DE3329135A1 - Verfahren und einrichtung zur kontinuierlichen messung des wassergehaltes von schuettguetern - Google Patents
Verfahren und einrichtung zur kontinuierlichen messung des wassergehaltes von schuettgueternInfo
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Description
HOWAG AG Wohlen/Schweiz
Verfahren und Einrichtung zur
kontinuierlichen Messung
des Wassergehaltes von Schüttgütern
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Messung des Wassergehaltes von Schüttgütern,
insbesondere pastosen, pulverförmigen, granulären
oder faserartigen Schüttgütern, bei welchem das Produkt auf seinem Transportweg wenigstens teilweise
einer Messanordnung zugeführt und zwangsläufig unter Verdichtung durch diese hindurch gefördert wird, wobei
das Ausgangssignal einer elektrischen Messung am verdichteten Produkt ein Mass für dessen Feuchte ist.
Verfahren der vorgenannten Art finden beispielsweise Verwendung bei Trocknungs-, Produktions- oder Mischanlagen
zur Weiterverarbeitung von in der Regel Agrarprodukten oder in der chemischen Industrie, wobei
mittels einem elektrischen Messverfahren ein dem Wassergehalt der Produkte entsprechendes Ausgangssignal er-
zeugt wird,, das der Prozess-Steuerung dient. Weiter
werden solche Verfahren auch an Umschlagsstellen der Produkte eingesetzt, um vom gemessenen und aufgezeichneten
Wassergehalt der Produkte auf deren Qualität zu schliessen.
Zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens sind bereits Einrichtungen im Gebrauch, bei denen ein temporär
abgezweigter Teil des Schüttgutstromes von einer Förderschnecke
durch einen,, dem die Förderschnecke umgebenden Förderrohr nachgeschalteten Messzylinder gedrückt
wird ο Hierbei bewirken feder- oder gewichtsbelastete Platten oder Kegel oder ein Blattfederkranz
ein Anstauen des Produktes im Messzylinder, wobei dann am verdichteten Produkt eine elektrische Messung über
Elektroden-Mittel im Messzylinder vorgenommen wird.
Nachteilig bei solchen bekannten Anordnungen ist zunächst, dass die elektrischen Messungen über die elektrolytische
Leitfähigkeit, gegebenenfalls in Form von
Impedanz-Messungen, erfolgen, da die elektrolytische Leitfähigkeit des Produktes stark temperaturabhängig
ist. Dies verlangt somit einen relativ grossen Aufwand an Mitteln zur Temperaturmessung und zur Messfehler-Kompensation,
um zu brauchbaren Aussagen über die momentane Feuchte des Produktes im Messzylinder zu gelangen.
Von weiterem erheblichen Nachteil ist bei den bekannten Anordnungen, dass keine konstante Verdichtung des
Schüttgutes im Messzylinder erreicht werden kann, da sich die Reibungsverhältnisse zwischen dem Schüttgut
und der Messzylinderwandung ständig ändern. Hierbei ist der Reibungskoeffizient des Schüttgutes nicht nur
in Abhängigkeit des Wassergehaltes veränderlich, sondern zeigt auch erhebliche Sprünge zwischen Bewegungsund
Ruhereibung. Diese Sprünge verursachen im Messzylinder ruckartige Bewegungen des Schüttgutes, welches
Verhalten im Maschinenbau als slip-stick bekannt ist, und eine ständige Dichteänderung des Schüttgutes im
Messzylinder hervorruft. Gravierend ist dabeij, dass
diese Vorgänge stochastischer Art sind und in Extremfällen bis zum Blockieren des Schüttgutes im Messzylinder
führen können.
Mehrheitlich werden in neueren Anlagen die Schüttgüter durch eine Luftströmung transportiert, was bewirken
kann, dass unter den herrschenden Strömungsverhältnissen das Förderrohr mit der Förderschnecke und der nachgeschaltete
Messzylinder leergeblasen werden. Entsprechend ist die feder- oder gewichtsbelastende Platte am Auslass
des Messzylinders stärker vorzuspannen, was nun aber dazu führen kann, dass bei einsetzendem Fördervorgang
das Schüttgut im Messzylinder blockiert wird und so Messungen verunmöglicht werden.
