DE3612282A1 - Verfahren zur messung der feuchtigkeit von schuettelstoffen im fliessenden materialstrom - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Feuchtig­ keit von Schüttstoffen im fließenden Materialstrom sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es gibt viele Verfahren, bei denen zur weiteren Verarbeitung und/oder Mischung Schüttstoffe im fließenden Materialstrom zu­ geführt werden, wobei die Kenntnis des Feuchtigskeitsgehalts der Schüttstoffe von besonderer Bedeutung ist.

Beispielsweise ist es bei der Aufbereitung von Formsand für Gießereien wichtig, den Feuchtigkeitsgehalt des Formsandes zu kennen.

Bei der Herstellung von Beton, der aus einem erhärteten Gemisch aus Wasser, Zement, Zuschlägen wie Sand und Kies sowie eventuel­ len weiteren Zusatzmitteln und Zusatzstoffen besteht, ist die richtige Dosierung von Wasser und Zement wesentlich, da von die­ ser die Verarbeitbarkeit (Plastizität) des Frischbetons sowie die Festigkeit des erhärteten Betons abhängt. Weisen die Bestand­ teile des zu mischenden Betons einen konstanten bekannten Feuch­ tigkeitsgehalt auf, ist die Dosierung nicht schwierig. Problema­ tisch ist die Herstellung der Mischung jedoch dann, wenn der Feuchtigkeitsgehalt der Zuschläge unbekannt ist und sich über­ dies noch über die Dauer der Dosierung ändert. Änderungen des Feuchtigkeitsgehalts der Zuschlagstoffe von Charge zu Charge lassen sich üblicherweise wegen der Inhomogenität des Inhalts von Zuschlagsilos nicht ändern. Eine an sich mögliche Homogeni­ sierung der Zuschlagstoffe würde unvertretbar hohe Kosten zur Folge haben. Um qualitätvolle Betongemische herzustellen, ist es daher erforderlich, den Feuchtigkeitsgehalt der Zuschläge zu ermitteln, um die Wasser- und Zuschlagsbilanz entsprechend kor­ rigieren zu können.

Um den Feuchtigkeitsgehalt der Zuschlagstoffe zu ermitteln, die üblicherweise vor ihrer Mischung in Zuschlagsilos bevorratet sind, gibt es verschiedene Möglichkeiten, bei denen zur Ermitt­ lung des Feuchtigkeitsgehalts Sonden oder Meßfühler verwendet werden. Selbst wenn die Meßfühler eine ausreichende Meßgenauig­ keit aufweisen, läßt sich häufig noch immer nicht der richtige Feuchtigkeitsgehalt der Zuschlagstoffe ermitteln. Denn der Erfas­ sungsbereich der Sonde ist regelmäßig kleiner als die Größe der zu mischenden inhomogenen Charge der Zuschlagstoffe, so daß es in der Regel nicht gelingt, den Mittelwert der Chargenfeuchte zu bestimmen. Eine Mittelwertbildung durch mit mehreren Sonden ausgeführte Messungen ist aufwendig und häufig konstruktiv nur schwierig durchzuführen.

Würde in einem Vorratssilo für Zuschlagstoffe der Meßfühler an der Wandung des Silos in dessen Auslaufbereich oder oberhalb von diesem im noch stehenden Material angeordnet werden, würden sich bei Messungen vor oder während der Dosierung große Ungenauigkei­ ten wegen der Inhomogenität des Materials und der Schwierigkeit einer hinreichend genauen Mittelwertbildung ergeben.

