DE19903753C1 - Meßmischer - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Meßmischer, bestehend aus Rührgerät mit integrierter Meßeinheit, der zum Mischen sowie zum Messen von Betriebszuständen von Medien unterschiedlicher Aggregatzustände verwendet wird. DOLLAR A Der Meßmischer arbeitet auf der Grundlage, daß aufbauend auf die Drehbewegungskraft des Mischpaddels 11 des Meßmischers eine sich zwangläufig ergebende Stützkraft herausgefiltert wird, wobei diese Stützkraft sich in Abhängigkeit der Veränderungen der Mischungswiderstände gleichfalls ändert, so daß diese Stützkraft durch einen Impulswandler erfaßt und in meßbare Größen umgewandelt wird. DOLLAR A Die Erfassung der Stützkraft durch einen Impulswandler, welcher einen Drucksensor 14 mit einem Anzeigegerät 15 beaufschlagt, wird durch eine Analogmessung realisiert, und eine entsprechend vorgesehene Schnittstelle 22 ermöglicht eine PC-Anbindung.

Description

Die Erfindung betrifft einen Meßmischer, bestehend aus Rührgerät mit integrierter Meß­ einheit, der zum Mischen sowie zum Messen von Betriebszuständen von Medien unter­ schiedlicher Aggregatzustände verwendet wird.

Es sind bereits Rührgeräte bekannt, die mittels Drehmomentenmessung Informationen über die Änderung des Gemengezustandes des zu rührenden Mediums ermöglichen. Die Messung des Drehmomentes erfolgt dabei mittels einer Torsions-Meßwelle, die beispiels­ weise zwischen der Antriebswelle des Rührwerkes und dem Rührwerkzeug angeordnet sein kann. Das in das zu rührende Medium eingeleitete Drehmoment bewirkt dann eine definierte Torsion der Meßwelle, die mittels geeigneter Sensorik detektiert und zur Be­ stimmung des Drehmomentes verwendet wird.

Dabei ist nachteilig, daß die Torsions-Meßwelle fest mit dem Rührwerksantrieb verbun­ den ist, was eine entsprechend lange Bauform des Rührgerätes verlangt.

So wurde mit der DE 44 01 679 A1 ein Rührgerät mit einer Haltevorrichtung vorge­ schlagen, welches so ausgebildet ist, daß das Rührwerk um die Drehachse des Rühr­ werkzeuges oder um eine parallel dazu angeordnete Achse an einer Haltevorrichtung drehbar bzw. schwenkbar gelagert und entgegen der Drehrichtung des Rührwerkzeuges abgestützt ist, so daß die Meßvorrichtung zur Erfassung der Reaktionskraft dieser Ab­ stützung ausgebildet ist.

Mit dieser Lösung wird zwar ein Schwenken der gesamten Einrichtung möglich, aller­ dings ist diese Lösung mit dem Nachteil behaftet, daß die Erfassung und Übertragung der ermittelten Werte sehr ungenau erfolgt.

Ferner ist ein Meßgerät der genannten Gattung bekannt, welches mit einem Drehfeder­ meßsystem auf der Basis von Drehmomenten, erzeugt aus Überlagerung einer Kreis- und Drehbewegung eines Mischpaddels, arbeitet. Bei diesem Gerät erfolgt gleichfalls eine räumliche Trennung zwischen Drehmomentenaufnahme und Drehmomentenmeßstelle, was zur Folge hat, daß durch den zwischengelagerten Getriebezug die real wirkende medienbezogene Drehbewegungskraft kleiner als das aufgenommene ist. Zwar liegt in der Tendenz zwischen beiden eine Analogie vor, die Empfindlichkeit der Messungen ist jedoch stark beeinflußt.