Es ist somit Aufgäbe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Einrichtung zur kontinuierlichen
Messung des Wassergehaltes von Schüttgütern zu schaffen, welche unter Vermeidung der vorbeschriebenen Nachteile
des aufgezeigten Standes der Technik insbesondere gestatten, den Wassergehalt aller infrage kommenden
fliessfähigen Güter auf einfache und sichere Weise
präzise und störungsfrei zu ermitteln.
Dies wird nun beim erfindungsgemässen Verfahren dadurch
erreicht, dass die Wassergehaltsbestimmung auf
aielektrometrischem Wege erfolgt, wobei die, die zwangsläufige Förderung durch die Messanordnung bewirkenden
Mittel gleichzeitig als Mess-Elektroden für die Messung der relativen Dielektrizität des verdichteten
Produktes herangezogen werden und wobei die Verdichtung des Produktes im Bereich der Mess-Elektroden durch ein
Anstauen des Produktes mittels Membran-Ventilmittel durchgeführt wird.
Die erfindungsgemässe Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, mit einem, in den Transportweg des
zu messenden Produktes einbringbaren Förderrohres mit einem, eine Einlassöffnung für wenigstens einen Teil
des Produktes bildenden Mantelausschnitt, von dem her ein im Förderrohr umlaufendes Förderelement das Produkt
zu einer stirnseitigen Auslassöffnung hin bewegt, zeichnet sich erfindungsgemäss dadurch aus, dass das
schneckenartige Förderelement eine erste Elektrode und das Förderrohr eine zweite Elektrode in einem elektrischen
Stromkreis bilden, dessen änderndes Ausgangssignal ein Mass für die Feuchte des Produktes im Förderrohr
ist, wobei ein Membran-Ventil an der stirnsei-
tigen Auslassöffnung des Förderrohres als Staumittel
zur Verdichtung des Produktes im Förderrohr vorgesehen ist.
Durch diese Massnahmen ist es nunmehr möglich, eine Einrichtung zur kontinuierlichen Messung des Wassergehaltes
aller geeigneten Schüttgüter zu konzipieren, die allen vorgenannten Anforderungen genügt.
So wird es zunächst durch die dielektrometrische Messung des Schüttgutes anstelle der Messung über die
elektrolytische Leitfähigkeit möglich, auf die Mittel
zur Feststellung der Vergleichstemperatur zu verzichten, da der Temperaturgang der relativen Dielektrizität
um eine Grössenordnung kleiner ist als jener der elektrolytischen Leitfähigkeit» Dadurch wird die
ganze Einrichtung wesentlich einfacher und zudem noch genauer.
Durch die Heranziehung des schneckenartigen Förderelementes sowie des die Förderschnecke umgebenden Förderrohres
kann ferner vorteilhaft nicht nur auf einen
separaten Messzylinder verzichtet werden, sondern es können die bisher durch den slip-stick-Effekt aufgetretenen
Fehlmessungen vollständig vermieden werden, da im Förderrohr, das nunmehr zugleich auch den Messraum
bildet, nur eine Bewegungsreibung zwischen dem Schüttgut und dem Förderrohr bzw. der Förderschnecke
auftreten kann.
Ein weiterer erheblicher Vorteil der erfindungsgemassen
Anordnung besteht darin, dass das, als Staumittel zur Verdichtung des Produktes im Förderrohr vorgesehene
Membran-Ventil in der Lage ist, u.a. auftretende Luftströmungen im Förderrohr so zu behindern,
dass dabei die Staueigenschaften des Membran-Ventils nicht verloren gehen.
