DE3321815C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Fühler für schwerfällig fließende Güter mit einem von einem Elektromotor rotierend angetriebenen Rührer, dessen Drehbewegung bei Einwirken vorbestimmter äußerer Gegenkraft durch anstehende, schwer­ fällig fließende Güter unterbunden wird und ein Signal aus­ löst.

Solche Fühler werden eingesetzt bei schlammartigen, sirup­ artigen, teigartigen und/oder anderen zähflüssigen Flüssig­ keiten und bei feinkörnigen oder rieselfähigen, vorzugs­ weise spezifisch leichten Schüttgütern, um das Vorhanden­ sein oder die Füllhöhe anzuzeigen.

Sobald der rotierend angetriebene Rührer tief genug in das Schüttgut beziehungsweise die Flüssigkeit eintaucht, wird die Drehbewegung blockiert und dadurch ein Anzeigesignal ausgelöst.

Bei einem aus der DE-Firmenschrift der Firma H. Maihak AG, Hamburg, Druckschrift 1 588, bekannten Fühler der ein­ gangs genannten Art wird bei Unterbinden der Drehbewegung des Rührers der Antriebsmotor abgeschaltet und der Rührer stillgesetzt.

Die in Frage stehenden Schüttgüter und Flüssigkeiten neigen zum Verkrusten und zur Bildung von Brücken und Ansätzen. Bei stillstehendem Rührer können sich solche Verkrustungen oder Ansätze bilden und im Bereich des Rührers können sich Brücken bilden. Solche Ansätze, Verkrustungen und Brücken­ bildungen am Rührer können zu Fehlfunktionen führen. Wenn ein solcher Fühler dann, wie vorzugsweise der Fall, zum Beispiel als Niveau- oder Grenzwertfühler, eingesetzt wird, um das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines solchen Gutes an der Position des Rührers festzustellen, kann eine Fehlanzeige entstehen und nicht vorhandenes Material anzei­ gen, wenn sich der Rührer zufällig in einem Brückenbereich bei tatsächlich noch vorhandenem Gut befindet. Umgekehrt kann durch Bilden eines klebrigen Ansatzes durch stehenge­ bliebenes Gut der Rührer in seiner Drehbewegung so weit be­ hindert werden, daß er anstehendes Gut meldet, obwohl das Gut - bis auf den verklebten Ansatz - längst abgeflossen ist.

Aus der DE-OS 19 27 285 ist ein Schüttgutbehälter bekannt, an dessen Wand außen ein Vibrator angebracht ist, um Brücken­ bildungen zum Einsturz zu bringen. Brückenbildungen im Be­ reich des Rührers können auf diese Weise, wenn überhaupt, nur bei sehr starken Vibrationen, und Ansätze und Verkrustun­ gen überhaupt nicht vermieden werden.

Wenn durch ruhendes Gut die Drehbewegung des angesetzten Fühlers behindert wird, dann muß der Vibrator, um überhaupt irgendwelche Wirkung zu entfalten, eingeschaltet werden, es sei denn, er ist ständig in Betrieb - beides bedingt Aufwand.

Aufgabe der Erfindung ist es, mit einem Fühler der eingangs genannten Art auf einfache Weise Ablagerungen am Fühler und Brückenbildungen im Bereich des Fühlers zu vermeiden.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß bei unterbun­ dener Drehbewegung des Rührers der Rührer in und gegen die Drehrichtung der Drehbewegung schwingend angetrieben wird.

Während bei dem bekannten Fühler der eingangs genannten Art der in seiner Drehbewegung abgebremste Rührer still­ steht, so daß sich, ungehindert durch den stillstehenden Rührer, Brücken, Verkrustungen und Ansätze im umliegenden Gut bilden können, vollführt der Rührer nach der Erfindung bei unterbundener Drehbewegung schwingende Bewegungen, mit denen er das umliegende Gut in Rüttelbewegung hält, wodurch Brückenbildung, Ansatzbildung und Verkrustungen entgegen­ gewirkt wird.

Die Schwingbewegung bei unterbundener Drehbewegung läßt sich mit sehr geringem Aufwand herbeiführen, indem der Rührer drehsteif mit der Antriebswelle des Antriebsmotors verbunden ist, der Antriebsmotor verdrehungssicher befestigt ist, der Antriebsmotor ein an sich bekannter, selbstanlauf­ fähiger und blockierfähiger Synchronmotor ist und der An­ triebsmotor bei unterbundener Drehbewegung des Rührers ein­ geschaltet bleibt und im Blockierbetrieb schwingend den Rührer antreibt.

