DE3346145A1

DE3346145A1 - Messvorrichtung zur kontinuierlichen gewichtserfassung von materialstroemen

Info

Publication number: DE3346145A1
Application number: DE19833346145
Authority: DE
Inventors: Claus 6304 Lollar Friedrich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-12-21
Filing date: 1983-12-21
Publication date: 1985-07-18
Also published as: EP0146902A3; EP0146902A2; EP0146902B1; DK611484D0; JPS60157019A; DE3471744D1; US4574896A; ATE34840T1; DK611484A; JPH0569172B2; DE3346145C2

Description

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Claus Friedrich
D-6304 Lollar

Meßvorrichtung zur kontinuierlichen Gewichtserfassung von Materialströmen

Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung zur kontinuierlichen Gewichtserfassung von Materialströmen, insbesondere von Schüttgütern wie z. B. Körnerfrüchte oder deren Mahlprodukte , gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. 5

Zur genauen Gewichtserfassung von Materialströmen, wie sie bei vielen Schüttgütern gefordert wird, ist es üblich nacheinander ein Wiegegefäß zu füllen, zu wiegen und anschließend wieder zu entleeren. Diese Methode hat den Nachteil, daß der kontinuierliche Materialstrom fortwährend unterbrochen wird und außerdem mechanisch aufwendig ist.

Zur kontinuierlichen Gewichtserfassung von Materialströmen werden in der Praxis nur Förderbandwaagen eingesetzt, hierbei wird das Gewicht eines mit Schüttgut beaufschlagten Förderbandes kontinuierlich gemessen. Diese Methode ist in vielen Prozessen nicht anwendbar, da sie zum einen recht aufwendig ist und zum anderen nur sehr schwierig staubdicht auszuführen ist.

Eine bekannte Methode zur kontinuierlichen Mengenmessung von schüttfähigen Feststoffen besteht darin, das Fördergut aus einer bestimmten Fallhöhe auf eine Prallplatte fallen zu lassen und die Stoßkraft an der Prallplatte zu messen. Unter der Voraussetzung, daß gleichbleibende Bedingungen eingehalten werden können, ist die Stoßkraft proportional zur Förderstärke. Es ist nicht möglich,die Meßbedingungen wie Fallhöhe, Reibung zwischen Schüttgut und Prallplatte so gleichbleibend

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zu halten, daß eine ausreichende Genauigkeit erzielt wird. Insbesondere im unteren Meßbereich treten durch Luftverwirbelungen Meßfehler auf, welche diese Methode für höhere Anforderungen an die Moßgenaui gkei t, wio sie bei. einer Ge-Wichtsermittlung gefordert, werden, unbrauchbar machen.

Zur Massen'- bzw. Mengenbestimmung von pneumatisch geförderte Schüttgut der Eisenindustrie, wie Kalkstaub oder Feinerz wird gemäß der DE-OS 25 44 976 die wirksame Trägheitskraft (Corioliskraft)j welche bei der Kopplung eines bewegten Masseteilchens mit einem sich drehenden Bezugskörper auftritt, zur Massenbestimmung ausgenutzt. Hierzu wird der Materialstrom achsparallel auf praktisch die gesamte Fläche einer mit radialen Leitschaufeln versehene Scheibe gebracht, worauf das Schüttgut lrn wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse der Scheibe weggeschleudert wird. Das Drehmoment der mit konstanter Drehzahl rotierenden Scheibe ändert sich entsprechend der Corioliskraft, wobei die Drehmomentänderung zu der Masse des stömenden Meßgutes etwa proportional ist. Mit der Änderung des Drehmomentes ändert sich die Leistungsaufnahme des die Scheibe antreibenden Elektromotors; deshalb kann die Stromaufnahme des Elektromotors gemessen und als Maß zur Bestimmung des Massenstromes benutzt werden. Für die Anwendung in der Eisenindustrie zur Bestimmung der Gattierungsmengen mag die in der DE-OS 2544976 beschriebene Vorrichtung ausreichend sein, aber zur exakten Durchflußbestimmung eines reinen Schüttgutstromes wie z. B. Körnerfrüchte ist diese Vorrichtung zu ungenau. Die Zuführung des Schüttgutes senkrecht auf praktisch die gesamte Leitschaufelfläche der rotierenden Scheibe führt zu unkontrollierten Abpralleffekten beim Berühren der Leitschaufeln, wodurch die Meßgenauigkeit negativ beeinflußt wird. Je nachdem,an welcher Stelle des Scheibenradius die Masseteilchen auftreffen, ist die Beschleunigungsstrecke durch die Leitschaufeln verschieden lang; dadurch gehen auch unterschiedliche Reibungseinflüsse

