DE3539144A1 - Vorrichtung zum beschicken von schuettgutbehaeltern und deren verwendung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Be­ schicken von entlüftbaren oder offenen Behältern für fein­ körniges Schüttgut in einem pneumatischen Fördersystem, insbesondere mit Dichtstromförderung. Weiter bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung der Vorrichtung.

In einem pneumatischen Fördersystem für feinkörniges Schüttgut werden mehrere Behälter, in der Regel als Silo ausgebildet, von einer Hauptleitung gespeist. Zu jeder Be­ schickungsöffnung in den Behältern führt eine von der Hauptleitung abzweigende Nebenleitung, gleichgültig ob pro Silo eine oder mehrere Eintrittsöffnungen ausgebildet sind. Neben diesen Abzweigungsleitungen müssen jedoch in bekannten Fördersystemen weitere Dispositionen getroffen werden, damit der Füllvorgang zum gegebenen Zeitpunkt be­ endet und der entsprechende Behälter verschlossen wird:

• - Für jede Beschickungsstelle sind zwei Ventile erforder­ lich, wobei je eines in der Hauptleitung und in der Ab­ zweigleitung anzuordnen ist.
• - Für jede Beschickungsstelle bzw. für jeden Behälter bei der Anordnung von mehreren Beschickungsstellen pro Behäl­ ter ist ein Niveauschalter erforderlich.

Beim Beschicken der Behälter werden sukzessive alle Be­ schickungsstellen bedient, indem die Hauptleitung unmittel­ bar nach der entsprechenden Abzweigleitung verschlossen und diese geöffnet wird. Dieser Vorgang wird durch eine elek­ tronische Schaltanlage, welche von den Niveauschaltern Re­ gelimpulse erhält, gesteuert.

Bei der Anordnung von mechanisch betätigbaren Absperrventi­ len haben sich oft Probleme ergeben, weil das feinkörnige bis staubförmige Schüttgut in die Lager eindringen und die­ se in ihrer Funktion empfindlich beeinträchtigen kann. In der DE-PS 30 22 656 und der EP-PS 26 735 wird eine wesent­ liche Verbesserung aufgezeigt, indem bei Dichtstromförder­ systemen Abzweigungen ohne mechanische Vorrichtungen in der Förderleitung verschlossen werden können. Mit Magnetventi­ len können in Verzweigungen Schüttgutpropfen gebildet wer­ den, die nicht bis zu dem in der Förderleitung angeordneten Kuppelhahn reichen. Dadurch können einerseits Leitungssy­ steme gebaut werden, die keine Verzweigungen bzw. kein Dreiwegehahn erfordern, und andererseits werden die die Förderleitungen verschliessenden Kugelhahnen vor einem di­ rekten Kontakt mit dem Schüttgut geschützt. Bei geöffnetem Kugelhahn ist der Kontakt mit dem feinkörnigen Schüttgut für den Kugelhahn weniger gefährlich. Bei Verzweigungslei­ tungen zum Beschicken von Behältern werden die die Druck­ luftleitung des Dichtstromfördersystems verschliessenden Magnetventile durch Niveauschalter gesteuert.

Der Erfinder hat sich die Aufgabe gestellt, in einem pneu­ matischen Fördersystem für feinkörniges Schüttgut mit meh­ reren Beschickungsstellen für entlüftbare Behälter, insbe­ sondere in Dichtstromfördersystemen, eine Vorrichtung zum Beschicken und Schliessen der Einfüllöffnung/en der Behäl­ ter zu schaffen, die weder Ventile noch individuelle Ni­ veauschalter erforderlich macht, wobei die Vorrichtung in einem breiten Verwendungsspektrum einsetzbar sein soll.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch

