DE3401174C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausschleusen metallischer Fremdkörper aus Schüttgütern, bestehend aus einer von einem induktiven Metalldetektor gesteuerten Rohrweiche mit einem Fallschacht und einem daran ange­ setzten Seitenrohr, wobei die Rohrweiche aus einer in den Fallschacht einschwenkbaren und dessen gesamten Querschnitt verschließenden Klappe besteht; die Klappe im Ruhezustand (Fallschacht offen) die Mündung des Seitenrohres verschließt und dabei nahezu in der gleichen Ebene liegt wie die Fallschachtwand an der Mündung; und die Länge l der Klappe im Verhältnis zur Weite w des Fallschachtes so bemessen ist, daß die Klappe im ent­ arretierten Zustand (Alarmzustand) unter einem Winkel von 10° bis 40°, vorzugsweise 20° bis 30°, gegen die Horizontale den Fallschacht abschließt.

Bei chemischen Produktionsanlagen tritt manchmal das Problem auf, daß metallische Fremdkörper (z. B. Schrauben oder Muttern) zusammen mit den Aufgabestoffen in das Schüttgut gelangen. Solche Fremdkörper können dann in Mischern, Mühlen oder Trocknern schwere Schäden anrichten und zu gravierenden Betriebsstörungen führen. Aus diesem Grund sind Schleusenvorrichtungen entwickelt worden, die die Abscheidung von metallischen Fremdkörpern aus dem Produktstrom ermöglichen. Sie beruhen darauf, daß ein empfindlicher elektromagnetischer Metalldetektor ein Signal erzeugt, wenn ein metallischer Fremdkörper in der Nähe vorbeigeführt wird. Dieses Signal wird dann zur Steuerung einer Rohrweiche benutzt, die in den Produktstrom einge­ baut ist. Beim Ansprechen des Metalldetektors wird die Rohrweiche umgeschaltet und der Produktstrom mit dem Fremdkörper in einen Bypaß geleitet. Eine Rohrweiche der eingangs genannten Art, jedoch ohne Metalldetektor, ist aus DE-OS 15 56 295 bekannt.

Ein Nachteil dieser bekannten Vorrichtungen besteht darin, daß sie eine relativ große Bauhöhe erfordern und daher einen großen Platzbedarf haben. Sie können aus diesem Grund auch nur schwer nachträglich in bereits vorhandene Anlagen eingebaut werden. Versucht man nun, die Bauhöhe zu vermindern, d. h. werden Metalldetektor und Rohrweiche in relativ kurzem Abstand untereinander angeordnet, so ergibt sich das Problem, daß die Umsteuerung der Rohrweiche nicht schnell genug erfolgt, um das Metallstück mit Sicher­ heit auszuschleusen. Die kurze Zeitspanne, die ein Fremd­ körper für die Fallstrecke zwischen dem Metalldetektor und der Schleuse benötigt, reicht nicht aus, um die Schleuse noch rechtzeitig zu betätigen.

Hier setzt die Erfindung an. Die Aufgabe besteht darin, eine nach dem Prinzip der Rohrweiche arbeitende Schleusen­ vorrichtung mit einer sehr kurzen Ansprech- und Schließ­ zeit zu entwickeln.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Klappe im Ruhe­ zustand durch eine Torsionsfeder vorgespannt und durch eine elektrisch gesteuerte Arretiervorrichtung gehalten ist und daß die Arretiervorrichtung mit dem Metall­ detektor in Wirkverbindung steht.

Beim Passieren eines metallischen Fremdkörpers erzeugt der Metalldetektor ein Signal, das die Arretiervorrichtung betätigt (Alarmzustand).

Diese neue Schleusenvorrichtung eignet sich insbesondere für die Verarbeitung von pulverförmigen oder körnigen Schüttgütern in vertikal stehenden Anlagen. Hervorzuheben ist dabei die Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit sowie der geringe Wartungsaufwand, der auf die einfache und robuste Konstruktion zurückzuführen ist.

Um die Arretiervorrichtung auszulösen, ist ein Kraftele­ ment mit sehr kurzer Ansprechzeit erforderlich.

Vorzugsweise ist als Auslöser für die Arretiervorrichtung ein pyrotechnisches Kraftelement oder ein Elektromagnet vorgesehen.