Im Rahmen einer zweckmässigen Ausgestaltung der erfindungsgemassen
Einrichtung ist es nun von Vorteil, wenn das schneckenartige Förderelement eine drehbar
und von aussen antreibbar am Förderrohr abgestützte, vom Förderrohr elektrisch getrennte Spirale ist, in
der sich axial ein am Förderrohr angeflanschter Dorn
- li -
erstreckt, dessen freies Ende mit dem Membran-Ventil zusammenwirkt»
Durch diese Massnahmen lassen sich nunmehr optimale Messergebnisse erzielen, indem der sich frei in der
Spirale erstreckende Dorn vergleichsweise einer üblichen Förderschnecke ebenfalls eine Elektrode bildet
und sowohl das sich zwischen dem Dorn und der Spirale als auch das sich zwischen der Spirale und dem Förderrohr
befindliche Schüttgut bei angelegter Spannung von Feldlinien durchsetzt wird= Hierbei übernimmt die Stirnseite
des Dornes anstelle der freien Stirnseite einer Förderschnecke die Zusammenwirkungsfunktion mit dem
Membran-Ventil.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass das Membran-Ventil eine tellerförmige, sich unter
Druck nach aussen umstülpende Membranscheibe umfasst, die zentrisch am freien Ende des Dornes befestigt ist
und mit ihrem Umfangsrand unter innerer Verspannung an der auslasseitigen Stirnfläche des Förderrohres bzw.
an einem, an dieser Stirnfläche angeordneten, radial
nach innen ragenden Dichtungslippenring dichtend anliegt.
Entsteht nun bei dieser Anordnung etwa zu Beginn eines Fördervorganges eine relativ hohe Luftströmung in Förderrichtung
durch das Förderrohr, hebt die Membranscheibe in ihrem Randbereich gering von der Gegenfläche
ab, so dass die Luft unter einer etwa 90 -Umlenkung nach aussen expandieren kann. Mitgeführte Schüttgutteilchen
hingegen setzen sich infolge ihres Beharrungs-Vermögens nahe dem geöffneten Ventilspalt auf den Ventilelementen
ab und verschliessen dann diesen Spalt, so dass sich der gewünschte Staudruck aufbauen kann.
Ist dann dieser Staudruck erreicht, öffnet das Membran-Ventil in der gewünschten, den Staudruck konstant haltenden
Weise.
Eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist nachfolgend anhand der Zeichnung,
welche in schematischer Schnittdarstellung eine erfindungsgemässe Einrichtung zur kontinuierlichen Messung
des Wassergehaltes von Schüttgütern zeigt, näher erläutert.
Gemäss der Darstellung umfasst die gezeigte beispielsweise Ausführungsform einer Einrichtung zur kontinuierlichen
Messung des Wassergehaltes eines, durch einen Kanal 6 einer nicht näher gezeigten Produktionsanlage
in Richtung des Pfeiles 6" transportierten, hier nicht näher bezeichneten Schüttgutes 14 ein Förderrohr 4,
das sich hier quer zur Transportrichtung 6' in den Kanal 6 erstreckt.
Hierbei sei bereits jetzt darauf hingewiesen, dass die nachfolgend noch näher beschriebene Einrichtung mit
dem Förderrohr 4 beliebig auswechselbar am Kanal 6 aufgesteckt und mit diesem in geeigneter, nicht näher bezeichneten
Weise verbunden ist. Einrichtungen gemäss der vorliegenden Erfindung sind demzufolge mobil und
universell einsetzbar, soweit an den Transportrohren oder -kanälen der betreffenden Anlagen geeignete
Oeffnungen zum Einstecken des Förderrohres 4 oder sonstige Befestigungsmöglichkeiten vorgesehen sind.
Zur temporären Abzweigung eines Teiles des Produktes und dessen Hindurchführung durch das Förderrohr 4 weist
dieses nahe seinem äusseren Ende und stromauf eine Einlassöffnung 5 in seiner Mantelfläche auf, wogegen die
innere, freie Stirnseite des Förderrohres 4 die Auslassöffnung 5' bildet.
Das Förderrohr 4 besteht aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise Stahl und umgibt koaxial
eine spiralförmige Förderschnecke 3, welche sich im aussenliegenden Bereich des Förderrohres 4 über ein
Ringstück 30 und Radiallagermittel 31 drehbar abstützt.
