DE3527293A1 - Anordnung zur beruehrungslosen gewichtsmessung an rohrmuehlen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur berüh­ rungslosen Gewichtsmessung an Rohrmühlen zum Zer­ mahlen von Schotter mittels eines um seine Längsachse horizontal drehbar gelagerten Rohres.

Eine solche Rohrmühle besteht im wesentlichen aus einem von außen angetriebenen, sich um seine horizon­ talliegende Längsachse drehenden Rohr, dessen eine Öffnung mit einem Einfüllstutzen zum Zuführen des zu zerkleinernden Materials und dessen andere Öffnung mit einem trichterförmigen Entleerungsstutzen verbun­ den ist, durch den das zerkleinerte Material abgeführt wird. Das Rohr ist mit nach innen ragenden Rippen oder Stacheln in Form von Bolzen versehen, die das Mahlgut in Drehrichtung der Trommel so weit nach oben beför­ dern, bis es durch die eigene Schwerkraft wieder nach unten fällt, wobei es im Verlauf des Mahlprozesses zer­ kleinert wird. Zur Verbesserung der Zerkleinerungswir­ kung ist im inneren des Rohres häufig noch eine be­ stimmte Anzahl von Metallkugeln angeordnet, die in den Prozeß des Anhebens und Niederfallens einbezo­ gen sind und dadurch die Zerkleinerungswirkung ver­ bessern.

Der Wirkungsgrad einer solchen Rohrmühle ist bei gegebener Drehzahl im wesentlichen abhängig vom Füllungsgrad, d. h. von der Gesamtmasse des im Rohr befindlichen Materials. Es hat nun verschiedene Versu­ che gegeben, den Füllungsgrad zu ermitteln und ihn soweit wie möglich während des Zerkleinerungsprozes­ ses konstant zu halten. Solche Methoden der direkten oder indirekten Bestimmung des Füllungsgrades sind in der DE-OS 28 11 490 beschrieben. Methoden zur direk­ ten Ermittlung des Füllungsgrades bestehen darin, das Gewicht des Rohres dadurch zu bestimmen, daß es auf Waagen gelagert ist oder daß der Öldruck in den Stütz­ lagern gemessen wird. Diesen Methoden ist der Nach­ teil gemeinsam, daß die statische Gewichtsgröße durch zahlreiche dynamische Prozesse überlagert ist und, im Falle der Öldruckmessung, die temperaturabhängige Viskosität des Öls sowie Alterungs- und Verschmut­ zungsprozesse die Messungen verfälschen. Bei einer in­ direkten Methode wird der von der Füllung des Rohres während des Zerkleinerungsprozesses verursachte Lärm über außen angebrachte Mikrophone dadurch be­ stimmt, daß die von den Mikrophonen gelieferten, den Schallwellen entsprechenden elektrische Schwingungen ausgewertet werden. Eine Methode dieser Art ist in der DE-OS 32 19 647 im einzelnen beschrieben. Der Nach­ teil der Erfassung des Füllungsgrades über elektro-aku­ stische Wandler besteht vor allem darin, daß ein erhebli­ cher Aufwand betrieben werden muß, um Störungen durch Fremdgeräusche, Raumresonanzen usw. zu elimi­ nieren. Bei einer weiteren in der DE-OS 28 11 490 be­ schriebenen indirekten Methode wird das vom An­ triebsmotor des Rohres aufzubringende Drehmoment (Lastmoment) gemessen, um daraus über eine mathe­ matische Umrechnung den Füllungsgrad zu bestimmen. Auch diese Methode ist aber wegen der zahlreichen dynamischen Überlagerungen und ihrer Abhängigkeit von der jeweiligen Konsistenz des Malgutes (Feuchtig­ keit, Dichte) nur sehr bedingt für die Füllungsgradbe­ stimmung brauchbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die den indirekten Methoden wegen ihrer Abhängigkeit einer­ seits von der räumlichen Umgebung und andererseits von bestimmten Mahlgutparametern anhaftenden Män­ gel ebenso zu vermeiden, wie die Meßfehler, die bei den bisher bekannten durch Gewichtsmessung den Fül­ lungsgrad bestimmenden Anordnungen wegen ihrer Abhängigkeit von überlagerten dynamischen Prozessen und von Umgebungseinflüssen auftreten und die nur mit einem erheblichen Aufwand an Kompensationsmitteln einigermaßen zu beherrschen sind.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Dadurch ist erreicht, daß der Füllungsgrad über eine mit einfachen und robusten Mitteln vorgenommene indirekte Gewichtsermittlung bestimmbar ist, die von äußeren Einflüssen praktisch unabhängig ist und die sich darüberhinaus mit einfachen und preiswerten Standardbauelementen realisieren läßt.