Die Bewegung der Klappe beim Schließvorgang ist vorteil­ haft durch einen Anschlag derart begrenzt, daß die Klappe in der Anschlagposition mit ihrem Rand soeben an der Innenwand des Fallschachtes anliegt.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist in der Nähe des Anschlages ein Näherungsschalter angeordnet, der beim Schließvorgang ein elektrisches Signal zur Funktionskon­ trolle abgibt.

Eine Weiterentwicklung der Erfindung besteht darin, daß für die mechanischen Kontaktstellen bei der Arretiervor­ richtung und bei dem Anschlag für die Klappe funkenarme Werkstoffkombinationen vorgesehen sind.

Dadurch wird verhindert, daß beim Schließvorgang Funken entstehen, die normalerweise zu einer erheblichen Betriebs­ gefährdung führen.

Mit der Erfindung konnte zum ersten Mal eine Vorrichtung zum Ausschleusen von Metallteilen aus chemischen Anlagen realisiert werden, die im Vergleich zu den bekannten Vor­ richtungen eine extrem kurze Schließzeit besitzt. Die erreichten Schließzeiten liegen zwischen 40 und 70 ms. Demgegenüber besitzen handelsübliche Rohrweichen Umschalt­ zeiten von ca. 150 ms. Die kurzen Schließzeiten ermögli­ chen auch dann ein einwandfreies Funktionieren der Produkt­ schleuse, wenn aus baulichen Gründen nur eine relativ kurze Fallstrecke zwischen Metalldetektor und Produkt­ schleuse zur Verfügung steht. Dies ist bei einem nach­ träglichen Einbau der Schleusenvorrichtung in bereits vorhandene Anlagen praktisch immer der Fall. Die maximal nutzbare Bauhöhe liegt in solchen Fällen erfahrungsgemäß zwischen 50 cm und 100 cm.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die Schleuse im Ruhezustand den freien Querschnitt des Fallschachtes nicht beeinträchtigt. Ferner ist von Bedeutung, daß beim Zusammenbau der Schleuse handelsübliche Bauelemente ein­ gesetzt werden können und der apparative Aufwand für die neu zu fertigenden Teile relativ gering ist. Damit können die Investitionskosten niedrig gehalten werden.

Bei Verwendung eines Elektromagneten zum Betätigen der Arretiervorrichtung ist der Schließvorgang reversibel; d. h. die Produktschleuse kann ohne apparative Nach­ rüstung mehrfach hintereinander verwendet werden. Zu diesem Zweck muß die Klappe nur gegen den Widerstand der Torsionsfeder in ihre Ausgangsstellung (Ruhezustand) zurückgebracht werden.

In der Zeichnung ist die neue Vorrichtung in einem Aus­ führungsbeispiel rein schematisch dargestellt und nach­ stehend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht und

Fig. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung.

Gemäß Fig. 1 und 2 weist die Vorrichtung einen vertikalen Fallschacht 1 mit quadratischem Querschnitt auf. An seinem unteren Ende befindet sich ein Paßstück 2 als Übergang zu einem zylindrischen Produktrohr 3. Am oberen Ende schließt sich ein ebenfalls zylindrisches Einlaufrohr 4 an. An den Fallschacht 1 ist unter einem Winkel von ca. 45° ein Seitenrohr 5 angesetzt. Die Mündung des Seitenrohres 5 in den Fallschacht 1 ist im Ruhezustand durch eine um eine Welle 6 drehbare Klappe 7 verschlossen. Die Welle 6 ist so angeordnet, daß die Klappe 7 etwa bündig mit der Fallschachtwand abschließt. Auf diese Weise wird erreicht, daß der freie Querschnitt (Fallschachtweite w) im Ruhe­ zustand nicht durch die Schleuseneinbauten beeinträchtigt wird. Das Schüttgut kann im Normalzustand den Fallschacht 1 ungehindert passieren. Die Klappe 7 ist tangential an der Welle 6 befestigt (s. Fig. 2). Durch eine Schwenkung der Klappe 7 um den Winkel α (gestrichelte Position in Fig. 1) kann man erreichen, daß der Fallschacht 1 geschlos­ sen und das Seitenrohr 5 offen ist (Alarmzustand). Dabei liegt die äußere Kante 8 der Klappe 7 soeben an der Innen­ wand des Fallschachtes 1 an. Die optimale Dimensionierung der Klappe 7 im Hinblick auf eine möglichst kurze Schließ­ zeit wird im folgenden noch erläutert.