Das Drehmoment, das die vorzugsweise 12polige Statorwicklung des Synchronmotors erzeugt, versucht bei unterbundener Dreh­ bewegung ständig, den blockierten Rotor zu drehen. Dadurch vibriert der Rührer ständig in Drehrichtung und führt die angestrebten Schwingungsbewegungen durch, ohne daß dazu irgend etwas am Antriebsmotor umgeschaltet werden muß.

Vorzugsweise ist der Synchronmotor mit einem Keramikmagnet­ läufer ausgestattet. Dadurch wird verhindert, daß der blockierte Synchronmotor sich erwärmt, weil in dem kerami­ schen Dauermagnetrotor Wirbelströme nicht fließen können.

Die Statorwicklung hat vorzugsweise die gleiche Polzahl wie der Dauermagnet, also bei 12poliger Statorwicklung ist auch ein 12poliger Dauermagnetrotor vorgesehen.

Die Anwendungsmöglichkeiten werden verbreitert, wenn das Ende der Welle, an der der Rührer befestigt ist, gegen eine inne­ wohnende Rückstellkraft biegsam ist. Dazu empfiehlt es sich, daß am biegsamen Ende der Welle mindestens ein Abschnitt der Welle durch eine biegsame Spiralfeder, vorzugsweise aus Edel­ stahl, gebildet ist.

Die Drehzahlüberwachung kann elektronisch erfolgen mit einem mit der Antriebswelle des Motors angetriebenen Stromgenerator, der nur bei laufendem Elektromotor, also bei drehendem Rührer, ein Wechselspannungssignal erzeugt, dessen Ausfall dann das anstehende, schwerfällig fließende Gut anzeigt.

Die Drehzahlüberwachung kann auch erfolgen mit einer über eine Rutschkupplung an die Antriebswelle des Antriebsmotors ge­ kuppelten Drehscheibe, die zwischen zwei Winkelstellungen schwenkbar ist und aus ihrer in Drehrichtung hinten gelegenen Winkelstellung gegen die Kraftwirkung einer Rückstellkraft durch das über die Rutschkupplung übertragene Drehmoment in ihre in Drehrichtung vorn gelegene Winkelstellung verschwenkt wird und in ihrer einen Winkelstellung einen Signalschalter betätigt.

Der Signalschalter kann über ein Relais ein Signal auslösen. Wenn die Kontakte des Signalschalters in einem Glasröhrchen versiegelt sind und zur Signalgabe direkt an äußere Anschluß­ klemmen des Gehäuses angeschlossen sind, dann ist eine solche Drehzahlüberwachungseinrichtung explosionsgeschützt und auch in unmittelbarer Nähe explosionsfähiger Flüssigkeiten oder Güter einsetzbar.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Fühler im Querschnitt,

Fig. 2 in der Teilansicht entsprechend dem Pfeil II aus Fig. 1 die mechanischen Teile der Dreh­ zahlüberwachungseinrichtung,

Fig. 3 die elektrische Schaltung für die Drehzahl­ überwachungseinrichtung,

Fig. 4 die Schaltung einer anderen Drehzahlüberwa­ chungseinrichtung,

Fig. 5 bis 13 weitere Ausführungsbeispiele von Rührern, die anstelle des Paddels aus Fig. 1 einge­ setzt werden können, und

Fig. 14 Anwendungsbeispiele des Fühlers.

In der Zeichnung ist mit 1 das obere Teil und mit 2 das unte­ re Teil eines geschlossenen Aluminiumgehäuses 3 bezeichnet, innerhalb dessen verdrehungssicher ein selbstanlauffähiger und blockierfähiger Synchronmotor 4 gelagert ist. Die Ver­ drehungssicherung 6 dient gleichzeitig als Halterung für den Synchronmotor 4 und greift an einer Manschette 5 des Motor­ gehäuses an und verbindet diese verdrehungssicher mit dem unteren Teil 2 des Gehäuses 3.

