DE3612282C3 - Vorrichtung zur Messung der Feuchtigkeit von Schüttstoffen im fließenden Materialstrom - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des Feuchtig­ keitsgehalts von Schüttstoffen im fließenden Materialstrom nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es gibt viele Vorrichtungen und Verfahren, bei denen zur weite­ ren Verarbeitung und/oder Mischung Schüttstoffen im fließenden Materialstrom zugeführt werden, wobei die Kenntnis des Feuchtig­ keitsgehalts 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 dieser 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 qualitätsvolle Betongemische herzustellen, ist es daher erforderlich, den Feuchtigkeitsgehalt der Zuschläge zu ermitteln, um die Wasser- und Zuschlagsbilanz entsprechend korri­ gieren 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 Erfassungsbereich 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 Ungenauig­ keiten wegen der Inhomogenität des Materials und der Schwierig­ keit einer hinreichend genauen Mittelwertbildung ergeben.

Würde die Messung im Auslaufbereich des Silos mit Meßfühlern aus­ geführt 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 vermeiden, 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 Materials berücksichtigt und durch eine geeignete Mittelwertbildung zu hinreichend genauen Meßergebnissen kommt.

Bei einer aus der DE-OS 30 38 725 bekannten Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung der Feuchtigkeit in Schüttgütern wird das zu messende Gut durch einen Rohrstutzen, der um einen Winkel zwischen 5° und 15° zur Senkrechten geneigt ist, abgezogen und einer Förderschnecke zugeführt. Dem schräg stehenden Rohrstutzen wird oben mehr Material angeboten, als von der Förderschnecke abgezogen werden kann, so daß der ein Meßrohr bildende Rohr­ stutzen immer vollständig mit Schüttgut gefüllt ist. Bei der bekannten Vorrichtung wird die Seitenkraft gemessen, die das Schüttgut auf die Wandung des Rohrstutzens ausübt und die im festen Verhältnis zum Gesamtgewicht der Meßrohrfüllung steht. Aus der gemessenen Seitenkraft wird dann das Schüttgutgewicht bzw. dessen Dichte bestimmt. Da bei der bekannten Vorrichtung der das Meßrohr bildende Rohrstutzen vollständig mit dem zu messenden Gut gefüllt ist, um eine quasi-statische Messung aus­ führen zu können, bleiben in dem in dem Rohrstutzen stehenden Material alle Inhomogenitäten des Gutes erhalten, so daß es zwangsläufig zu Ungenauigkeiten der Messung kommen muß.

Bei einer aus dem DE-GM 81 21 094 bekannten Vorrichtung der ein­ gangs angegebenen Art wird von dem über das schräg stehende Leit­ blech fließenden Gutstrom ein Teilstrom abgezogen, der in einem Probenbehälter gesammelt, in diesem durch einen Vibrator auf eine gleichbleibende Dichte verdichtet und anschließend ge­ messen wird, bevor der Probenbehälter entleert wird. Bei der aus dem DE-GM 81 21 094 bekannten Vorrichtung werden die Meßfehler, die sich aus der Messung eines fließenden Gutstroms wegen der unterschiedlichen Dichten und Inhomogenitäten ergeben können, dadurch vermieden, daß von dem Gutstrom Teilmengen abgeteilt werden, die homogen verdichtet und anschließend gemessen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung nach dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die in einfacher Weise eine hinreichend genaue Bestimmung des Feuchtigkeits­ gehaltes einer Charge von Schüttstoffen im fließenden Material­ strom gestattet, deren Feuchtigkeit über die Menge der Charge unterschiedlich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der gattungsgemäßen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

In überraschender und nicht vollständig geklärter Weise ermög­ licht die erfindungsgemäße Vorrichtung die Messung des Feuch­ tigkeitsgehalts von Schüttstoffen, beispielsweise einer inhomo­ genen Zuschlagscharge, im fließenden Materialstrom. Vermutlich werden bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die bei bekannten Verfahren genauere Messungen beeinträchtigenden Dichteschwan­ kungen des Materials dadurch vermieden, daß das zuvor bei dem Ausströmen gelockerte Material über eine vorbestimmte konstant bleibende Höhe fällt und auf die Prallplatte trifft, auf der es auf reproduzierbarer und gleichbleibender Weise verdichtet wird. Weiterhin gleitet das auf die Prallplatte treffende Material mit etwa gleichbleibender konstanter Geschwindigkeit über diese ab, so daß auch unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten das Meßergebnis nicht wesentlich beeinträchtigen können. Schließlich kann davon ausgegangen werden, daß der Feuchtigkeitsgehalt 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.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 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 hinweg­ gleitende, abrasive Material gereinigt wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Prallplatte zur Erfassung der Menge (Gewicht oder Masse) des Materialstroms auf mindestens einem Kraftaufnehmer abgestützt ist. Nach dieser Ausgestaltung wird die Menge des Materialstroms der Schüttstoffe durch Wiegen gemessen und der Materialstrom unterbrochen, 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 Wasser­ anteil entsprechende 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 Behäl­ ters.