• - ein starr befestigtes Mantelrohr mit einem oberen Flansch und zwei im oberen Bereich eingesetzten Rohrstücken zum Einbau in die Förderleitung,
• - ein am oberen Flansch festgelegtes, das Mantelrohr dicht verschliessendes Huborgan aus flexiblem Material, welches vertikal zur Axialrichtung des Mantelrohrs mindestens die doppelte Innenfläche F _H der Innenfläche F _M des Man­ telrohrs aufweist,
• - ein in Axialrichtung bewegbares Schliessorgan für die Un­ terseite des Mantelrohrs, und
• - eine am Huborgan befestigte Zugstange mit höhenverstell­ barer Festlegung für das Schliessorgan,

wobei das Gewicht des in Axialrichtung bewegbaren Teils des Huborgans, des Schliessorgans und der Zugstange grösser als die Federkraft des Huborgans, jedoch kleiner als das Pro­ dukt, gebildet aus der Differenz der Flächen F _H und F _M und dem auf das Huborgan einwirkenden Überdruck in der Förderleitung ist, und die Entfernung des Schliessorgans vom unteren Rand des Mantelrohrs kleiner ist als der Hub des Huborgans.

Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung ist kein Auftrieb durch das feinkörnige Schüttgut verbunden. Sie hat deshalb nichts mit einem Schwimmkörper gemeinsam. Vielmehr wird die Schliessbewegung dadurch erzeugt, dass bei Einfüllstellung das Gewicht des bewegbaren Teils des Huborgans, der Zug­ stange und des Schliessorgans das Huborgan zusammendrückt. Erreicht das Schüttgut im Verlauf des Füllprozesses, unter Überschüttung des Schliessorgans, den unteren Rand des Mantelrohrs, so wird der zur Hebung des Schliessorgans not­ wendige Innendruck aufgebaut.

Nach einer ersten Variante besteht das Huborgan aus einem Balgzylinder, der im wesentlichen aus einem synthetischen Material, vorzugsweise synthetischem Gummi, besteht. Dieses Material kann eine Gewebeeinlage oder eine andere Armierung aufweisen, wie sie aus der Fahrzeugreifenindustrie bekannt sind. Der Balgzylinder besteht, je nach dem Hubbedarf für das Schliessorgan, vorzugsweise aus ein bis drei Einzelbäl­ gen mit einem Hub von zweckmässig je 20-100 mm. Die Deck­ fläche des Balgzylinders wird in der Praxis durch eine me­ tallische Platte gebildet, in welcher die Zugstange befe­ stigt ist. Weiter können die einzelnen Bälge ringförmige Metalleinlagen mit Stützfüssen haben, welche ein vollstän­ diges Aufeinanderliegen der Bälge verhindern und so den Druckaufbau erleichtern.

Nach einer weiteren Variante kann das Huborgan als Metall­ wellschlauch ausgebildet sein, welcher vorzugsweise aus Aluminium, Stahl oder Messing besteht und mit einer Platte zur Befestigung der Hubstange versehen ist.

Schliesslich kann das Huborgan als vorgeformte Membrane ausgebildet sein, die bei Druckanwendung von der unteren in die obere Stellung umklappt. Diese Membrane besteht bei­ spielsweise aus einem synthetischen Material, mit oder ohne Gewebeeinlage bzw. Armierung, oder einem Metall, wobei die­ selben Materialien wie beim Balgzylinder bzw. Metallwell­ schlauch verwendet werden. Vorrichtungen mit einem als vor­ geformte Membrane ausgebildeten Huborgan können jedoch nur verwendet werden, wenn verhältnismässig kleine Hübe erfor­ derlich sind, beispielsweise bis 40 mm.

Die Fläche des Huborgans F _H , welche bei Druckanwendung wirksam wird, beträgt vorzugsweise das 2-5 fache der Innen­ fläche des Mantelrohrs F _M . Aus praktischen Gründen wird die erfindungsgemässe Vorrichtung normalerweise so konzi­ piert, dass F _H den 2,5-3,5 fachen, insbesonderen etwa den 3 fachen Wert von F _M annimmt.