Die Förderspirale 3 selbst besteht ebenfalls aus einem
elektrisch leitenden Material und ist über einen Isolier-Ring
32 drehfest aber elektrisch getrennt mit dem Ringstück 30 verbunden. Weiter ist die Förderspirale 3
nahe dem Isolier-Ring 32 mit einem Kupferschleifring
versehen, der über eine Schleifbürste 34 im Förderrohr die elektrische Verbindung nach aussen gestattet. Weiter
trägt das Ringstück 30 einen Zahnkranz 35, der mit dem äusseren, hier nur durch ein Antriebszahnrad 36
angedeuteten Antrieb in Wirkungsverbindung steht und
die Förderschnecke bzw. Förderspirale 3 antreibt.
Die Förderschnecke 3 wird von einem koaxial an einer äusseren, das Förderrohr 4 abschliessenden Stirnwand
angeflanschten Dorn 7 durchsetzt, dessen freies Ende im Bereich des freien offenen Endes 5' des Förderrohres
4 liegt. Somit fliesst das durch die Einlassöffnung 5 eintretende Schüttgut 14 unter der Förderwirkung
der sich drehenden Förderschnecke 3 sowohl
zwischen den Windungen der Förderschnecke 3 als auch im Ringspalt zwischen Förderschnecke 3 und dem Mantel des Förderrohres 4 und im Ringspalt zwischen Förderschnecke 3 und Dorn 7 zur Auslassöffnung 5'. Der die Getriebemittel und Kontaktmittel enthaltende äussere Bereich des Förderrohres 4 ist dabei durch Dichtungsringe 23 gegen ein Eindringen des Schüttgutes 14 geschützt.
zwischen den Windungen der Förderschnecke 3 als auch im Ringspalt zwischen Förderschnecke 3 und dem Mantel des Förderrohres 4 und im Ringspalt zwischen Förderschnecke 3 und Dorn 7 zur Auslassöffnung 5'. Der die Getriebemittel und Kontaktmittel enthaltende äussere Bereich des Förderrohres 4 ist dabei durch Dichtungsringe 23 gegen ein Eindringen des Schüttgutes 14 geschützt.
Als Staumittel für das im Förderrohr 4 bewegte Schüttgut 14 dient ein Membran-Ventil, das hier eine tellerförmige,
sich unter dem Druck des Schüttgutes 14 nach aussen umstülpende Membranscheibe 17 umfasst, die
zentrisch am freien Ende des Dornes 7, etwa mittels
zentrisch am freien Ende des Dornes 7, etwa mittels
einer Schraube 71, befestigt ist. Diese Membranscheibe
kann mit ihrem ümfangsrand direkt an der auslasseitigen
Stirnfläche des Förderrohres 4 anliegen, bzw., wie dargestellt, an einem, an dieser Stirnfläche angeordneten,
radial nach innen ragenden Dichtungsiippenring 16 unter
Eigenvorspannung anliegen. In die Darstellung ist zur besseren Veranschaulichung der Funktionsweise die obere
Hälfte des Membran-Ventils 16,17 geschlossen und die untere Hälfte geöffnet dargestellt.
Die Membranscheibe 17 sowie der Dichtungslippenring 16 können aus verschiedenen Materialien hergestellt sein,
etwa aus Natur- oder Kunstkautschuken oder aus Urethanelastomeren,
beispielsweise in einem Härtebereich von 60-65 shore A. Wie ohne weiteres erkennbar, behindert
dieses Membran-Ventil den Durchlass einer Luftströmung im Randbereich der Membranscheibe 17 gemäss Strömungspfeil 17', welche Luft um ca. 90 umgelenkt wird, ohne
dass dabei das eingangs erläuterte Leerblasen des Förderrohres 4 erfolgen kann, da mitgerissene Partikel
dann den Spalt zwischen Membranscheibe 17 und Dichtungslippenring 16 verschliessen, wie dies bereits einleitend
erläutert wurde. Erst wenn sich dann der vorge-
gebene Staudruck aufgebaut hat, öffnet sich die Membranscheibe
17 durch ein sich etwa regenschirmartiges Falten. Die Rückstellkraft der Membranscheibe 17 bewirkt
dabei die Rückstauregulierung auf einen angenähert konstanten Wert. Die Materialeigenschaften der Membranscheibe