Während des Dosierprozesses kann ein Dosierrechner laufend die momentanen Mittelwerte der Feuchte übernehmen, laufend die Wasser-Zuschlagkorrektur durchführen und bei einer gegenüber der vorgegebenen trockenen Zuschlagsmenge 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 wer­ den.

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

Weiterhin kann beim Dosieren einer Betonmischung ein Dosier­ rechner laufend die momentanen Mittelwerte des Feuchtigkeits­ gehalts erfassen, laufend die Wasser-Zuschlagskorrektur durch­ führen und bei einer gegenüber der vorgegebenen trockenen Zuschlagsmenge, die entsprechend dem Feuchtigkeitsgehalt erhöht wird, die Dosierung beenden und die gemessene Feuchte bei der Wasserdosierung berücksichtigen.

Zur Eichung der mit dem Meßfühler verbundenen Meßeinrichtung können zwei Meßwerte bei bekannter unterschiedlicher Feuchtig­ keit des Schüttgutes, das sich relativ zu dem Meßfühler in Ruhe befindet, ermittelt werden. Durch diese beiden Meßpunkte läßt sich praktisch die Eichkurve bestimmen.

Die Praxis zeigt, daß die im bewegten Gutstrom vorgenommenen Feuchtigkeitsmessungen von denen im ruhenden Material abweichen. Es sollte daher mindestens eine Messung in einem Materialstrom mit bekanntem Feuchtigkeitsgehalt durchgeführt werden, wobei die sich aus der statischen Messung ergebende Eichkurve durch diesen Punkt festgelegt wird. Die Abweichungen, die sich aus den Messun­ gen im bewegten Materialstrom ergeben, werden also zu der er­ mittelten Eichkurve hinzuaddiert oder von dieser abgezogen, so daß praktisch die Eichkurve entsprechend verlagert, angehoben oder gedreht wird.

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 arbeiten nach dem dielektrischen Prinzip (kapazitiv).

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 schräg stehenden 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 den Pfeilen 24 auf Kraftmeßdosen abgestützt.

Zwischen den Behältern 10 und 20 ist an einer nicht dargestell­ ten Trageinrichtung die schräg stehende Prallplatte 1 befestigt, die den Feuchtigkeitsmeßfühler 4 trägt, dessen Oberfläche mit der oberen Gleitfläche der schräg stehenden 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 (3)

1. Vorrichtung zur Messung des Feuchtigkeitsgehalts von Schütt­ stoffen im fließenden Materialstrom mit einer durch einen gesteuerten Schieber verschließbaren Auslauföffnung eines Vorratsbehälters oder einer Fördereinrichtung für den Schütt­ stoff und einem schräg stehenden Leitblech unterhalb der Auslauföffnung oder dem Abwurfblech der Fördereinrichtung und mit einer Feuchtigkeitsmeßeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitblech als eine in vorbestimmter Höhe unter der Auslauföffnung oder dem Abwurfbereich der Fördereinrichtung gestellfest angeordnete Prallplatte (1) mit eine vorbestimm­ te Fließgeschwindigkeit gewährleistenden Schrägstellung aus­ gebildet ist und daß mindestens ein nach dem dielektrischen Prinzip abeitender Feuchtigkeitsmeßfühler (4) in oder oberhalb der Prallplatte (1) angeordnet ist, dessen Meßsignal entsprechend der konstanten und reproduzier­ baren Materialdichte in relativer Feuchte kalibriert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallplatte (1) zur Erfassung der Menge (Gewicht oder Masse) des Materialstroms auf mindestens einem Kraftaufnehmer abge­ stützt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Prallplatte (1) quer zum Gutstrom mehrere Feuch­ tigkeitsmeßfühler (4) angeordnet sind.