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zwischen den Masseteilohen und den Leitschaufeln in das Meßergebnis ein. Zudem ist die Leistungsaufnahme-Messung des Elektromotors relativ ungenau·, wegen des unlinearen Wirkungsgradverlaufes und sich ändernder Lagerreibung. 5

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine, Meßvorrichtung, welche die bei der Beschleunigung des Materials auftretende Drehmomentsänderung mißt, so zu gestalten, daß eine kontinuierliche Gewichtserfassung mit großer Genauigkeit erzielt wird. Dabei kommt es wesentlich darauf an, daß die einzelnen Masseteilchen möglichst gleichen Beschleunigungsbedingungen unterliegen und alle das Antriebsdrehmoment beeinflussenden Nebenwirkungen ausgeschaltet werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale vorgeschlagen.

Die erfindungsgemäße Ausbildung des Flügelrades gewährleistet, daß der Materialstrom ohne störende Pralleffekte dem mittleren Bereich des Flügelrades und anschließend radial den Leitschaufeln zugeführt wird. Zwischen den Leitschaufeln unterliegt jedes Masseteilchen den selben Beschleunigungsbedingungen, so daß die Masse des Gesamtstromes durch die Änderung des Antriebdrehmomentes sehr genau erfaßt wird. Die Beschleunigungsstrecke ist für jedes Masseteilchen gleich lang.

Um die Abhängigkeit zwischen dem Massestrom und dem erforderlichen Drehmoment zum Antrieb des Flügelrades aufzuzeigen, wird nachstehend folgender rechnerischer Nachweis geführt:

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In einem bewegten (rotierenden) Bezugssystem (siehe Fig. 2) wirkt auf ein Masseteilchen dm die Corioliskraft F . Diese

Kraft F wirkt senkrecht zur Winkelgeschwindigkeit CO und senkrecht zur Teilchengeschwindigkeit v. Die Corioliskraft ist für jeden Radius gleich und für das betrachtete Massenelement dm

d F = 2 co · ν · dm

Das Massenelement dm läßt sich berechnen aus der Definition, daß die Masse m = <? · V ist, mit σ = Dichte und V = Volumen zu:
.

dm = P · dV

wobei das Volumenelement dV gegeben ist aus der Querschnittsfläche A im Abstand r vom Drehpunkt zu:

dV = A · dr
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und damit

dm = A · P · dr

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Jn die Gleichung I¹Ur-dl«! (Jor! uJ Uikra!"l. «iJ.ngnafilisL erhält man dann für diese: .

dF = 2 wtV'A· Q'dr c j

Das Produkt A»J»v ist gleich dem Massenstrom pro Zeit durch das betrachtete Volumenelement, also

*. A. _f .v - 1

Damit ergibt sich eine Beziehung zwischen dem Massendurchsatz m und Coriloliskraft F , die auf Grund ihrer Natur der Drehung des Flügelrades entgegengerichtet ist, also ein bremsendes Drehmoment erzeugt.

dF = 2 w · m · dr

Daraus folgt für das Drehmoment 0^=F χ r bzw. da hier !ζ J_7* gilt:
<

dX. = rdF =2co.m»rdr ^c c

Das Bremsdrehmoment Jc erhält man durch Integration über die Schaufellänge zu:
Ra

J- = 2co · m / ^C RL

r dr

T_c = πι .ω (R_a ²^R₁ ²)

30. Hieraus ergibt sich, daß das zum konstanten Antrieb des Flügelrades erforderliche Drehmoment genau proportional zum Massendurchsatz ist. Dieses Ergebnis wurde auch durch prakttische Versuche bestätigt.