Durch die im Patentanspruch 2 angegebene Maßnah­ me ist erreicht, daß sich zeitlich symmetrische dynami­ sche Störungen, die etwa von einer Rohrexentrizität hervorgerufen werden, herausmitteln lassen.

Durch die im Patentanspruch 3 angegebene Weiter­ bildung können auch zeitlich unsymmetrische, d. h. spontane, etwa von den abstürzenden Massen des Füll­ materials herrührende Schwingungen über je eine Um­ drehung des Rohres ausgemittelt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachste­ hend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Rohrmühle in stark schematisierter Form,

Fig. 2 einen antriebsseitigen Querschnitt,

Fig. 3 eine Teilansicht des Antriebsmotors nach Fig. 1 in teilweise geschnittener Darstellung und

Fig. 4 das elektrische Prinzipschaltbild der Meßan­ ordnung.

Gemäß Fig. 1 ruht die rohrförmige Trommel 1 in ho­ rizontaler Lage auf sogenannten Schuhlagern, betehend aus je einem, die Trommel umgebenden und an ihr befe­ stigten Gleitring 2 sowie auf Fundamenten 3 kugelbe­ weglich abgestützten Gleitschuhen 4. Die Einfüllseite des Rohres ist mit dem Rotor 5 eines Ringmotors ver­ bunden, dessen Stator 6 an einem fundamentgetragenen Gehäuse 7 befestigt ist. Am Gehäuse 7 ist ein Einfüllbe­ hälter 8 mit Einfülltrichter 9 angesetzt. Das entgegenge­ setzte Ende des Rohres 1 besitzt eine Austrittsöffnung 10, aus dem das zerkleinerte Material über ein Abfüll­ rohr 11 einer nicht dargestellten Fördereinrichtung zu­ geführt wird, die das zerkleinerte Material beispeilswei­ se einem Silo zuleitet. Das Rohr 1 ist mit nach innen ragenden Stahlbolzen 12 versehen, die dazu dienen, das eingefüllte Material 13 bei entsprechender Drehung der Trommel um einen von der Materialbeschaffenheit und der Trommeldrehzahl abhängigen Betrag "mitzuneh­ men" nach dessen Erreichen es durch eigene Schwer­ kraft wieder nach unten zurückfällt und sich dadurch selbst zerkleinert. Durch im Inneren der Trommel ange­ ordnete, nicht dargestellte Leitbleche, wird das Material von der Eingangsseite zum Ausgang hin stetig weiterge­ schoben.

Der Stator 6 ist mit nicht dargestellten Mitteln am Gehäuse 7 (Fig. 2) befestigt, das seinerseits über Stütz­ lager 14, 15 auf dem Fundament gelagert ist. Die Rotor­ wicklung ist über Anschlußschienen 16 mit den Schleif­ ringen 17 verbunden, die an einem ringförmigen Isolier­ körper 18 gehaltert sind.

