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Vorrichtung zum gravimetrischen Dosieren von schüttfähigen
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Stoffen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum kontinuierlichen
gravimetrischen Dosieren von schüttfähigen Stoffen, wobei ein zu dosierender Stoffstrom
über ein Wägeelement geführt ist.
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Als Vorrichtungen zur gravimetrischen Dosierung von schüttfähigen
Stoffen sind Dosierbandwaagen bekannt.
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Hauptsächliches Einsatzgebiet sind Mischanlagen aller Art, zum Beispiel
Rohmehlmischungsanlagen in der Zementindustrie, bei welchen ein aus mehreren Komponenten
bestehendes Stoffgemenge hergestellt wird, dessen Komponenten quantitativ zueinander
in einem festen Verhältnis stehen sollen. Dies setzt ausgehend von einer kontinuierlich
erfolgenden, auf eine Zeiteinheit bezogenen Messung geförderter Massen eine Möglichkeit
zur Beeinflussung des sich über die jeweilige Bandwaage bewegenden Dosiergutstromes
voraus.
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Die meßtechnische Erfassung eines Gutstromes erfolgt hierbei ausgehend
von einem Meßwert für eine längenspezifische Bandbelastung, der, mit einem der Bandgeschwindigkeit
proportionalen Wert multipliziert einen Meßwert für die pro Zeiteinheit geförderte
Menge, beispielsweise in t/h ergibt. Zur Dosierung, das heißt zur quantitativen
Beeinflussung der Fördermenge wird entweder bei konstant gehaltener Bandbelastung
die Bandgeschwindigkeit oder bei konstanter Bandgeschwindigkeit die Bandbelastung
verändert. Nach derartigen Funktionsprinzipien arbeitende Dosierbandwaagen, bei
welchen durch entsprechende Rechenschaltungen aus den Meßwerten für die Bandgeschwindigkeit
und die Bandbelastung ein Meßwert für die Fördermenge gebildet wird, sind beispielsweise
aus der DE-AS 1 030 051 bekannt.
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Nachteilig bei diesen Dosierbandwaagen ist jedoch, daß stets besondere
Maßnahmen zur Verringerung beziehungsweise Eliminierung des Einflusses der Bandspannung
auf die Meßgenauigkeit getroffen werden müssen. Da einerseits der Durchhang des
Bandes von dessen Belastung abhängt, andererseits eine Eichung stets nur für einen
bestimmten Lastzustand erfolgt, resultiert hieraus die Forderung, daß Belastungsschwankungen
stets nur sehr kleine Änderungen des Durchhanges zur Folge haben dürfen. Bei der
in der DE-AS 1 030 051 beschriebenen Dosierbandwaage wird ein Bandspannungseinfluß
dadurch eliminiert, daß ein mit einer
der Ermittlung der Bandlast
dienenden Wägebrücke zusammenwirkendes Hebelsystem bei schwankenden Belastungszuständen
über ein motorisch verfahrbares Laufgewicht stets in einer Gleichgewichtslage gehalten
wird, so daß der Durchhang des Bandes im Bereich der Wägebrücke konstant gehalten
wird und aus der Position des Laufgewichtes die Bandbelastung ermittelt wird. Diese
bekannte Dosiervorrichtung ist neben einem verhältnismäßig trägen Meßvorgang zusätzlich
mit dem Nachteil eines hohen Aufwandes an Meß--und Steuergeräten behaftet.
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Bekannt ist es aus dieser Druckschrift ferner, ein Förderband oder
eine Förderschnecke auf einen Wägerahmen zu setzen, der magnetisch in einer Gleichgewichtslage
gehalten wird. Apparativ hiermit vergleichbare Wägesysteme sind auch aus der Literaturstelle
Hätte, Taschenbuch für Betriebsingenieure, Band III, 1965, Verlag Wilhelm Ernst
und Sohn, Berlin, München" bekannt (Seiten 237 bis 248).