Im Ruhezustand (Seitenrohr 5 geschlossen) ist die Klappe 7 durch eine starke Torsionsfeder 9 (s. Fig. 2) vorgespannt. Die Torsionsfeder 9 ist in einem seitlich in Verlängerung der Welle 6 am Fallschacht 1 angesetzten Gehäuse 10 unter­ gebracht. Sie erzeugt an der Welle 6 ein Drehmoment von ca. 50 Nm. Im Ruhezustand ist die Klappe 7 durch eine außerhalb des Fallschachtes 1 angeordnete Arretiervorrich­ tung fixiert, die aus dem Hebel 11, dem rechtwinklig dazu angeordneten, um die Achse 12 drehbaren Arretierhebel 13 und dem Kraftelement 14 besteht. Der Hebel 11 ist mit der Welle 6 und damit auch mit der Klappe 7 starr verbunden. Am Ende des Hebels 11 befindet sich eine viertelkreisför­ mige Aussparung 15. Sie bildet im Ruhezustand die Auflage­ fläche für ein an dem Arretierhebel 13 angebrachtes dreh­ bares Röllchen 16. Das andere Ende des Arretierhebels 13 steht mit dem Kraftelement 14 in Verbindung. Das Kraft­ element 14 besteht entweder aus einem Elektromagneten mit kurzer Ansprechzeit oder einem pyrotechnischen Kraftele­ ment. Solche Kraftelemente sind als handelsübliche Bau­ elemente erhältlich. Das Kraftelement wird ebenso wie der Elektromagnet durch ein elektrisches Signal ausgelöst. Funktionswesentlich ist dabei ein in axialer Richtung verschiebbarer Kolben 17, der eine Kraft auf den Arretier­ hebel 13 ausübt. Das Kraftelement 14 ist elektrisch mit einem Metalldetektor verbunden, der in relativ kurzem Abstand oberhalb der Schleusenvorrichtung um das darüber befindliche Rohr 4 angeordnet ist. Er besteht aus einem induktiven Geber, bei dem die durch einen leitfähigen Fremdkörper verursachte Feldstörung zur Erzeugung eines elektrischen Signals ausgenutzt wird.

Solche Metalldetektoren gehören ebenfalls zum Stand der Technik und brauchen daher hier nicht ausführlich erläu­ tert zu werden. Durch das elektrische Signal wird das Kraftelement 14 betätigt und damit die Entarretierung der Klappe 7 ausgelöst. Bei diesem Vorgang drückt der Kolben 17 auf den Arretierhebel 13, so daß dieser aus der Ruhelage gekippt wird und den mit der Welle 6 starr verbundenen Hebel 11 freigibt. Damit ist auch die Klappe 7 freigegeben (Entarretierung). Unter der Wirkung der Torsionsfeder 9 wird die Klappe 7 um den Winkel α in den Fallschacht ge­ schwenkt (Position 7 a). Der Winkel α ist dadurch definiert, daß außerhalb des Fallschachtes ein Anschlag 18 für den Hebel 11 vorgesehen ist. Der Anschlag 18 wird so ange­ bracht, daß die Klappe 7 in der Anschlagposition mit ihrem Rand 8 soeben an der Innenwand des Fallschachtes 1 anliegt. Ein Näherungsschalter 19 meldet das Ende der Klappenbewe­ gung. Auf diese Weise ist eine Funktionskontrolle möglich. Um zu vermeiden, daß an dem Anschlag 18 sowie an den Kontaktstellen 8 beim Schließen bzw. Öffnen der Klappe 7 Funken entstehen, wird eine besondere Werkstoffkombina­ tion, nämlich Messing/Edelstahl, eingesetzt.