17 sichern zudem ein einwandfreies Lösen von angebackenem Restgut nach Stillstandszeiten, indem
durch das elastische Verhalten der Membranscheibe 17 auf den einsetzenden Luftdruck hin etwa dreieckförmige
Durchlässe mit erhöhter Luftdurchtrittsgeschwindigkeit entstehen, durch welche die Rückstände ausgeblasen werden=
Zur Messung der relativen Dielektrizität des betreffenden Schüttgutes, also das Verhältnis der
dielektrischen Verschiebungsdichte zur elektrischen Feldstärke, um daraus den Wassergehalt des Schüttgutes
ermitteln zu können, werden die beiden Elektroden 3 und 4 mit einem elektrischen Stromkreis 20 über Anschlussmittel
9 bzwο 12 verbunden, welcher einen Widerstand
21 umfasst, über den der Spannungsabfall einer an die beiden Elektroden 3 und 4 angelegten
Wechselspannung mit einer Frequenz von beispielsweise 10 KHz gemessen wird. Das Ausgangssignal über dem
Widerstand wird dann einer entsprechenden Auswerteschaltung 22 zugeführt, welche über ein nachgeschaltetes
Instrument 23 den Wassergehalt des Schüttgutes direkt anzuzeigen vermag. Eine solche Auswerteschaltung
kann etwa der Schaltung eines elektronischen Blindstromzählers entsprechen und ist allgemein bekannt, so dass
sich eine nähere Darstellung solcher dielektrometrischen Mess-Schaltungsanordnungen erübrigt. Ueblicherweise
kann das Ausgangssignal an der Auswerteschaltung 22 zudem als Regelgrösse zur Verwendung gelangen.
Aus dem Vorbeschriebenen ergibt sich nun ein Verfahren und eine Einrichtung zur kontinuierlichen Messung des
Wassergehaltes von Schüttgütern, wobei Verfahren und Einrichtung in der Lage sind, allen denkbaren Anforderungen
in der Praxis zu genügen. So wird es zunächst durch die dielektrometrische Messung des Schüttgutes
anstelle der Messung über die elektrolytische Leitfähigkeit möglich, auf die Mittel zur Feststellung der Vergleichstemperatur
zu verzichten, da der Temperaturgang
der relativen Dielektrizität um eine Grössenordnung kleiner ist als jener der elektrolytischen Leitfähigkeit. Dadurch
wird die ganze Einrichtung wesentlich einfacher und zudem noch genauere Weiter lassen sich nunmehr optimale
Messergebnisse erzielen, indem der sich frei in der Spirale 3 erstreckende Dorn 7 vergleichsweise einer üblichen
Förderschnecke ebenfalls eine Elektrode bildet und sowohl das sich zwischen dem Dorn 7 und der Spirale
3 als auch das sich zwischen der Spirale 3 und dem Förderrohr 4 befindliche Schüttgut 14 bei angelegter
Spannung von Feldlinien durchsetzt wird, wie das die in der Darstellung angedeuteten Feldlinien
veranschaulichen. Durch die Heranziehung des schneckenartigen Förderelementes 3 sowie des die Förderschnecke
umgebenden Förderrohres 4 kann ferner vorteilhaft nicht nur auf einen separaten Messzylinder verzichtet werden,
sondern es können die bisher durch den slip-stick-Effekt
aufgetretenen Fehlmessungen vollständig vermieden werden, da im Förderrohr 4, das nunmehr zugleich auch den
Messraum bildet, nur eine Bewegungsreibung zwischen dem Schüttgut 14 und dem Förderrohr 4 bzw. der Förderschnecke
3 auftreten kann.
Ein weiterer erheblicher Vorteil der erfindungsgemässen
Anordnung besteht darin, dass das, als Staumittel zur Verdichtung des Produktes im Förderrohr 4 vorgesehene
Membran-Ventil 16,17 in der Lage ist, u.a. auftretende Luftströmungen im Förderrohr 4 so zu behindern, dass
dabei die Staueigenschaften des Membran-Ventils nicht verloren gehen.
Selbstverständlich liegen eine grosse Anzahl Modifikationen im Rahmen des vorbeschriebenen Erfindungsgedankens.