Auf die Antriebswelle 7 des Motors 4 ist eine Fühlerwelle 8 verdrehungssicher gesteckt, die in zwei Kugellagern 9, 10 ge­ lagert durch einen Aluminiumstopfen 11 herausgeführt ist. Die Durchführung ist durch einen in den Aluminiumstopfen 11 einge­ setzten Dichtring 12 aus Kunststoff gegen von außen eindrin­ gendes Material abgesperrt. Der Aluminiumstopfen 11 weist Außengewinde 13 auf und ist an dem unteren Teil 2 des Gehäu­ ses 3 mit Schrauben 14, 15 verschraubt. Die Schrauben 14, 15 tragen eine Schaltungsplatine 16, die auf einem Distanzring 18 abgestützt ist. Das freie Ende der Fühlerwelle 8, die vor­ zugsweise aus Edelstahl ausgeführt ist, wird durch eine bieg­ same aus Edelstahl bestehende Spiralfeder 17 gebildet, die die Außenkontur der Welle 8 verlängert.

Am freien Ende der Spiralfeder 17 ist ein als Paddel 20 aus­ gebildeter Rührer verschraubt. Das Paddel 20 ist schmal ge­ nug, so daß es durch ein Gewindeloch, in das der Aluminium­ stopfen 11 mit seinem Außengewinde 13 paßt, noch glatt hin­ durchgesteckt werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, den Fühler so zu montieren, daß das Paddel 20 mit der Spiral­ feder 17 in den Füllbereich eines Behälters ragt, indem man in der Behälterwandung ein entsprechendes Gewindeloch vor­ sieht und den Aluminiumstopfen von außen hineinschraubt.

Steht schwerfällig fließendes Gut über die Höhe des Paddels 20 an, dann werden die Drehbewegungen des Paddels durch die­ ses Gut behindert.

Auf der Welle 8 sitzt über ein als Rutschkupplung dienendes Kugellager 30 eine aus Aluminium bestehende Drehscheibe 31 - vergleiche auch Fig. 2. Auf der Drehscheibe 31 ist ein Per­ manentmagnet 33 befestigt, dem in Drehrichtung gemäß Pfeil 34 voraus ein auf der Schaltungsplatine 16 stationär angeord­ neter Permanentmagnet 35 gegenübersteht. Die beiden Magneten sind gegenpolig gepolt, also einander abstoßend. Durch die magnetische Abstoßkraft wird bei nicht drehender Welle 8, wie in Fig. 2 gezeichnet, die Drehscheibe gegen die Drehrichtung gemäß Pfeil 34 des Motors zurückgedrängt in eine erste Win­ kelstellung, in der der Magnet 33 an einem als Anschlag die­ nenden, stationär auf der Schaltungsplatine 16 montierten An­ schlag 36 anschlägt.

Bei drehender Welle 8 wirkt das Kugellager 30 als Rutsch­ kupplung und dreht die Drehscheibe 31 in Pfeilrichtung 34 ge­ gen die abstoßende Wirkung der Permanentmagneten 33 und 35 bis in eine zweite Winkelstellung im Winkel von etwa 45° ge­ genüber der in Fig. 2 gezeichneten Winkelstellung in Pfeil­ richtung 34 versetzt. In dieser zweiten Winkelstellung wirkt ein zweiter auf der Drehscheibe 31 montierter Permanentmagnet 37 auf einen stationär auf der Schaltungsplatine 16 angeord­ neten Signalschalter 38 ein und betätigt diesen magnetisch.

Die beiden Schaltkontakte 39, 40 des Signalschalters 38 be­ finden sich in einer Schutzgasatmosphäre innerhalb eines ver­ siegelt verschlossenen Glasröhrchens 42. Die Kontakte des Schutzgasschalters 40 können, wie aus der Schaltung gemäß Fig. 3 ersichtlich, an der Erregerspule eines Relais 41 lie­ gen, das seinerseits ein Signal auslöst, entsprechend der Betätigung des Signalschalters. Man kann auf das Relais 41 auch verzichten und die Kontakte des Signalschalters 40 an direkt von der Außenseite des Gehäuses 3 zugängliche Aus­ gangsklemmen 43, 44 anschließen, dann ist der Fühler explo­ sionsgeschützt ausgeführt. An den Klemmen kann man dann direkt das gewünschte Signal abgreifen oder mit den Klemmen ein äußeres Relais ansteuern.