Würde die Messung im Auslaufbereich des Silos mit Meßfühlern ausgeführt werden, die den Feuchtigkeitsgehalt des ausfließenden Materials erfassen, würden sich Ungenauigkeiten bei der Mittel­ wertbildung ergeben, da das Gut wegen des wechselnden Fließver­ mögens und Fließverhaltens unterschiedliche Dichten aufweist. Weiterhin lassen sich Verschmutzungen des Meßfühlers nicht ver­ meiden, die die Meßgenauigkeit beeinträchtigen. Eine ständige Reinigung des Meßfühlers und die erforderliche Dichtekompensa­ tion dürften sich aber kaum ausführen lassen. Bisher ist kein Verfahren zur Messung des Feuchtigkeitsgehalts von Schüttstoffen im fließenden Materialstrom bekanntgeworden, das die Inhomogeni­ täten des Material berücksichtigt und durch eine geeignete Mit­ telwertbildung zu hinreichend genauen Meßergebnissen kommt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs angegebenen Art vorzuschlagen, das in einfacher Weise eine hin­ reichend genaue Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts einer Charge von Schüttstoffen gestattet, deren Feuchtigkeit über die Menge der Charge unterschiedlich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der gat­ tungsgemäßen Art dadurch gelöst, daß der Materialstrom nach frei­ em Fall über eine vorbestimmte Höhe durch eine schrägstehende Prallplatte abgelenkt und die Feuchtigkeit der strömenden Schütt­ stoffe durch einen in oder über der Prallplatte befindlichen Meßfühler kontinuierlich oder in vorbestimmten Zeitabständen gemessen wird und daß die Meßwerte über die Ausströmzeit gemit­ telt werden.

In überraschender und noch nicht vollständig geklärter Weise gestattet das erfindungsgemäße Verfahren die Messung des Feuch­ tigkeitsgehalts von Schüttstoffen beispielsweise einer inhomo­ genen Zuschlagscharge im fließenden Materialstrom. Vermutlich werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die bei bekannten Verfahren genauere Messungen beeinträchtigenden Dichteschwankun­ gen des Materials dadurch vermieden, daß das zuvor bei dem Aus­ strömen gelockerte Material über eine vorbestimmte konstant bleibende Höhe fällt und auf die Prallplatte trifft, auf der es in reproduzierbarer und gleichbleibender Weise verdichtet wird. Weiterhin gleitet das auf die Prallplatte treffende Mate­ rial mit etwa gleichbleibender konstanter Geschwindigkeit über diese ab, so daß auch unterschiedliche Strömungsgeschwindigkei­ ten das Meßergebnis nicht wesentlich beeinträchtigen können. Schließlich kann davon ausgegangen werden, daß der Feuchtig­ keitsgehalt über die jeweilige Dicke der über das Prallblech strömenden Schicht konstant ist, so daß der üblicherweise nur geringe Meßbereich des Meßfühlers ausreicht, um genügend genaue Meßergebnisse zu erzielen.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet in einfacher Weise durch eine kontinuierliche oder getaktete Messung eine Mittel­ wertbildung, so daß sich der Feuchtigkeitsgehalt der jeweils ausfließenden Charge der Schüttstoffe mit hoher Genauigkeit bestimmen läßt. Ein Verschmutzen des Meßfühlers ist ebenfalls nicht zu befürchten, weil dieser durch das über ihn hinwegglei­ tende, abrasive Material gereinigt wird.

Ein in der Prallplatte angeordneter Meßfühler kann beispiels­ weise aus einem nach dem dielektrischen Prinzip arbeitenden Feuchtigkeitsmesser bestehen. Es kann auch beispielsweise ein Ultrarot-Reflektionsfühler verwendet werden, der über der Prall­ platte angeordnet werden könnte.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Menge (Gewicht oder Masse) des Materialstroms der Schüttstoffe durch Wiegen gemessen und dieser unterbrochen wird, wenn ein vorbestimmtes Gewicht des Materials, das jeweils um das dem gemessenen Wasseranteil entsprechende Gewicht des Materials erhöht wird, über die Prallplatte geflossen ist. Durch die gleichzeitige Erfassung des Feuchtigkeitsgehalts und der Masse oder des Gewichts der im fließenden Materialstrom zugeführten Schüttstoffe läßt sich die dem gemessenen Wasseranteil entspre­ chende Fehlmenge des Materials an jeder Charge kompensieren. Weiterhin kann der gemessene Wasseranteil bei dem Zumessen der Wassermenge berücksichtigt werden. Die Messung des Gewichts der jeweiligen Chargenkomponente erfolgt am einfachsten durch Wiegen des diese während der Dosierung aufnehmenden Behälters.