Das bei Druckanwendung mit dem unteren Rand des Mantelrohrs dichtend in Eingriff stehende Schliessorgan ist vorzugswei­ se als sich nach oben verjüngender Kegelstumpf ausgebil­ det. Das Schliessorgan kann jedoch auch als nach oben runde Halbkugel, Kugelzone, Kugelsektor, Kugelabschnitt oder auch als Kugel ausgebildet sein. Nach dem Hochziehen ragt das Schliessorgan teilweise in das Mantelrohr hinein, was der Schliessstellung entspricht.

Je nach Federkraft des Huborgans kann das Schliessorgan mindestens teilweise hohl ausgebildet sein, was die erfor­ derliche Hebekraft entsprechend reduziert.

Der dichtende Verschluss zwischen dem Schliessorgan und der unteren Öffnung des Mantelrohrs kann beispielsweise durch Einlegen einer Dichtung in das Mantelrohr verbessert wer­ den. Im einfachsten Fall wird ein O-Ring eingesetzt.

Die das Hub- und das Schliessorgan verbindende Zugstange ist nach einer ersten Variante auf einer Seite starr mit dem Huborgan bzw. dessen Deckplatte verbunden und trägt auf der andern Seite das Schliessorgan. Die in der erfindungs­ gemässen Vorrichtung eingesetzte Zugstange nach dieser Va­ riante durchgreift im Mantelrohr ein bis zwei daran befe­ stigte Führungen.

Nach einer zweiten bzw. dritten Variante ist die Zugstange mittels eines Scharniers oder eines Kugelgelenks an das Huborgan bzw. an dessen Deckplatte angelenkt. In diesem Fall fehlt die zentrierende Führung im Mantelrohr, durch die konus- oder kugelförmige Ausbildung des Schliessorgans wird dieses durch das Hochheben zentriert.

Die Zugstange kann als Gewindestange ausgebildet sein, wo­ durch sie in das Huborgan bzw. dessen Deckplatte ein­ schraubbar ist und sich die Höheneinstellung des Schliess­ organs mittels einer oben und unten eingesetzten Schrauben­ mutter anbietet. Selbstverständlich kann jedoch die Zug­ stange auch ohne Gewinde ausgebildet sein, wobei die starre Befestigung im Huborgan bzw. dessen Deckplatte mittels Schweissen und die Höhenverstellung des Schliessorgans mit anderen bekannten Klemm- oder Fixierorganen erfolgen kann.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann zum Beschicken und Schliessen von allen Behältern für feinkörniges Schüttgut verwendet werden, die nicht selektiv beschickt werden müs­ sen. Eine besonders vorteilhafte Verwendung besteht im Be­ schicken und Schliessen von Tonerdesilos auf Schmelzfluss­ elektrolysezellen zur Herstellung von Aluminium. Je nach Zellengrösse werden zwei bis sechs mit je einer erfindungs­ gemässen Vorrichtung bestückte Silos angeordnet. Beispiels­ weise alle sechs Stunden wird die zu den auf den Zellen an­ geordneten Silos führende Dichtstromförderanlage einge­ schaltet und diese Silos nachgefüllt. Mit derselben Haupt­ leitung können beispielsweise zwölf Elektrolysezellen be­ schickt werden, wobei diese Silos in Förderrichtung einer nach dem andern gefüllt wird. Der im letzten Silo angeord­ nete Niveauanzeiger bekannter Bau- und Funktionsart schal­ tet die Dichtstromförderanlage automatisch aus.

Sinngemäss kann die erfindungsgemässe Vorrichtung in zahl­ reichen Industriezweigen eingesetzt werden, wie in Förder­ anlagen für Kunststoffpulver, Zement oder Quarzpulver.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.