Der leise laufende Synchronmotor 4 ist so stark bemessen, daß sein Drehmoment ausreichend ist, um die Lager- und Dichtungs­ reibung zu überwinden und das außen unbelastete Paddel 20 mit konstanter Synchrondrehzahl von zum Beispiel 250 Umdre­ hungen pro Minute zu drehen. Solange sich der Motor dreht, ist die Drehscheibe 31 in ihre zweite Winkelstellung verdreht, in der der Magnet 37 den Signalschalter 40 betätigt.

Sobald schwerfällig fließendes Gut am Paddel 20 ansteht, reicht das Drehmoment des Synchronmotors 4 nicht mehr aus und er dreht sich nicht mehr. Die Drehscheibe 31 erfährt nun über die Rutschkupplung 30 kein Drehmoment mehr und weicht, bedingt durch die magnetische Abstoßungskraft der Magneten 35 und 33, in ihre in Fig. 2 gezeichnete Winkelstellung zu­ rück, in der der Magnet 37 den Signalschalter 40 nicht mehr betätigen kann. Dadurch ändert sich der Schaltzustand des Relais 41 beziehungsweise die Signalsituation an den Aus­ gangsklemmen 43, 44. Das ist die Anzeige für das Vorhanden­ sein des anstehenden schwerfällig fließenden Gutes.

Das Drehmoment, das die im Beispiel 12polig ausgeführte Sta­ torwicklung des Synchronmotors 4 erzeugt, versucht ständig, den blockierten Dauermagnetrotor, der ebenfalls 12polig ist, zu drehen. Dadurch vibriert die Motorwelle 7 und damit auch die Welle 8 und das Paddel 20 ständig in und gegen die Dreh­ richtung, wodurch Ablagerungen auf dem freien Ende der Welle 8 und dem Paddel 20 verhindert werden. Außerdem werden diese Vibrationen auf das anstehende Gut übertragen und dadurch werden Verkrustungen und Brückenbildungen zur Behälterwand und anderswo verhindert. Der Dauermagnetrotor ist ein Keramik­ magnetrotor.

Anstelle der mechanischen Drehzahlüberwachung kann auch eine elektronische Drehzahlüberwachung vorgesehen sein. Zu diesem Zweck ist, wie aus Fig. 4 ersichtlich, auf die Motorwelle 46 eine Drehscheibe 50 drehsteif gesteckt mit zwei einander dia­ metral gegenüber angeordneten Permanentmagneten 51, 52, die bei jeder Umdrehung einmal an der mit Eisenkern ausgestatte­ ten stationär angeordneten Spule 53 vorbeilaufen und dort dann, also bei drehendem Synchronmotor 4, eine Wechselspannung induzieren, deren Vorhandensein an den Ausgangsklemmen 55, 56 das Drehen des Rührers und damit das Nichtanstehen von schwer­ fällig fließendem Gut am Paddel anzeigen. Steht solches Gut am Paddel an, dann dreht sich der Synchronmotor 47 nicht mehr, schwingt nur und es wird keine Wechselspannung induziert. Die Anordnung gemäß Fig. 4 wirkt nach Art eines Stromgenerators.

Das Paddel 20 aus Fig. 2 ist eine rechteckige Scheibe, die vorzugsweise für schwerfällig fließende Flüssigkeiten einge­ setzt wird. Andere Ausgestaltungen von Rührern anstelle des Paddels sind möglich und Beispiele dafür zeigen die Fig. 5 bis 13.

Das Paddel nach Fig. 5 und 6 weist eine rechteckige Scheibe 60 auf, die vorzugsweise für Pulver und zähe Flüssigkeiten eingesetzt wird. Bei dem Paddel nach Fig. 7 und 8 sind zwei rechteckige Scheiben 62, 63 um 90° gegeneinander verdreht ineinandergesteckt. Das Paddel nach Fig. 7 und 8 ist vorzugs­ weise für Pulver, insbesondere für Styropor-Granulat, ge­ eignet.

Bei dem Rührer nach Fig. 9 und 10 sind zwei Gruppen von Querstegen 70, 71, 72 beziehungsweise 73, 74, 75 im Winkel von 90° gegeneinander versetzt in das freie Ende der der Welle 8 entsprechenden Welle 76 gesteckt. Dieser Rührer ist für alle schwerfällig fließenden Medien geeignet.