Dies bedeutet, daß kleine, aber entscheidende Drehkraftveränderungen nicht erfaßt wer­ den. Weiterhin ist als Nachteil anzusehen, daß aufgrund einer relativ geringen Federsteife bei einem Federweg von 270° ein sehr eingeschränkter Meßbereich zu verzeichnen ist. Dadurch ist auch der Anwendungsbereich sehr klein, und ein großer Überdeckungsgrad gleichgelagerter Meßprobleme ist nicht gewährleistet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Meßmischer zu entwickeln, der bestehend aus Rührgerät mit integrierter Meßeinheit zum Mischen von Medien unter­ schiedlicher Aggregatzustände sowie zum Messen der vorhandenen Betriebszustände verwendbar ist, wobei eine störungsfreie und qualitative Analogmessung gewährleistet sein soll und die den bekannten Lösungen anhaftenden Nachteile ausgeschlossen werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterentwicklungen und besondere Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unter­ ansprüche.

So wurde ein Meßmischer geschaffen, der mit einem Impulswandler gekoppelt ist und eine stufenlose Sofortmessung des Mischungszustandes mischbarer Medien sowie der Zusammensetzungsänderung beim Mischen und Dosieren ermöglicht, wobei der Meß­ mischer sowohl in Laboren als auch im industriellen Bereich zur schnellen Erfassung des jeweiligen Ist-Zustandes mischbarer Medien eingesetzt werden kann und gleichzeitig mit diesem Meßmischer die Zusammenfassung der Anteile Mischen - Dosieren - Messen in einem Arbeitsgang ermöglicht.

Dabei stützt sich die Meßmethode, mit der der Meßmischer arbeitet, darauf, daß auf­ bauend auf der Drehbewegungskraft des Mischwerkzeugs des Meßmischers eine sich zwangsläufig ergebende Stützkraft herausgefiltert wird, wobei diese Stützkraft sich in Abhängigkeit der Veränderungen der Mischungswiderstände gleichfalls ändert, so daß diese Stützkraft durch einen Impulswandler erfaßt und in meßbare Größen umgewandelt wird. Neben der Erfassung der Stützkraft durch einen Impulswandler, welcher einen Drucksensor mit einem Anzeigegerät beaufschlagt, wird dadurch eine Analogmessung realisiert, und eine entsprechend vorgesehene Schnittstelle ermöglicht eine PC-Anbin­ dung, so daß unmittelbar eine rechnergestützte Auswertung des jeweiligen Zustandes des Mischgutes erfolgen und regelnd in den Prozeß eingegriffen werden kann, was derart erfolgt, daß in Abhängigkeit des Zustandes des Mischgutes, seiner Konsistenz, entspre­ chende Zuschlagstoffe zugeführt werden können, um den geforderten Bedingungen zu entsprechen bzw. die geforderten technischen Parameter des Gutes zu erreichen.

Dabei sind die Meßmethode und der Meßmischer in der Gesamtkonzeption so aufgebaut, daß eine hohe Meßwertauflösung bei großer Meßgenauigkeit erzielt wird, die bereits auf kleinste Stützkraftänderungen reagiert. Erreicht wird das durch einen maximalen Meß­ weg von L = 0,2 mm bei einer Linearitätsabweichung von ±0,00097% und einer direk­ ten Stützkraftmessung im Wirkbereich.

Das bedeutet weiterhin, daß alle Faktoren einer eventuellen Meßkraftbeeinflussung weit­ gehend vermieden werden und somit am Anzeigegerät die tatsächliche Stütztkraft erfaßt werden kann, welche das Maß bzw. der Wert ist, aus dem rückbezogen geschlußfolgert wird auf die Zusammensetzung, die Konsistenz des Mischgutes.

Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist dabei ein Stützkraftaufnehmer, der eine Innenverzahnung besitzt, in die das Antriebszahnrad für die Stützkraftübertra­ gung eingreift und diesen in Drehbewegung versetzt, so daß neben der Drehbewegung des Mischwerkzeugs somit eine zweite Drehbewegung vorliegt und das Mischwerkzeug somit eine drehbewegungsüberlagerte Kreisbewegung ausführt. Aus der Summe der beiden resultierenden Drehbewegungskräfte ermittelt sich die Stützkraft, welche über den Stützkraftaufnehmer auf einen Drucksensor aufgebracht wird.