In Fig. 3 ist ein Ausschnitt des unteren Teils des Ring­ motors in vergrößerter und teilweise geschnittener Dar­ stellung gezeigt, aus dem die auf dem Isolierring 18 befestigten Schleifringe 17 deutlicher zu erkennen sind. Am Rotor 5 ist ein Halterungsring 19 angebracht, an dem der Isolierring 18 mittels der Bolzen 20 befestigt ist. Der Raum um die Schleifringe ist umgeben von einer hohlringförmigen, am Fundament befestigten Abdeck­ haube 21, an deren motorseitiger Kante ein Dichtungs­ ring 22 befestigt ist, der auf dem Halterungsring 19 glei­ tet. Die Abdeckhaube 21 besitzt eine von einem Deckel 23 verschließbare Öffnung 24, die den Zugang zu den an Haltewinkeln 25 befestigten Sensoren 29 ermöglicht. Die auf den Schleifringen 17 gleitenden Kohlebürsten sind nicht dargestellt.

Von ausschlaggebender Bedeutung für den optimalen Betrieb der Mühle ist, wie bereits ausgeführt, der Fül­ lungsgrad des Rohres 1. Als die sicherste Methode zur Füllungsgradbestimmung hat sich die kontinuierliche Gewichtsüberwachung des Füllstoffes 13 erwiesen. Bei der im folgenden beschriebene elektrischen Methoden der kontinuierlichen Abstandsmessung zwischen Anla­ geteilen, die durch das zugeführte Material einer Biege­ belastung ausgesetzt sind, gegenüber feststehenden An­ lageteilen mittels elektromagnetischer Sensoren treten die eingangs erwähnten Nachteile der mechanischen und akustischen Methoden nicht auf. Außerdem können die gewichtsproportionalen elektrischen Meßwerte elektronisch verarbeitet, d. h. durch Korrekturgrößen, die gewichtsabhängigen Änderungen unterliegen, auf einfache Weise berichtigt werden, so daß sehr zuverläs­ sige Gewichtsangaben gewonnen werden können.

Zu diesem Zweck werden an geeigneten Stellen, näm­ lich solchen, die um einen gewissen Hebelarm von den Lagerflächen 2, 4 entfernt sind, Sensoren 29 in entspre­ chendem Abstand a an einem feststehenden Teil der Anlage, beispielsweise der Haube 21 (Fig. 3) so befe­ stigt, daß sie einem mit dem Rohr 1 mechanisch fest verbundenen Teil als Bezugsfläche, beispielsweise ei­ nem der Schleifringe 17, in geeignetem Abstand gegen­ überliegen. Das Rohr erleidet nun in Abhängigkeit vom Gewicht der Füllung eine elastische Biegung in der Grö­ ße des Winkels Alpha um die von den Schuhlagern 3,4 gebildeten Drehpunkte. Dies führt zu einer entspre­ chenden gewichtsabhängigen Abstandsänderung Delta a zwischen Sensor und Bezugsfläche, die vom Sensor in eine elektrische Größe umgesetzt wird. Dabei können auch mehrere Sensoren über den Umfang der Bezugs­ fläche verteilt werden, so daß Unrundheiten und durch Materialverlagerungen hervorgerufene Anderungen der Biegerichtung ausgemittelt werden.

Anhand eines Prinzipschaltbildes ist in Fig. 4 die elek­ trische Funktionsweise der Meßanordnung dargestellt. Die in Serie geschalteten Spulen 28 der Sensoren 29 bilden zusammen mit einem Hochfrequenzgenerator 30, der eine Meßspannung mit einer Frequenz von bei­ spielsweise 100 kHz erzeugt, und einem Meßwiderstand 31 eine Serienschaltung. Da es sich bei den Sensoren 28, 29 um Elektromagnete mit offenem Magnetkreis han­ delt, entsteht im Material der Bezugsfläche, beispiels­ weise dem Schleifring 17 ein örtlicher Wirbelstrom, des­ sen Rückwirkung auf die Sensorspule abstandsabhängig ist. Demzufolge entsteht am Meßwiderstand 31 ein ab­ standsabhängiger Spannungsabfall, der an einen Diffe­ renzverstärker 32 gelangt, der daraus eine abstandsab­ hängige Meßspannung erzeugt, die einem Analog-Digi­ tal-Wandler 33 zugeführt ist. Dessen digitalisierte ab­ standsabhängige Signale werden von einem Computer 34 in Gewichtswerte umgerechnet und zur Visualisie­ rung beispielsweise einem Sichtgerät 35 zugeführt.