Nach Fig. 11 ist der Rührer ein zur Achse 80 der Welle 81 koaxialer, kreiszylinderförmiger Körper 82, der besonders für zähe Flüssigkeiten geeignet ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 12 und 13 ist am freien Ende der der Welle 8 entsprechenden Welle 85 eine Kreisscheibe 86 koaxial befestigt, an deren Umfang vier auf den Umfang verteilt angeordnete Rührstäbe 87, 88, 89, 90 achsparallel zur Welle 85 befestigt sind. Dieser Rührer eignet sich besonders gut für Sand, Späne und Granulat.

In Fig. 14 ist ein Schüttgutbehälter 98 dargestellt, der über die Einlaßleitung 91 mit Schüttgut befüllt und über die Ablaßleitung 92 von diesem Schüttgut entleert wird. Das Behälterinnere wird von fünf Fühlern 93 bis 97 überwacht. Diese Fühler 93 bis 97 sind Einbaubeispiele auch für andere Anwendungsfälle für die zuvor beschriebenen Fühler.

Claims (10)

1. Fühler für schwerfällig fließende Güter mit einem von einem Elektromotor rotierend angetriebenen Rührer, dessen Drehbewegung bei Einwirken vorbestimmter äußerer Gegen­ kraft durch anstehende, schwerfällig fließende Güter un­ terbunden wird und ein Signal auslöst, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei unterbundener Drehbewegung des Rührers (20) der Rührer in und gegen die Drehrichtung der Drehbewegung schwingend angetrieben wird.

2. Fühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Rührer (20) drehsteif mit der Antriebswelle des Antriebsmotors (4) verbunden ist,
daß der Antriebsmotor verdrehungssicher befestigt ist,
daß der Antriebsmotor ein an sich bekannter, selbst­ anlauffähiger und blockierfähiger Synchronmotor ist, und
daß der Antriebsmotor bei unterbundener Drehbewegung des Rührers eingeschaltet bleibt und im Blockierbetrieb schwingend den Rührer antreibt.

3. Fühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Synchronmotor (4) mit einem Keramikmagnetrotor ausgestattet ist.

4. Fühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der Welle (8), an der der Rührer (20) befestigt ist, gegen eine innewohnende Rückstellkraft biegsam ist.

5. Fühler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß am biegsamen Ende der Welle (8) mindestens ein Abschnitt der Welle durch eine Spiralfeder (17) gebildet ist.

6. Fühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drehzahlüberwachungseinrichtung zur Auslösung des Signals vorgesehen ist, die mit einem mit der Antriebswelle (46) des Motors (47) angetriebenen Stromgenerator (50-53) ausgestattet ist.

7. Fühler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Drehzahlüberwachungseinrichtung zur Auslösung des Signals vorgesehen ist, die ausgestattet ist mit einer über eine Rutschkupplung (30) an die Antriebs­ welle (7) des Antriebsmotors (4) gekuppelten Drehscheibe (31), die zwischen zwei Winkelstellungen schwenkbar ist und aus ihrer in Drehrichtung hinten gelegenen Winkelstellung gegen die Kraftwirkung einer Rückstellkraft (33, 35) durch das über die Rutschkupplung (30) übertragene Drehmoment in ihre in Drehrichtung vorn gelegene Winkelstellung verschwenkt wird und in ihrer einen Winkelstellung einen Signalschalter (38) betätigt.

8. Fühler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufbringen der Rückstellkraft auf dem Umfang der Drehscheibe (31) ein in Umfangsrichtung polarisierter Permanentmagnet (33) befestigt ist, zu dem gegenpolig ein stationärer Permanentmagnet (35) in Drehrichtung voraus angeordnet ist.

9. Fühler nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Signalerzeugung auf dem Umfang der Drehscheibe (31) ein Permanentmagnet (37) angeordnet ist und daß statio­ när ein magnetisch betätigbarer Signalschalter (38) derart angeordnet ist, daß er sich in der einen Winkelstellung der Drehscheibe im Wirkbereich des Permanentmagneten (37) befindet.

10. Fühler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte (39, 40) des Signalschalters (38) in einem Glasröhrchen (42) versiegelt sind und zur Signalabgabe direkt an äußere Anschlußklemmen (43, 44) des Gehäuses (1) angeschlossen sind.