Die schematischen Längsschnitte zeigen:

Fig. 1 das Konzept einer Vorrichtung,

Fig. 2 eine erste Variante des Huborgans und der Befe­ stigung der Zugstange,

Fig. 3 eine zweite Variante des Huborgans und der Befe­ stigung der Zugstange, mit einem Schliessorgan,

Fig. 4 eine Variante der Vorrichtung, insbesondere des unteren Teils des Mantelrohrs mit dem Schliessor­ gan,

Fig. 5 der obere Bereich eines Silos mit eingesetzter Vorrichtung, zu Beginn des Beschickens,

Fig. 6 den Silo von Fig. 5, wobei das eingefüllte fein­ körnige Schüttgut das Mantelrohr erreicht hat, und

Fig. 7 den Silo von Fig. 5 und 6 am Ende des Beschik­ kens, mit hochgezogenem Schliessorgan.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zum Beschicken und Schliessen von entlüftbaren Behältern besteht im wesentli­ chen aus

• - einem Mantelrohr 10,
• - einem Huborgan 12,
• - einem Schliessorgan 14 und
• - einer Zugstange 16, welche das Hub- und das Schliessorgan in einem einstellbaren Abstand verbindet.

Im vorliegenden Fall besteht das Huborgan 12 aus einem dop­ pelten Balg. Dieser ist auf einem oberen Flansch 18 des Mantelrohrs 10 in bekannter Weise befestigt. Nach oben ist der aus synthetischem Gummi bestehende doppelte Balg mit einer ebenen, metallischen Deckplatte 20 an der Stelle 22 verschlossen. Im Bereich der Längsachse A des Mantelrohrs 10 ist die Zugstange 16 mit der Deckplatte 20 verschweisst und ragt axial in das Mantelrohr 10.

Im oberen Bereich des Mantelrohrs 10 sind zwei leicht nach oben geneigte Rohrstücke 24 diagonal gegenüberliegend ein­ gesetzt, welche an die Förderleitung angeschlossen werden und als Zufluss- bzw. Abflussrohr im Dichtstromförderungs­ system dienen. Die Leitung 26 für die Förderluft ist ge­ strichelt angedeutet.

Im Mantelrohr 10 sind in Abstand zwei Führungen befestigt, welche aus zwei rechtwinkligen Schenkeln 28 und einer Hülse 30 für die Zugstange 16 bestehen.

Im unteren Bereich der Zugstange 16 ist das als sich nach oben verjüngender, hohler Kegelstumpf ausgebildete Schliessorgan 14 mittels Schraubenmuttern 32 befestigt, wo­ bei die Zugstange 16 im unteren Bereich mit einem entspre­ chenden Gewinde 33 versehen ist.

Auf der Konusfläche ist ein Schnittkreis K eingezeichnet, der exakt dem Umfang des inneren Querschnitts des Mantel­ rohrs 10 entspricht. Der Abstand h dieses Schnittkreises K vom unteren Rand 34 des Mantelrohrs 10 entspricht der Hub­ höhe des als doppelter Balg ausgebildeten Huborgans 12, was aus der strichpunktiert gezeichneten Schliesslage ersicht­ lich ist.

Der Innendurchmesser d des Mantelrohrs 10 begrenzt die Flä­ che F _M , der Innendurchmesser D eines Balgs die Fläche F _H .

Das Eigengewicht des Schliessorgans 14, der Zugstange 16 und des beweglichen Teils des Huborgans 12 zieht den dop­ pelten Balg zusammen. Metallringe 36 mit abkragenden Nocken bzw. in radialer Richtung verlaufenden Öffnungen verhin­ dern, dass ein Balg vollständig verschlossen wird.

Nach Fig. 2 ist das Huborgan 12 aus Metallwellschlauch aus­ gebildet, wobei die Zugstange 16 über ein Scharnier 40 an der Deckplatte 20 befestigt ist. So kann die Zugstange 16 im Mantelrohr 10 frei pendeln, falls ihre Bewegungsfreiheit nicht durch eine Führung im Metallrohr eingeschränkt ist.