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Im praktischen Aufbau der Meßvorrichtung kommt es darauf an, den Materialstrom möglichst gleichmäßig und wirbelfrei dem Flügelrad zuzuführen und auch aus diesem wieder ohne Rückwirkung abzuführen. Nähere Einzelheiten sind an einem in der Zeichnung Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel erläutert

Ein in dem Gehäuse 1 pendelnd gelagerter Elektromotor 2 treibt über die Welle 6 das in dem Flügelradgehäuse 7 angeordnete Flüglerad 8 an. Der Elektromotor ist so gesteuert, daß er unabhängig von der Belastung das Flügelrad 8 mit konstanter Drehzahl antreibt. Im zentralen Zufuhrbereich 9 des Flügelrades 8 schließt sich an das Flügelradgehäuse 7 ein Zufuhrtichter 10 an, welchem eine Zellenradschleuse 11 vorgeschaltet ist. Die Leitschaufeln 12 des Flügelrades 8 befinden sich außerhalb des zentralen Zufuhrbereiches 9, so daß der Materialstrom möglichst störungsfrei zwischen die Leitschaufeln 12 gelangt. Die radiale Umlenkung wird durch die Leitvorrichtung 13 in Form eines Kegels 13 begünstigt.

Die Wirkungsweise der Meßvorrichtung ist folgende:

Der durch einen Pfeil 5 angedeutete Materialstrom z. B. Körnerfrüchte wie Weizen, wird über die Zellenradschleuse gleichmäßig dem Zufuhrtrichter 10 zugleitet und gelangt in den zentralen Bereich 9 des sich mit konstanter Drehzahl ■drehenden Flügelrades. Eine Drehzahl, welche eine Umfangsgeschwindigkeit von ca. 10 m/sec am Außendurchmesser des Flügelrades ergibt, hat sich als zweckmäßig bei Körnerfrüchten erwiesen. Die auf diese Weise möglichst störungsfrei radial zwischen die Leitschaufeln 12 transportierten Masseteilchen werden durch das Flügelrad unter gleichen Bedingungen für jedes Masseteilchen radial nach außen geschleudert. Das Flügelradgehäuse 7 hat "im Bereich der AusschleuderstelIe eine unter etwa 45 ° zur Flügelradachse geneigte Gehäusewand, so daß die ausgeschleuderten Partikel in den hinteren Abfuhr-

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kanal abgelenkt und durch den Auslauf 14 abgeführt werden. Auf diese Weise wird das Flügelrad durch abprallende Partikel nur unbedeutend beeinflußt.

Das vom Motor 2 aufzubringende Antriebsdrehmoment ist abhängig von der Masse des jeweils durch das Flügelrad 8 zu fördernden Materialstromes. Weil der Motor 2 über das Gestänge 4, unter Zwischenschaltung des parallel zur Drehachse angeordneten Kraftaufnehmers 3 pendelnd aufgehängt und lediglieh bei 15 drehbar geführt ist, wird die durch das Reaktionsdrehmoment auftretende Verdrehung des Motorgehäuses auf den Kraftaufnehmer 3 übertragen. Die aufgenommene Kraft wird durch das Anzeigegerät 16 direkt in kg/h als augenblickliche Durchsatzleistung angezeigt. Diese Durchsatzleistung wird mit Hilfe eines Integrators akkumuliert und auf das Zählwerk 17 zur Ablesung übertragen.

Die Zellenradschleuse 11 verhindert, daß ein unkontollierter Luftstrom durch das Flügelrad beschleunigt wird und das Meßergebnis beeinflußt. Auch eine Rohrschnecke könnte dieselbe Aufgabe erfüllen.