Während des Dosierprozesses kann ein Dosierrechner laufend die momentanen Mittelwerte der Feuchte übernehmen, laufend die Wasser-Zuschlagskorrektur durchführen und bei einer gegenüber der vorgegebenen trockenen Zuschlagsmenge bei einer um die Feuchte erhöhten Anzeige der Waage die Dosierung beenden. Die ermittelte Feuchte wird bei der Wasserdosierung berücksichtigt.

Fehler bei der Mittelwertbildung der Feuchtigkeitswerte über die Ausströmzeit können sich ergeben, wenn der Materialstrom unter­ brochen ist, weil dann diese Unterbrechungszeiten mit bei der Mittelwertbildung berücksichtigt werden würden. In weiterer Aus­ gestaltung der Erfindung ist daher vorgesehen, daß während einer Unterbrechung des Materialstroms oder bei unter einem Schwell­ wert liegendem Materialstrom keine Mittelung der Meßwerte der Feuchtigkeit vorgenommen wird. Die entsprechenden Zeiträume der Mittelwertbildung können von dem Gutstrom über Fühler, über die Dosierklappe oder aber auch vom Meßsignal selbst gesteuert werden.

Zur Ermittlung der Mittelwerte ist ein Mittelwertrechner vorge­ sehen, der die in gleichen Zeitabständen ermittelten Meßwerte arithmetisch mittelt, die Meßwerte gegebenenfalls anzeigt und den gemittelten Endwert festhält.

Weiterhin kann beim Dosieren einer Betonmischung ein Dosierrech­ ner laufend die momentanen Mittelwerte des Feuchtigkeitsgehalts erfassen, laufend die Wasser-Zuschlagskorrektur durchführen und bei einer gegenüber der vorgegebenen trockenen Zuschlagsmenge, die entsprechend dem Feuchtigkeitsgehalt erhöht wird, die Dosie­ rung beenden und die gemessene Feuchte bei der Wasserdosierung berücksichtigen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zur Eichung der mit dem Meßfühler verbundenen Meßeinrichtung zwei Meßwerte bei bekannter unterschiedlicher Feuchtigkeit des Schütt­ gutes, das sich relativ zu dem Meßfühler in Ruhe befindet, ermittelt werden. Durch diese beiden Meßpunkte läßt sich prak­ tisch die Eichkurve bestimmen.

Die Praxis zeigt, daß die im bewegten Gutstrom vorgenommenen Feuchtigkeitsmessungen von denen im ruhenden Material abweichen. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist daher vorgesehen, daß mindestens eine Messung in einem Materialstrom mit bekanntem Feuchtigkeitsgehalt durchgeführt und die sich aus der statischen Messung ergebende Eichkurve durch diesen Punkt festgelegt wird. Die Abweichungen, die sich aus den Messungen im bewegten Mate­ rialstrom ergeben, werden also zu der ermittelten Eichkurve hinzuaddiert oder von dieser abgezogen, so daß praktisch die Eichkurve entsprechend verlagert, angehoben oder gedreht wird.

Zur Erfassung gleichzeitig auch der Menge des Materialstroms nach Gewicht oder Masse kann die Prallplatte auf mindestens einem Kraftaufnehmer abgestützt sein. Ist ein derartiger Kraft­ aufnehmer vorgesehen, kann zusätzlich auch die Größe des Gut­ stroms bei der Mittelwertbildung der Feuchtigkeitswerte berück­ sichtigt werden. Es ergibt sich sodann die Möglichkeit, den über die Prallplatte fließenden Gutstrom zu integrieren und bei die­ ser Integration die jeweiligen gemessenen Feuchtigkeitswerte zu berücksichtigen.

Zweckmäßigerweise sind in der Prallplatte quer zum Gutstrom meh­ rere Meßfühler zur Ermittlung des Feuchtigkeitsgehalts angeord­ net. Sind mehrere Meßfühler quer über den Gutstrom vorgesehen, werden die von diesen aufgenommenen Meßwerte wiederum gemittelt.