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Hierbei wird einer statisch arbeitenden Waage anstelle eines Wägegefäßes
ein Stetigförderelement, das heißt ein Transportelement mit endlicher Materialbelegung
und keiner Relativbewegung zwischen Schüttgutstrom und tragendem Element zugeordnet.
Nachteilig sind derartige Förderbänder jedoch bei sehr feinkörnigem Fördergut, da
besondere Maßnahmen zur Verringerung einer Staubentwicklung getroffen werden müssen.
Auch die Verwendung von
Förderschnecken ist bei der Dosierung von
feinkörnigen Stoffen nachteilig, da im Spalt zwischen den sich bewegenden Wendeln
und dem ruhenden Gehäuse unkontrollierte Bewegungsvorgänge der Stoffpartikel ablaufen,
so daß die Meßgenauigkeit, insbesondere bei der Ermittlung der Fördergeschwindigkeit
verringert wird. Dieser Effekt ist um so gravierender, je feinkörniger das Gut im
Verhältnis zur Spaltweit bzw. je fließfähiger das Gut ist.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum kontinuierlichen
gravimetrischen Dosieren von schüttfähigen, feinkörnigen, insbesondere staubförmigen
Stoffen zu schaffen, die sich gegenüber den bekannten Dosierbandwaagen und Dosierschnecken
durch Einfachheit und hohe Meßgenauigkeit auszeichnet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß das Wägeelement eine drehbar gelagerte Trommel ist, die mit
einer Kraftmeßeinrichtung in Verbindung steht und mit einem drehzahlregelbaren Antrieb
ausgerüstet ist. Es wird somit die durch die Trommel aufgrund des durch sie geförderten
Schüttgutstromes auf eine Kraftmeßeinrichtung ausgeübte Gewichtskraft ermittelt,
so-daß Meßfehler, die von einer belastungsabhängigen Verformung eines Förderelementes
wie zum Beispiel des Bandes eines Dosierbandwaage ausgehen, eliminiert werden. Gleichzeitig
gewährleistet der drehzahlregelbare Antrieb der Trommel unterschiedliche
Durchlaufgeschwindigkeiten
des Dosiergutes durch die Trommel, so daß die bei Dosierbandwaagen bekannten Regelungskonzepte
beispielsweise zur Konstanthaltung des Schüttgutstromes, nämlich Variierbarkeit
der Fördergeschwindigkeit in Abhängigkeit von der jeweiligen Bandbelastung oder
umgekehrt auch hier anwendbar sind. Von besonderem Vorteil aufgrund der geschlossenen
Bauweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es, daß insbesondere sehr feinkörnige
bis staubförmige Schüttgüter dosiert werden können, so daß Aufwendungen zur Verminderung
einer Staubentwicklung deutlich reduziert werden können. Die Erfindung ist auf diese
Weise beispielsweise anwendbar bei der gravimetrischen Dosierung von Kohlenstaub.
Ein im Auftreffbereich des Dosiergutstromes in die Trommel auf diese ausgeübter
Impuls stellt meßtechnisch kein Problem dar, da aufgrund der Linearität zwischen
dem sich auf diese Weise ergebenden Meßfehler und der Fördermenge bei der rechnerischen
Auswertung der Meßwerte für die Fördergeschwindigkeit und die Belastung ein der
Fördermenge proportionaler Kompensationsfaktor eichtechnisch berücksichtigt werden
kann.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Trommel mit Wendeln zur
Förderung des Dosiergutes versehen. Die Wendeln stellen ein Mittel zur Gewährleistung
einer Zwangsführung des Schüttgutstromes dar, da die Fördergeschwindigekeit
unmittelbar
von der Steigung der Wendeln und der Drehzahl der Trommel abhängig ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Trommel doppelwandig
ausgestaltet, wobei der Innenmantel der Wandung gasdurchlässig ist. Durch ein Eindüsen
von Luft oder eines anderen, vorzugsweise eines inerten Gases wird eine schmierfilmartige
Trennschicht zwischen der Trommel und dem Dosiergut geschaffen, so daß weitestgehend
verhindert wird, daß dieses aufgrund von durch die Trommel auf dieses ausgeübten
Reibungskräften über einen bestimmten Winkel des Umfanges mitgenommen wird und anschließend
eine kataraktartige Abwälzbewegung in der Trommel ausführt, woraus dynamische Zusatzkräfte
resultieren, die das Meßergebnis verfälschen würden. Diese Reibungskräfte würden
außerdem die Höchstdrehzahl der Trommel beschränken, da sich oberhalb einer kritischen
Drehzahl anstelle der geschilderten Abwälzbewegung ein rotierender Dosiergutring
ausbilden würde, der für die Durchführung des Dosiervorganges ungeeignet ist. Durch
die Gaseinführung wird auf diese Weise eine Durchsatzsteigerung bei gleicher Baugröße
bzw. eine Verringerung der Baugröße bei einem bestimmten Höchstdurchsatz ermöglicht.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden,
zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel.