Ein wichtiger Gesichtspunkt für die Auslegung (Dimensio­ nierung) der Klappe 7 ist die Schließzeit, d. h. die Zeit, die zwischen der Erkennung eines Fremdkörpers durch den Metalldetektor und dem Vollzug der Schließbewegung ver­ streicht. Sie setzt sich additiv zusammen aus der An­ sprechzeit t ₁ des Kraftelementes 14 und der Zeit t ₂, die erforderlich ist, um die Klappe 7 aus der Ruhelage in die Schließstellung (Alarmzustand; gestrichelt gezeich­ net) zu schwenken. Es hat sich herausgestellt, daß man die Zeit t ₂ durch eine optimale Dimensionierung der Klappe 7 minimieren kann. Eine solche Minimierung wird bei einer vorgegebenen Fallschachtweite w dadurch er­ reicht, daß die Länge l der Klappe 7 so gewählt wird, daß der Schwenkungswinkel α für die Klappe 7 50° bis 80°, vorzugsweise 60° bis 70°, beträgt. Dies entspricht einem Neigungswinkel von 90° - α (Position 7 a) im Alarmzustand (Klappe geschlossen). Mit einer solchen Anordnung können Schließzeiten in der Größenordnung von 40 bis 70 ms rea­ lisiert werden, was eine Verbesserung von nahezu 100% gegenüber handelsüblichen Fremdkörperschleusen bedeutet.

Nach der Ausschleusung eines Fremdkörpers muß die Klappe 7 in die Ruhestellung zurückgebracht werden. Zu diesem Zweck ist die Welle 6 an ihrem äußeren Ende mit einer Sechskant- Mutter 20 versehen. Mit Hilfe eines Schraubenschlüssels wird dann die Welle gegen die Wirkung der Feder 9 um den Winkel α zurückgedreht, bis das Röllchen 16 des Arretier­ hebels 13 in die Aussparung 15 an dem starr mit der Welle 6 verbundenen Hebel 11 einrastet. Dieser Vorgang wird durch eine Rückholfeder 21 erleichtert, die dafür sorgt, daß der Arretierhebel 13 nach dem Auslösen (Entarretierung) von selbst wieder in seine Ausgangslage zurückschwenkt. Nach­ dem der Hebel 11 von neuem arretiert ist, ist die Schleusenvorrichtung bei Verwendung eines Elektromag­ neten als Kraftelement wieder betriebsbereit. Bei Ver­ wendung eines pyrotechnischen Kraftelementes (Einmal­ verwendung) muß zuvor ein neues, betriebsbereites Element eingebaut werden.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Ausschleusen metallischer Fremd­ körper aus Schüttgütern, bestehend aus einer von einem induktiven Metalldetektor gesteuerten Rohrweiche mit einem Fallschacht (1) und einem daran angesetzten Seiten­ rohr (5), wobei die Rohrweiche aus einer in den Fall­ schacht (1) einschwenkbaren und dessen gesamten Quer­ schnitt verschließenden Klappe (7) besteht; die Klappe (7) im Ruhezustand (Fallschacht offen) die Mündung des Seiten­ rohres (5) verschließt und dabei nahezu in der gleichen Ebene liegt wie die Fallschachtwand an der Mündung; und die Länge l der Klappe (7) im Verhältnis zur Weite w des Fallschachtes (1) so bemessen ist, daß die Klappe (7) im entarretierten Zustand (Alarmzustand) unter einem Winkel von 10° bis 40°, vorzugsweise 20° bis 30°, gegen die Horizontale den Fallschacht (1) abschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe (7) im Ruhezustand durch eine Torsionsfeder (9) vorgespannt und durch eine elek­ trisch gesteuerte Arretiervorrichtung (11, 12, 13, 14) gehalten ist und daß die Arretiervorrichtung (11, 12, 13, 14) mit dem Metalldetektor in Wirkverbindung steht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Auslöser für die Arretiervorrichtung (11, 12, 13, 14) ein pyrotechnisches Kraftelement vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Auslöser für die Arretiervorrichtung (11, 12, 13, 14) ein Elektromagnet vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der Klappe (7) beim Schließvorgang durch einen Anschlag (18) derart begrenzt ist, daß die Klappe (7) in der Anschlagposition mit ihrem Rand (8) soeben an der Innenwand des Fallschach­ tes (1) anliegt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe des Anschlages (18) ein Näherungsschalter (19) angeordnet ist, der beim Schließvorgang ein elektrisches Signal zur Funktions­ kontrolle abgibt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die mechanischen Kontakt­ stellen bei der Arretiervorrichtung (11, 12, 13, 14) und bei dem Anschlag (18) für die Klappe (7) funkenarme Werk­ stoffkombinationen vorgesehen sind.