Je nach der Mühlenkonstruktion kann es notwendig sein, die vom Sensor gemessenen Abstandswerte zu korrigieren.

Dabei können beispielsweise dem Computer über den Bus 36 Korrekturwerte für die gewichtsabhängige Dicke des Ölfilms der Schuhlager zugeführt werden. Auch kann es sich als notwendig erweisen, die gemesse­ nen Abstandswerte über eine oder mehrere Umdrehun­ gen des Rohres 1 zu mitteln. Dazu könnem dem Compu­ ter dem Drehwinkel des Rohres 1 entsprechende Werte zugeführt werden.

Es ist natürlich auch möglich, die Sensoren an jeder geeigneten anderen Stelle als der in Fig. 3 gezeigten anzuordnen. Wichtig ist nur, daß die gewählten Stellen einen genügend langen Hebelarm von der jeweiligen Rohrlagerung aufweisen, damit der Elastizitätswinkel in eine geeignete Abstandsänderung Delta a zwischen dem Sensor und der betreffenden Bezugsfläche umge­ setzt wird. Auch können die Gewichtswerte über einen Bus 37 als Istwert für einen nicht dargestellten Regel­ kreis zur Beeinflussung der Materialbeschickung im Sinne der Konstanthaltung des Füllungsgrades des Roh­ res 1 verwendet werden.

Claims (3)

1. Anordnung zur berührungslosen Gewichtsmes­ sung an Rohrmühlenanlagen zum Zermahlen von Schotter mittels eines auf Fundamentteilen um sei­ ne Längsachse horizontal drehbar gelagerten Roh­ res, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung gebildet ist, aus in geringem Abstand vom Außen­ mantel des Rohres (1) oder mit diesem mechanisch fest verbundenen Bauelementen als Bezugsfläche auf Fundamentteilen (7, 21) in geeignetem axialen Abstand von einem der Rohrlager (3, 4) angeordne­ ten elektromagnetischen Sensoren (28, 29), die eine von ihrem Abstand zum Außenmantel des Rohres abhängige elektrische Meßgröße erzeugen, sowie Meßwertverarbeitungsstufen (32, 33, 34), die aus der Meßgröße und anlageabhängigen Korrektur­ größen eine das Gewicht des jeweils im Rohr be­ findlichen Materials (13) repräsentierende elektri­ sche Größe ermitteln und schließlich Registrier­ bzw. Anzeigemittel (35) zur Umsetzung dieser Grö­ ße in den entsprechenden Gewichtswert und des­ sen Registrierung und/oder Visulalisierung.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Sensoren (28, 29) Elektromagnete mit offenem Magnetkreis benutzt sind, deren Ma­ gnetspulen (28) von einem Hochfrequenzgenerator (30) gespeist sind, und die Meßgröße aus dem am Spulenstrom durchflossenen Meßwiderstand (31) auftretenden, von der jeweiligen Luftspaltgröße zwischen Sensor und Bezugsfläche abhängigen Spannungsabfall dadurch gebildet ist, daß der Spannungsabfall zusammen mit den aus dem unbe­ lasteten Zustand des Rohres (1) ermittelten, vom Eigengewicht des Rohres und seiner Exzentrität abhängigen statischen und über eine Umdrehung gemittelten dynamischen Grundgrößen einem Rechner (34) zugeführt ist, der daraus den Meßwert errechnet.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Sensoren (28, 29) in der unteren Hälfte des Rohres über den Umfang der Bezugsfläche verteilt angeordnet sind, deren Meßwerte gemittelt werden.