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Mit 1 iSt die horizontal und drehbar gelagerte Trommel einer Dosierwendelwaage
2 bezeichnet, die stirnseitig an einer Hohlwelle 3 befestigt ist, welche in die
Trommel hineinragt. Die Lagerung der Trommel 1 erfolgt einseitig über die Hohlwelle
3, welche einen drehzahlregelbaren Antrieb 4 trägt in einer nicht dargestellten
Lagereinheit, welche durch einen vertikal verlaufenden T-Träger 5 gehalten wird.
Das Gehäuse des drehzahlregelbaren Antriebes 4 ist mit dem Träger 5 fest verbunden,
so daß die Trommel 1 mittels des Antriebes 4 in genau einstellbare Umdrehungsgeschwindigkeiten
versetzt werden kann.
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Der Träger 5 ist mittels zweier, vertikal mit Abstand voneinander
angeordneter Lenker 6 von gleicher Länge exakt parallel zu einer auf einem ortsfesten
Grundrahmen 7 angebrachten Halterung 8 vertikal verschiebbar gelagert.
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Die Halterung 8 besteht aus zwei U-Trägern, von denen in der Zeichnung
allerdings nur einer erkennbar ist, die mit Bohrungen 9, 10 versehen sind, durch
welche die Drehpunkte der Lenker 6 definiert werden. Die Ziffern 11, 12 bezeichnen
die Lagerungspunkte der Lenker 6 bezüglich des Trägers 5.
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Der obere Lenker 6' verdeckt in der Zeichnung teilweise eine, an dem
Träger 5 befestigte Konsole 6" , welche auf einer Kraftmeßeinrichtung 13 abgestützt
ist, von der eine
Meßleitung 14 abzweigt. Als Kraftmeßeinrichtung
kann jedes, beliebige, beispielsweise induktive, kapazitive, magnetostriktive bzw.
nach der Dehnmeßstreifentechnik arbeitende, handelsübliche Gerät eingesetzt werden.
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Der drehzahlregelbare Antrieb 4, der beispielsweise als Gleichstrom
- oder frequenzgeregelter Wechselstromantrieb ausgestaltet sein kann, ist zweckmäßigerweise
mit einer Drehzahlmeßeinrichtung ausgerüstet, zum Beispiel mit einem Tachogenerator,
so daß die Leitungsgruppe 15 sowohl Meßleitungen für die Erfassung der-Trommeldrehzahl
als auch Steuerleitungen zur Einstellung einer bestimmten Drehzahl umfaßt.
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Die Leitungsgruppe 15 sowie die Meßleitung 14 führen zu einer Meßwertverarbeitungs-
bzw. Regelvorrichtung, die jedoch zeichnerisch nicht dargestellt ist.