So können beispielsweise die Membranscheibe und der Dichtungslippenring 16 mit radial verlaufenden
Verstärkungsrippen versehen werden. Ebenso kann das Membran-Ventil eine Membranscheibe umfassen, die mit
ihrem Umfangsrand an der Stirnseite des Förderrohres befestigt ist und mit einem inneren Dichtungsrand mit
der Stirnseite des Dornes 7 zusammenwirkt. Weiter ist es möglich, anstelle der spiralförmigen, kernlosen Förderschnecke
3 eine übliche Förderwalze oder Förderschnecke zu verwenden, in welchem Falle die Membranventilmittel
mit der Stirnseite dieser Förderschnecke zusammenwirken würden. Weiter können die Schaltungs-
mittel, die Getriebemittel und die Stromübertragungsmittel
von unterschiedlichem Aufbau sein. Zudem kann
die Förderschnecke 3 anstelle des gezeigten quadratischen Querschnittes auch einen anderen, beispielsweise polygonalen oder runden Querschnitt aufweisen. Ferner kann auch eine doppelgängige Förderschnecke oder eine gegenläufige Anordnung Verwendung finden.
die Förderschnecke 3 anstelle des gezeigten quadratischen Querschnittes auch einen anderen, beispielsweise polygonalen oder runden Querschnitt aufweisen. Ferner kann auch eine doppelgängige Förderschnecke oder eine gegenläufige Anordnung Verwendung finden.
Leerseite
Claims (4)
- Patentansprücheι IJ Verfahren zur kontinuierlichen Messung des Wassergehaltes von Schüttgütern, insbesondere pastosen, pulverförmiger granulären oder faserartigen Schüttgütern, bei welchem das Produkt auf seinem Transportweg wenigstens teilweise einer Messanordnung zugeführt und zwangsläufig unter Verdichtung durch diese hindurch gefördert wird, wobei das Ausgangssignal einer elektrischen Messung am verdichteten Produkt ein Mass für dessen Feuchte ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wassergehaltsbestimmung auf dielektrometrischem Wege erfolgt, wobei die, die zwangsläufige Förderung durch die Messanordnung bewirkenden Mittel gleichzeitig als Mess-Elektroden für die Messung der relativen Dielektriz-ität des verdichteten Produktes herangezogen werden und wobei die Verdichtung des Produktes im Bereich der Mess-Elektroden durch ein Anstauen des Produktes mittels Membran-Ventilmittel durchgeführt wird.-z-
- 2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem, in den Transportweg des zu messenden Produktes einbringbaren Förderrohres mit einem, eine Einlassöffnung für wenigstens einen Teil des Produktes bildenden Mantelausschnitt, von dem her ein im Förderrohr umlaufendes Förderelement das Produkt zu einer stirnseitigen Auslassöffnung hin bewegt, dadurch gekennzeichnet, dass das schneckenartige Förderelement (3) eine erste Elektrode und das Förderrohr (4) eine zweite Elektrode in einem elektrischen Stromkreis (20) bilden, dessen änderndes Ausgangssignal· ein Mass für die Feuchte des Produktes (14) im Förderrohr (4) ist, wobei ein Membran-Ventil (16,17) an der stirnseitigen Auslass-Öffnung des Förderrohres (4) als Staumittel zur Verdichtung des Produktes im Förderrohr (4) vorgesehen ist.
- 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das schneckenartige Förderelement (3) eine drehbar und von aussen antreibbar am Förderrohr (4) abgestützte, vom Förderrohr (4) elektrischgetrennte Spirale ist, in der sich axial ein am Förderrohr (4) angeflanschter Dorn (7) erstreckt, dessen freies Ende mit dem Membran-Ventil (16,17) zusammenwirkt„
- 4. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Membran-Ventil eine tellerförmige, sich unter Druck nach aussen umstülpende Membranscheibe (17) umfasst, die zentrisch am freien Ende des Dornes (7) befestigt ist und mit ihrem Umfangsrand unter innerer Verspannung an der auslasseitigen Stirnfläche des Förderrohres (4) bzw. an einem, an dieser Stirnfläche angeordneten, radial nach innen ragenden Dichtungslippenring (16) dichtend anliegt«
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1983
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