden Positionierungsstiften 4 versehen ist, die in den Stützrahmen 2 eingreifen. Ein mit einem Boden versehener Behälter 5 zur Aufnahme einer Probe teilchenförmigen Materials S, das in einer kompakten Weise hierein einfüllbar ist, umfaßt ein festes Behältersegment 5a, das an dem Rahmen 2 befestigt ist, sowie ein bewegbares Behältersegment 5b. Vordere und rückwärtige Blattfedern 7a und 7b hängen jeweils von einem Paar torförmiger Rahmenteile 6a und 6b herab, die sich von dem Stützrahmen 2 nach oben erstrecken. Das bewegbare Behältersegment 5b ist an einer bewegbaren Halterung 8 befestigt, die an den unteren Enden der Blattfedern 7a und 7b gehalten ist. Eine untere Platte 10, die gleitend über eine Führung 9 auf dem Fundament 3 gehalten ist, besitzt an ihren vier Ecken Pfosten 11, über welche eine obere Platte 12 an der unteren Platte 10 gehalten ist. Vier Zugspiralfedern 13 erstrecken sich zwischen den Platten 10 und 12 und sind hieran befestigt, wobei sie eine Detektoreinheit 14 tragend halten. Die Einheit 14 bedient sich eines Dehnungsmeßgerätes.

Ein Draht 16, der von einer elektrischen Winde 15 abrollbar ist, die auf dem Fundament 3 gehalten ist, besitzt an seinem Führungsende einen Haken 17, der in ein Ende der Detektor-

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einheit 14 eingreift. Das andere Ende der Einheit ist über einen Haken 18 mit der bewegbaren Halterung 8 verbunden, so daß die untere Platte IO und die hierauf befindliche Detektoreinheit 14 mittels der Winde 15 bewegbar ist, wobei die bewegbare Halterung 8 verschoben wird unter gleichzeitiger Auslenkung der Blattfedern 7a und 7b. Dementsprechend ist das bewegbare Behältersegment 5b von dem festen Behältersegment 5a in einer horizontalen Richtung im wesentlichen senkrecht zur Trennungsebene des Behälters 5 wegführbar.

Die Winde 15 umfaßt eine Rolle 15a sowie einen Hebel 15b zur Halterung der Rolle 15a. Der Hebel ist um die Achse P schwenkbar. Bei einem Schwenken des Hebels 15b wird die Rolle 15a in oder außer Kontakt mit einem Antriebsrad 15c gebracht. Wenn das Rad 15a in Kontakt mit dem Rad 15c steht, erzeugt die Spannung des Drahtes 16 einen erhöhten Anpreßdruck zwischen den Rädern 15a und 15c, wodurch die Reibkraftübertragung von dem Rad 15c auf das Rad 15a sichergas teilt wird.

Die bewegbare Halterung 8 kann gesperrt werden durch das Zusammenwirken der Anschläge 31a, 31b und der Halterung 32, um den Zusammenhalt des mit dem Boden versehenen Behälters 5 sicherzustellen.

Eine elektromagnetische Spule 19a ist auf dem Stützrahmen gehalten, während ein verschiebbarer Eisenkern 19b mit der verschiebbaren Halterung 8 in Verbindung steht, wodurch ein Differentialwandler 19 gebildet wird. Die Detektoreinheit 14 und der Differentialwandler 19 sind an eine Rechner/Anzeigeeinheit 23 angeordnet, einschließlich einer Rechnereinheit 20 zur Bestimmung der Rückstellkraft, einer Rechnereinheit 21 zur Bestimmung der Kohäsionskraft sowie einer Anzeigeeinrichtung 22.

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• J-

Basierend auf der Information von dem Differentialwandler 19 ist die Einheit 20 zur Berechnung der Rückstellkraft in der Lage, die Summe der durch die Erdschwere bewirkten Rückstellkraft, die sich aus der Verschiebung der bewegbaren Halterung 8 und dem bewegbaren Behältersegment 5b von der ursprünglichen Ruheposition ergibt, und der elastischen Rückstellkraft der Blattfedern 7a und 7b aufgrund ihrer Auslenkung zu berechnen. Basierend auf der Information von der Detektoreinheit 14 und der Einheit 20 zur Berechnung der Rückstellkraft bestimmt die Einheit 21 zur Berechnung der Kohäsionskraft die Kohäsionskraft der Probe S innerhalb des Behälters 5, indem die Summe der Rückstellkräfte von der äußeren Kraft subtrahiert wird, die auf die Probe S zur Teilung der Probe S übertragen wird.

Durch ein Meßgerät, ein Aufzeichnungsgerät oder eine andere Einrichtung gibt die Anzeigeeinrichtung 22 die ermittelte Kohäsionskraft an, basierend auf der Information von der Einheit 21 zur Berechnung der Kohäsionskraft und die Verschiebungsstrecke des bewegbaren Behältersegmentes 5, basierend auf der Information von dem Differentialwandler

Um den Behälter 5 kompakt mit der Probe S zu füllen, ist ein Zylinder 24 vorgesehen, der um die Segmente 5a und 5b paßt, wenn diese zur Bildung des Behälters 5 miteinander in Eingriff stehen, wie dies die Fig. 3a zeigt, während ein Gewicht 25 in den Zylinder 24 hineinpaßt, um die ftobe S zusammenzudrücken, wie dies die Fig. 3b zeigt.