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Die Hohlwelle 3 steht mit einer zeichnerisch ebenfalls nicht dargestellten
Gasversorgungseinrichtung, zum Beispiel mit Luft, vorzugsweise jedoch mit einem
inerten Gas in Verbindung. Dieses Gas tritt über die Hohlwelle 3 gemäß den Pfeilen
16 durch wenigstens ein radial von dieser abzweigendes Rohr 17 in den Zwischenraum
18 ein-, der durch den äußeren Mantel 19 der doppelwandigen Trommel 1 gebildet wird.
Der innere Mantel 19 besteht aus einem
gasdurchlässigen Material,
z.B. Sintermetall, Porenbeton, oder dergleichen, welches dem Gas einen so großen
Durchtrittswiderstand entgegensetzt, daß es trotz der sich durch die im unteren
Bereich des Mantels über dessen Innenfläche bewegenden Dosiergutschicht ergebenden
Drosselung bei einem entsprechenden Überdruck ein Gasaustritt über den gesamten
Umfang des Mantel 19 stattfindet.
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An der Innenseite des Mantels 19 und/oder an der Hohlwelle 3 befestigt
befinden sich Wendeln 20, durch deren Steigung bei gegebener Drehzahl des Antriebes
4 die Fördergeschwindigkeit der Dosierbandwaage 2 festgelegt ist.
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Das beispielsweise einem vorgeschalteten Bunker entnommene, zu dosierende
Gut gelangt gemäß Pfeil 21 über einen Aufgabetrichter 22 und eine Förderschnecke
23 durch eine stirnseitige Öffnung 24 in die Dosierwendelwaage 2, unterliegt innerhalb
dieser der Förderwirkung der Wendeln 20 und verläßt diese über ein Austragsgehäuse
25, von welchem es über eine Aufnahmeleitung 26 gemäß Pfeil 27 der weiteren bestimmungsgemäßen
Verwendung zugeführt wird.
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Das über den Zwischenraum 18 eingeführte Gas hat insbesondere bei
staubförmigem Dosiergut den Zweck, Reibungskräfte zwischen dem Dosiergut und dem
Mantel 19
soweit wie möglich zu eliminieren. Das Gas bildet eine
schmierfilmartige Trennschicht zwischen dem Mantel 19 und dem Dosiergut und trägt
zu einem gleichmäßigen Materialfluß bei.
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Der Mantel 19 ist vorzugsweise exakt waagerecht gehalten, da sich
in diesem Fall eine eindeutige und reproduzierbare Länge der Meßstrecke ergibt,
die der längenspezifischen Gewichtsermittlung mittels der Kraftmeßeinrichtung 13
zugrunde gelegt wird. Gleichzeitig wird bei waagerechter Lagerung die Eindeutigkeit
des Zusammenhangs von Drehzahl und Fördergeschwindigkeit des Dosiergutes, welche
sich aus der Steigung der Wendeln ergibt, optimal gestaltet. Aus diesen beiden Meßgrößen,
nämlich einer auf eine bestimmte konstante Länge bezogenen Gewichtskraftmessung
und der Fördergeschwindigkeit wird nach bekannten analogen oder digitalen Verfahren
ein Meßwert für den Durchsatz, beispielsweise in t/h gebildet. Die Auswertung dieser
Meßgrößen im Zusammenwirken mit Bunkerabiugsorganen kann sowohl zur Realisierung
eines konstanten Dosiergutstromes als auch der Einstellung wechselnder Gutströme
dienen.
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Die Trommel 1 kann bei Förderung explosionsgefährlicher Stäube mit
den üblichen Schutzeinrichtungen versehen sein, so zum Beispiel durch einen stationär
angeordneten Behälter gekapselt sein, der mit Druckentlastungseinrichtungen ausgerüstet
ist.
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Es sind naturgemäß Abwandlungen dieses beschriebenen Ausführungsprinzips
denkbar. So kann die Trommel 1 anstelle einseitig über die Hohlwelle 3 auch über
zwei außenliegende Drehkränze gelagert werden. Ferner kann anstelle der beschriebenen
Parallellenker 6 auch jede andere Art eines statischen Wägesystems, zum Beispiel
eine Plattformwaage, Verwendung finden.
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