In Fig. 3 ist das Huborgan 12 als umklappbare Membrane aus­ gebildet. Die obere, bei Druckanwendung erreichte Lage ist gestrichelt eingezeichnet. Die Zugstange 16 ist über ein Kugelgelenk 42 an der Membrane bzw. an einer Halterung 44 befestigt. Damit ist die Zugstange im Mantelrohr 10 allsei­ tig beweglich und wird durch das Einziehen des Schliessor­ gans 14 zentriert. Das Schliessorgan 14 ist als Kegelstumpf ausgebildet.

Gemäss Fig. 4 ist das Schliessorgan 14 als hohle, nach un­ ten offene Halbkugel ausgebildet, die mittels zweier Schraubenmuttern 32 auf der Zugstange 16 befestigt ist. Das Schliessorgan 12 ist in angehobener Stellung gezeichnet, im Innern des Mantelrohrs 10 und des Huborgans 12 ist ein Druck aufgebaut. Der untere Rand 34 des Metallrohrs trägt zum besseren Verschluss bei, indem eine als O-Ring ausge­ bildete Dichtung 35 eingelegt ist, welche direkt auf der Kugeloberfläche aufliegt.

Die Fig. 5 bis 7 zeigen, stark stilisiert, in Tonerdesilos, von denen nur der obere Teil dargestellt ist, eingesetzte erfindungsgemässe Vorrichtungen, wobei ebenfalls der Ablauf des Beschickungsprozesses dargestellt wird. Die Tonerdesi­ los 48 haben mindestens eine Entlüftungsleitung 50 oder einen entsprechend ausgebildeten Entlüftungsmantel, wobei deren oberer Rand 52 so angeordnet ist, dass die Luft unge­ hindert eintreten kann, aber das eingefüllte Schüttgut bei maximaler Füllstellung diese Eintrittsöffnung wegen des Schüttwinkels nicht erreichen kann. In der Praxis sind die Silos 48 oben verschlossen und das Mantelrohr 10 in der/den Einfüllöffnung/en befestigt.

Nach Fig. 5 erreicht die Tonerde 56 mit der zur Dichtstrom­ förderung erforderlichen Luftmenge über die Einspeiselei­ tung 54 die Vorrichtung. Wegen des Eigengewichts des kegel­ stumpfförmigen Schliessorgans 14, der Zugstange 16 und der Deckplatte 20 ist das aus einem Balg bestehende Huborgan 12 in zusammengedrückter Position. Die Tonerde 56 fällt über den Kegelstumpf in den Silo 48, die Luft strömt ebenfalls in den Behälter und durch die Entlüftungsleitung 50 ins Freie.

Dieser Füllvorgang dauert so lange an, bis die Tonerde 56 den unteren Rand 34 des Mantelrohrs 10 erreicht hat. Dieses Stadium ist in Fig. 6 dargestellt. Jetzt wird die freie Luftausströmung in den Tonerdesilo 48 vorerst reduziert und bei weiterem Auffüllen ganz unterbrochen. Dadurch bildet sich im Mantelrohr und Huborgan ein Druckanstieg. Ein Teil der Tonerde 56 füllt das Mantelrohr 10, ein anderer Teil wird bereits zum nächsten Tonerdesilo geführt.

Da die Fläche F _H des Balges etwa dreimal so gross ausge­ bildet ist wie die Innenfläche F _M des Mantelrohrs, ent­ steht allmählich, bei sich stets erhöhendem Innendruck, eine zum Heben des Schliessorgans 14 und der Zugstange 16 ausreichende Kraft. Der maximale Druck im Mantelrohr 10 und Huborgan 12 ist erreicht, wenn das Schliessorgan nach dem Zurücklegen des Hubs h an den unteren Rand 34 des Mantel­ rohrs 10 anschlägt und satt am Mantelrohr 10 anliegt. Die­ ses Stadium ist in Fig. 7 dargestellt.