Die Vorrichtung wird in der folgenden Weise betrieben. Wie die Fig. 3a und 3b zeigen, wird eine Probe S in die Behältersegmente 5a und 5b in einem kompakten Zustand eingebracht durch den Einsatz des Zylinders 24 sowie des Gewichtes 25. Der Zylinder 24 und das Gewicht 25 werden anschließend von dem Behälter 5 entfernt. In Abhängigkeit von

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der Art der Probe S oder den Meßbedingungen kann der Teil der Probe S oberhalb des oberen Endes des Behälters 5 abgeschabt werden, um den ProbenfüllVorgang zu vervollständigen. Die Winde 15 übt dann eine äußere Kraft auf das bewegbare Behältersegment 5b aus. Die äußere Kraft wird über den Draht 16, den Haken 17, die Detektoreinheit 14 sowie den Haken 18 auf die bewegbare Halterung 8 übertragen. Diese Kraft zieht das bewegbare Behältersegment 5b von dem festen Behältersegment 5a weg und teilt die Probe S innerhalb des mit dem Boden versehenen Behälters 5 in einer Trennungsebene. Dementsprechend wird die Masse der Probe S in zwei Teile gebrochen. Zu dieser Zeit bestimmt basierend auf der Information von dem Differentialwandler 19 die Einheit 20 zur Berechnung der Rückstellkraft die Summe der durch die Erdschwere verursachte Rückstellkraft aufgrund der Verschiebung der bewegbaren Halterung 8 und des bewegbaren Behältersegmentes 5b und der elastischen Rückstellkraft der Blattfedern 7a und 7b aufgrund ihrer Auslenkung. Auf der anderen Seite bestimmt, basierend auf der Information von der Detektoreinheit 14 und der Einheit 20 zur Berechnung der Rückstellkraft, die Einheit 21 zur Berechnung der Kohäsionskraft die Kohäsionskraft der Probe S in dem Behälter 5, indem die Summe der Rückstellkräfte von der äußeren Kraft subtrahiert wird, die auf die Probe S übertragen wird, um diese zu teilen. Das Ergebnis wird durch die Anzeige 22 angegeben. Da das Behältersegment 5b bewegbar durch die Aufhängung an den Blattfedern 7a und 7b gehalten wird, anstatt eine Abstützung durch Kugellager, kann die Kohäsionskraft mit großer Genauigkeit gemessen werden. Darüber hinaus macht die Verwenung der Einheit 20 zur Berechnung der Rückstellkraft und der Einheit 21 zur Berechnung der Kohäsionskraft es möglich, selbsttätig die Rückstellkraft des Gerätes salb± zu bestimmen, einschließlich der verschiebbaren Halterung 8 und des verschiebbaren Behältersegmentes 5b zur automatischen Korrektur der gemessenen Werte, woraus dementsprechend Messungen mit wesentlich verbesserter Genauigkeit durchgeführt werden können.

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•/Μ·

Wenn die Behältersegmente 5a und 5b sowie das Gewicht 25 : mit Vorsprüngen 26a, 26b bzw. 26c in einer solchen Anordnung versehen sind, daß die Vorsprünge 26a und 26b an den Segmenten 5a und 5b in ihrem zusammengesetzten Zustand dem Vorsprung 26c an dem Gewicht 25 gegenüberliegen, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist, so läßt sich die Probe S wirkungsvoller entlang einer vorbestimmten Ebene teilen. Dies stellt eine Messung mit erhöhter Präzision sicher.

Der bewegbare Behälterteil 5b kann auch hängend durch einen vierseitigen starren Rahmen 27a, 27b,wie die Fig. 5 zeigt, gehalten werden, wobei eine nach unten gerichtete Messerkante 28a am oberen Teil und eine aufwärts gerichtete Messerkante 28b am unteren Teil vorgesehen ist. Die nach unten gerichteten Messerkanten 28a ruhen auf den Pfosten 6a und 6b, wobei die bewegbare Halterung 8 auf den nach oben gerichteten Messerkanten 28b abgestützt ist. Die Anordnung, bei welcher das bewegbare Behältersegment 5b von den starren Rahmen 27a und 27b gehalten ist, dient zur Verminderung der Vertikalbewegung der Behältersegmente 5a und 5b relativ zueinander, auch wenn die Probe S mit einer erhöhten Kraft zusammengepreßt wird. Dies führt zu Messungen mit einer erhöhten Präzision. Die Kombination der bewegbaren Halterung 8 und der Blattfedern 7a und 7b oder der Rahmen 27a und 27b oder andere Anordnungen wird allgemein als Stützeinrichtung 7,8, 27 bezeichnet.