Eine Kompensation des mitgeführten Luftstromes kann auch durch eine vom Auslaufraum 14 bis zum Zufuhrbereich führende Luftrückleitung 18 erfolgen. Durch diese Verbindungsleitung wird ständig die maximale Luftmenge, die das Flügelrad aufnimmt, gefördert und dadurch immer die gleiche Luftmenge beschleunigt. Das Meßergebnis wird durch die Luft somit nicht verfälscht.

Die Meßvorrichtung kann auch in einer anderen, als der gezeigten horizontalen Lage installiert werden.-Es ist jeder beliebige Winkel bis zur vertikalen Anordnung möglich. Voraussetzung ist nur, daß die zentrale Zuführung zum Flügelrad noch gewährleistet ist und der Auslauf des Materials aus dem

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Flügelradgehäuse ungehindert erfolgen kann.

Die Meßvorrichtung kann auch als Dosierwaage eingesetzt werden; hierzu wird dem Flügelrad ein Dosierelement, wie beispielsweise die Zellenradschleuse 11, vorgeschaltet. Durch
eine Regeleinrichtung wird die Drehzahl des Dosierelementes so eingestellt, daß das Drehmoment des Flügelrades einem gewünschten Sollwert entspricht. Dieses Solldrehmoment ist
proportional eines gewünschten Materialstromes.

Claims

Patentansprüche

Meßvorrichtung zur kontinuierlichen Gewichtserfassung von Materialströmen, insbesondere von Schüttgütern wie Körnerfrüchte oder deren Mahlprodukte, bestehend aus einem mit konstanter Drehzahl von einem Motor angetriebenen Flügelrad, welchem der Materialstrom über eine Beschickungseinrichtung im zentralen Bereich zugeführt und durch die Leitschaufeln des Flügelrades beschleunigt wird, wobei die auftretende Änderung des Antriebdrehmomentes als Meßgröße zur Ermittlung der Durchsatsmenge dient, dadurch gekennzeichnet,

daß die sich vom Außenumfang zum Mittelpunkt hin erstreckenden Leitschaufeln (12) des Flügelrades (8) vor dem zentralen Zufuhrbereich enden.
2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Zufuhrbereich (9) des Flügelrades (8) mit einer den Materialstrom radial in Richtung der Leitschaufeln (12) umlenkenden Leitvorrichtung (13) versehen ist.
3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Leitvorrichtung (13) kegelförmig ausgebildet ist.
4. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die Beschickungseinrichtung aus einem bis in den zentralen Zufuhrbereich (9) geführten Zufuhrtrichter (10) besteht, welchem eine Schleuse (11) vorgeordnet ist.

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5. Meßvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Schleuse eine Zellenradschleuse (11) oder eine Rohrschnecke dient.
6. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine vom Auslaufraum (14) des Flügelradgehäuses (7) zum Zufuhrbereich des Materialstomes führende Luftrückleitung (18).
7. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

daß das Flügelradgehäuse (7) gegenüber dem Ausschleuderbereich des Flügelrades (8) als schräg zur Flügelradachse verlaufender Prallbereich ausgebildet ist.
8. Meßvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Prallbereich etwa unter einem Winkel von 45.° zur Flügelradachse verläuft.
9. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8_S dadurch gekennzeichnet,

daß der Motor zum Antrieb des Flügelrades (8) pendelnd gelagert und mit einer Drehrriornentrneßyorrichtung verbunden ist.
10. Meßvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Drehmomentmeßeinrichtung eine in Achsrichtung des Motors zum Antrieb des Flügelrads (8) verlaufender Kraftaufnehmer dient, welcher über ein Gestänge (4) mit dem Motorgehäuse verbunden ist.

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11. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kraftaufnehmer (3) ein auf den Mengeristrom pro Zeiteinheit geeichtes Anzeigegerät (16) sowie ein Gesamtmengenzähler (17) zugeordnet ist.
12. Verwendung der Meßvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5 als Dosiervorrichtung,dadurch gekennzeichnet, daß die Schleuse (11) als Dosierelement dient, indem die Durchsatzmenge der Schleuse auf ein Solldrehmoment des Flügelrades (8) eingeregelt wird.