Nach dem Verschluss des ersten Tonerdesilos besteht für das feinkörnige Schüttgut und die Luft dieser erste Weg des ge­ ringsten Widerstandes nicht mehr, alle Tonerde 56 wird von der Förderkraft zum nächsten Silo geführt, welcher eben­ falls mit einer erfindungsgemässen Vorrichtung versehen ist. Dort wird der gleiche, in Fig. 5 bis 7 dargestellte Füllprozess wiederholt.

Der letzte Tonerdesilo in der Reihe enthält einen Niveau­ schalter, welcher bei vollem Silo die Dichtstromförderanla­ ge ausschaltet.

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Beschicken von entlüftbaren oder offe­ nen Behältern für feinkörniges Schüttgut in einem pneu­ matischen Fördersystem, insbesondere mit Dichtstromför­ derung,
gekennzeichnet durch

• - ein starr befestigtes Mantelrohr (10) mit einem obe­ ren Flansch (18) und zwei im oberen Bereich einge­ setzten Rohrstücken (24) zum Einbau in die Förderlei­ tung,
• - ein am oberen Flansch (18) festgelegtes, das Mantel­ rohr (10) dicht verschliessendes Huborgan (12) aus flexiblem Material, welches vertikal zur Axialrich­ tung (A) des Mantelrohrs (10) mindestens die doppelte Innenfläche (F _H ) der Innenfläche (F _M ) des Mantel­ rohrs (10) aufweist,
• - ein in Axialrichtung (A) bewegbares Schliessorgan (14) für die Unterseite des Mantelrohrs (10), und
• - eine am Huborgan (12) befestigte Zugstange (16) mit höhenverstellbarer Festlegung für das Schliessorgan (14),

wobei das Gewicht des in Axialrichtung (A) bewegbaren Teils des Huborgans (12), des Schliessorgans (14) und der Zugstange (16) grösser als die Federkraft des Hub­ organs, jedoch kleiner als das Produkt, gebildet aus der Differenz der Flächen (F _H ) und (F _M ) und dem auf das Huborgan (12) einwirkenden Überdruck in der Förderleitung ist, und die Entfernung (h) des Schliess­ organs (14) vom unteren Rand (34) des Mantelrohrs (10) kleiner ist als der Hub des Huborgans (12).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Huborgan (12) ein Balgzylinder im wesentlichen aus einem synthetischen Material, vorzugsweise synthe­ tischem Gummi, ist, wobei eine metallische Deckplatte (20) zur Befestigung der Zugstange (16) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Huborgan (12) ein Metallwellschlauch, vorzugs­ weise aus Stahl, Aluminium oder Messing, ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Huborgan (12) eine vorgeformte Membrane ist, die vorzugsweise aus einem synthetischen Material oder einem Metall besteht und von einer Lage in die andere kippbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche (F _H ) des Huborgans (12) das 2-5 fache, vorzugsweise das 2,5-3,5 fache der Innenfläche (F _M ) des Mantelrohrs (10) beträgt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schliessorgan (14) als sich nach oben verjüngender Kegelstumpf, als nach oben runde Halbkugel, Kugelzone, Kugelsektor, Kugelabschnitt oder als Kugel ausgebildet ist, wobei das Schliessorgan (14) in Schliessstellung teilweise in das Mantelrohr (10) hineinragt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schliessorgan (14) mindestens teilweise hohl ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugstange (16) starr, vorzugs­ weise mittels eines Gewindes oder einer Schweissnaht, mit dem Huborgan (12) bzw. dessen Deckplatte (20) ver­ bunden ist und 1-2 im Mantelrohr (10) befestigte Füh­ rungen (26) durchgreift.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugstange (16) mittels eines Scharniers (40) oder eines Kugelgelenks (42) an das Huborgan (12) bzw. an dessen Deckplatte (20) angelenkt ist.

10. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auf einem Tonerdesilo zur Speisung von Schmelz­ flusselektrolysezellen für die Herstellung von Alumini­ um, einem Kunststoffpulversilo, einem Zementsilo oder einem Quarzsilo für Giessereien.