Wie sich weiter aus den Fig. 6 und 7 ergibt, ist eine Halterung 29 für das feste Behältersegment 5a vorgesehen, ähnlich wie die bewegbare Halterung 8, wobei eine'hängende Abstützung durch die Pfosten 6a und 6b gegeben ist, durch Stützfedern 30, die an die Blattfedern 7 der Halterung 8 erinnern, um die Vertikalbewegung der Behältersegmente 5a und 5b relativ zueinander zu eliminieren, auch für den Fall, daß die Probe S mit einer erhöhten Kraft komprimiert wird. Diese Anordnung verhindert wirkungsvoll das Auftreten eines Schadens in der Probe S in bezug auf ihre Festigkeit, wenn

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sie zusammengepreßt wird, wodurch eine weitere, erheblich verbesserte Genauigkeit bei der Messung erzielt wird.

Die Anordnung zur Verschiebung des bewegbaren Behältersegmentes 5b kann auf verschiedene Weise modifiziert werden, wobei hierauf allgemein als Antriebseinrichtung 15 Bezug genommen wird.

Die Einrichtung zur Messung der äußeren Kraft, die auf das bewegbare Behältersegment 5b durch die Antriebseinrichtung 15 aufgeübt wird, wie auch die Einrichtung zur Messung der Verschiebungsstrecke des verschiebbaren Behältersegmentes 5b unterliegt auch möglichen Variationen. Die erstere Einrichtung wird allgemein als Einheit 14 zur Bestimmung der äußeren Kraft und die letztere als Einheit 19 zur Bestimmung der Versendung bezeichnet.

Auch der Aufbau des Anzeigegerätes 23 zur Darstellung der Berechnungsergebnisse unterliegt möglichen Veränderungen.

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Claims

LIEDL, NÖTH, ZEITLER

Patentanwälte 8000 München 22 Steinsdorfstraße 21-22 Telefon 089 / 22 94 41

Kabushiki Kaisha Hosokawa Funtai Kogaku Kenkyusho of 14-ban

2-chome, Ichioka, Minato-ku, Osaka-shi, Osaka-fu,

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Vorrichtung zur Messung der Kohäsionskraft teilchenförmigen Materials

Patentansprüche:

IJ Vorrichtung zur Messung der Kohäsionskraft teilchenförmigen Materials, gekennzeichnet durch

einen mit einem Boden versehenen Behälter (5), der sich aus einem festen Behältersegment (5a) und einem bewegbaren Behältersegment (5b) zusammensetzt, die voneinander trennbar sind, zur Aufnahme des teilchenförmigen Materials (S), das kompaktiert in den Behälter einbringbar ist,

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'■'■ι

eine schwenkbare oder flexible Halterung (7, 8, 27) zumindest für das bewegbare Behältersegment (5b) der beiden Behältersegmente (5a, 5b),

einen Antrieb (15) für die Verschiebung des bewegbar gehaltenen Behältersegmentes (5b) in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zur Trennungsebene des Behälters (5) zur Aufteilung des teilchenförmigen Materials (S) in dem Behälter (5) in zwei Teile,

eine Detektoreinheit (14) zur Bestimmung der durch den Antrieb (15) auf das bewegbare Behältersegment (5b) übertragenen äußeren Kraft, sowie

eine Rechner- und Anzeigeeinheit (23) zur Bestimmung und Anzeige der Kohäsionskraft des teilchenförmigen Materials (S) innerhalb des Behälters (5) beruhend auf dem Bestimmungswert,der durch die Detektoreinheit (14) angegeben ist, wobei

die Rechner- und Anzeigeeinheit (23) die folgenden Elemente umfaßt, nämlich

eine Einheit (19) zur Bestimmung des Verschiebungsabstandes des bewegbaren Behältersegmentes (5b) von der ursprünglichen Ruheposition,

eine Einheit (20) zur Berechnung der Rückstellkraft des bewegbaren Behältersegmentes (5b) sowie der Halterung (8, 7a, 7b, 27a, 27b) beruhend auf dem Wert,der durch die Verschiebungsbestimmungseinheit (19) ermittelt ist, sowie

eine Einheit (21) zur Berechnung der Kohäsionskraft des teilchenförmigen Materials (S) durch die Subtraktion des Wertes, der durch die Ruckstellkraftbestimmungseinheit (20) ermittelt ist, von dem Wert, dei/durch die Bestimmungseinheit (14) für die äußere Kraft ermittelt ist.

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2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Halterung eine verschiebbare Halterung (8) sowie auslenkbare Blattfedern (7a, 7b) umfaßt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Halterung eine verschiebbare Halterung (8) sowie einen vierseitigen starren Rahmen (27a, 27b) umfaßt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das feste Behältersegment (5a) ebenfalls durch eine Abstützung (29) gehalten ist, die der verschiebbaren Halterung (8) ähnlich ist, und von Stützfedern (30), die den Blattfedern (7a, 7b) entsprechen.

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ORIGINAL INSPECTED