Die Meßfühler können nach dem dielektrischen Prinzip (kapazitiv) arbeiten. Als Meßfühler zur Ermittlung der Feuchtigkeit können auch optische Fühler oder Fühler verwendet werden, die den elek­ trischen Widerstand in Abhängigkeit von der Feuchte messen. Auch andere geeignete Feuchtigkeitsfühler können eingesetzt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch den unteren trichterförmigen Bereich eines Vorratssilos für Zuschlagstoffe und durch einen unter diesem angeordneten Behälter zur Aufnahme und Wägung der Chargen,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die zwischen dem Silo und der unter diesem befindlichen Behälter angeordneten schrägstehenden Platte mit Meßfühler,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der mit dem Meßfühler verbundenen Meßeinrichtung und

Fig. 4 in einem Diagramm die Eichkurven.

In Fig. 1 ist der untere, sich konusförmig verjüngende Bereich 10 eines Zuschlagsilos dargestellt, dessen untere Ausströmöff­ nung durch einen schwenkbaren Schieber 11 verschlossen ist, der durch eine hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit geöffnet und geschlossen werden kann. Unterhalb des Silos befindet sich ein Behälter 20 zur Aufnahme der zuzumessenden Chargen. Dieser Behälter ist ebenfalls mit einer unteren Ausströmöffnung ver­ sehen, die durch die Schieberklappe 21 verschlossen ist. Zur Wägung der Chargen nach der Dosierung ist der Behälter 20 bei dem Pfeilen 24 auf Kraftmeßdosen abgestützt.

Zwischen den Behältern 10 und 20 ist an einer nicht dargestell­ ten Trageinrichtung die schrägstehende Prallplatte 1 befestigt, die den Feuchtigkeitsmeßfühler 4 trägt, dessen Oberfläche mit der oberen Gleitfläche der schrägstehenden Platte 1 fluchtet. Der aus der unteren Öffnung des Silos austretende Gutstrom trifft in Richtung des Pfeils 2 auf die Prallplatte 1 und wird durch diese um den Winkel 5 abgelenkt. Durch die Ablenkung bil­ det sich ein über die Platte 1 gleitender Gutstrom 3 mit repro­ duzierbarer Dichte und Geschwindigkeit aus. Die Platte 1 kann sich über die ganze Breite des abströmenden Gutstroms oder aber auch nur über einen Teil der Breite erstrecken.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, werden die von dem Meßfühler 4 erzeugten Signale über die Leitungen 35 dem Mittelwertrechner 30 zugeführt. Dieser Mittelwertrechner 30 übernimmt die Werte der Einzelfeuchtigkeitsmessungen und gibt an den Dosierrechner 40 die laufend errechneten arithmetischen Mittel 31 ab. Der Dosierrechner 40 gibt, sobald er die richtige Chargenmenge erfaßt hat, ein Steuersignal 41 zum Schließen der Dosierklappen 11 des Vorratssilos ab.

Durch die Steuereinrichtung können gleichzeitig mehrere Dosier­ klappen von Zuschlagsilos gesteuert werden.

Anhand der Fig. 4 wird nun die Kalibrierung oder Eichung des Feuchtemeßgeräts erläutert:

Üblicherweise sind die von den Meßfühlern abgegebenen Signale weder linear zur Feuchte noch decken sich die Nullpunkte der Messungen und des trockenen Materials. Schließlich ergeben sich unterschiedliche Meßwerte bei ruhendem und bewegtem Material.

In Fig. 4 ist ein Diagramm dargestellt, auf dessen Abszisse die Materialfeuchte und auf dessen Ordinate die Feuchtesignale auf­ getragen sind.

Zur Eichung wird das Meßgerät 30 zunächst mit zwei Proben A, B mit bekanntem Feuchtigkeitsgrad bei ruhendem Material kali­ briert. Um die Meßwerte des ruhenden Materials vorbestimmter Feuchtigkeit zu bestimmen, kann die Prallplatte in eine waage­ rechte Stellung umlegbar ausgebildet sein. Es ist auch möglich, mit einem gleichartigen Meßfühler die Messungen in einem Vorrats­ behälter auszuführen. Durch die Ermittlung der Punkte A und B wird die ihrem Charakter nach bekannte Kurve oder Gerade ihrer Lage nach bestimmt.

Anschließend kann der Meßvorgang im strömenden Gut mit einem kleinen Fehler beginnen. Sodann wird bei strömendem Gut eine Probe, beispielsweise mit den Werten des Punktes C′, gemacht, die Feuchte C extern analysiert und die Eichkurve so um den Punkt B gedreht, daß sie in der gestrichelt dargestellten Weise durch den Punkt C verläuft.

Analog wird dann zu einem geeigneten Zeitpunkt die Meßkurve um den Punkt C geschwenkt. Die linken und rechten Gruppen der Meß­ punkte sollten weit genug auseinander liegen, um zu hinreichend guten Ergebnissen zu führen. In den Rechnern und Meßgeräten können unterschiedliche Eich- oder Kalibrierkurven gespeichert werden, so daß die richtigen Kurven bei einem Wechsel des Mate­ rials leicht einprogrammiert werden können.

Zweckmäßigerweise wird die Prallplatte auch zur Messung der Auftreffkraft des Materialstroms benutzt. Durch Einbeziehung des Massenstroms in die Mittelwertrechnung läßt sich dann der Mittelwert des Feuchtigkeitsgehalts einer Charge genauer be­ stimmen, und zwar auch bei schwankenden Strömen oder ungleichen Strömen.

Claims (9)

1. Verfahren zur Messung des Feuchtigkeitsgehalts von Schüttstoffen im fließenden Materialstrom, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialstrom nach freiem Fall über eine vor­ bestimmte Höhe durch eine schrägstehende Prallplatte abgelenkt und die Feuchtigkeit der strömenden Schütt­ stoffe durch einen in oder über der Prallplatte befind­ lichen Meßfühler kontinuierlich oder in vorbestimmten gleichen Zeitabständen gemessen wird und daß die Meß­ werte über die Ausströmzeit gemittelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge (Gewicht oder Masse) des Materialstroms der Schütt­ stoffe durch Wiegen gemessen und dieser unterbrochen wird, wenn ein vorbestimmtes Gewicht des Materials, das jeweils um das dem gemessenen Wasseranteil entsprechende Gewicht des Materials erhöht wird, über die Prallplatte in den die Chargenkomponenten aufnehmenden Behälter geflossen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß während einer Unterbrechung des Materialstroms oder bei unter einem Schwellwert liegendem Materialstrom keine Mit­ telung der Meßwerte der Feuchtigkeit vorgenommen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Eichung der mit dem Meßfühler verbundenen Meßeinrichtung zwei Meßwerte bei bekannter unterschiedlicher Feuchtigkeit des Schüttstoffes, das sich relativ zu dem Meßfühler in Ruhe befindet, ermittelt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Messung in einem Materialstrom mit bekann­ tem Feuchtigkeitsgehalt durchgeführt und die aus der sta­ tischen Messung ermittelte Eichkurve durch diesen Punkt durch Parallelverschiebung oder Drehung gelegt wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Dosiervorrichtung unterhalb der durch einen gesteuerten Schieber verschließ­ baren Auslauföffnung eines Vorratsbehälters oder unter dem Abwurfbereich einer Fördereinrichtung eine schrägstehende Prallplatte gestellfest angeordnet ist, in der ein Meß­ fühler zur Ermittlung des Feuchtigkeitsgehalts eines von dieser abgelenkten Materialstroms angeordnet ist.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallplatte zur Erfas­ sung der Menge (Gewicht oder Masse) des Materialstroms auf mindestens einem Kraftaufnehmer abgestützt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich­ net, daß in der Prallplatte quer zum Gutstrom mehrere Meßfühler zur Ermittlung des Feuchtigkeitsgehalts ange­ ordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfühler nach dem dielektrischen Prinzip arbeiten.