Mechanisch wird dies über eine Meßeinheit realisiert, die aus einem Drucksensor besteht, dem meßseitig eine Meßkugel zugeordnet ist, die im eingebauten Zustand in eine Meßnut des Gehäuses der Meßeinheit eingreift, so daß die sich ergebenden Drehlageveränderun­ gen in das Gehäuse eingeleitet und von dort diese Lageveränderungen über den Druck­ sensor erfaßt werden.

Mit nachfolgendem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher erläutert werden.

In der dazugehörigen Zeichnung zeigt

Fig. 1: eine schematische Gesamtansicht des Meßmischers

Fig. 2: die Lagerung der Rührwelle im Kurbelarm.

Die Darstellung nach Fig. 1 gibt einen Gesamtüberblick des Aufbaus eines Meßmi­ schers in mechanischer Richtung, die Anordnung der Elemente, d. h. des Antriebes, als auch die Elemente der Einrichtungen, die zur Erfassung des Ist-Zustandes des Mischgu­ tes notwendig sind.

Dabei wurde bewußt eine schematische Darstellung gewählt, wobei der Antrieb des Mischwerkzeugs 11 neben der gezeigten Art auch anders gestaltet sein kann.

Über einen Antrieb 1, vorzugsweise einen Elektromotor mit nachgelagertem Getriebe, welches aus den dargestellten Zahnrädern 2 bis 7 gebildeten Getriebestufen besteht, wird die Antriebswelle 17, welche mit einer Formschlußkupplung in Verbindung steht und mit einem Kurbelarm 8 verbunden ist, in Drehbewegung versetzt. Im Kurbelarm 8 ist die Rührwelle 9 des Mischwerkzeugs 11 drehbeweglich gelagert, so daß über dem Kurbel­ arm 8 das Mischwerkzeug 11 ein kreisumlaufende Bewegung ausführt.

- Fig. 2 -. Gleichfalls auf der Rührwelle 9 ist ein Zahnrad 10 drehfest angeordnet, welches mit der Innenverzahnung des als Zahnrad ausgebildeten Stützkraftaufnehmers 12 in Eingriff steht.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann anstelle des Zahnrades 10 auch ein Reibrad eingesetzt werden, wobei der Stützkraftaufnehmer 12 dann keine Innenverzahnung, sondern eine glatte Innenfläche besitzt, so daß das Reibrad mit der glatten Innenfläche des Stützkraftaufnehmers 12 in Verbindung steht, somit sowohl eine formschlüssige als auch eine kraftschlüssige Verbindung zwischen diesen beiden Elementen gegeben ist.

Wie in der Fig. 2 weiterhin gezeigt, ist der Stützkraftaufnehmer 12 mit dem Gehäuse 19 verschraubt und bildet so mit diesem eine Einheit, die mit einem Drucksensor 14 in Ver­ bindung steht, welcher mit einem Anzeigegerät 15 verbunden ist und eine Schnittstelle 22 zum Anschluß an einen Computer besitzt, in dem die zugeleiteten Werte rechentechnisch erfaßt und ausgewertet werden. Die Verbindung des Drucksensors 14 erfolgt über eine am Umfang des Gehäuses 19 angebrachte Aussparung, die als Meßnut 20 ausgebildet ist, in die die Meßkugel 18 des Drucksensors 14 eingreift.

Dabei sind die Meßnut 20 als auch der Drucksensor 14 mit seiner Meßkugel 18 so zuein­ ander positioniert, daß jede Veränderung der Drehbewegungskräfte, die durch den Stütz­ kraftaufnehmer 12 aufgenommen wird, unmittelbar über die Meßkugel 18 an den Druck­ sensor 14 weitergeleitet wird.

Zur Funktionsweise wird ausgeführt, daß eine Drehbewegung erzielt wird durch den An­ trieb des Kurbelarmes 8, und eine zweite Drehbewegung, eine drehende Zusatzbewe­ gung, wird erreicht durch den Eingriff des Zahnrades 10 in die Innenverzahnung des Stützkraftaufnehmers 12, die bewirkt, daß das Mischwerkzeug 11 eine umlaufende, eine drehende Bewegung im Mischbehälter 16 ausführt. Dies bedeutet, daß das Misch­ werkzeug 11 im Zusammenwirken beider Bewegungen eine drehbewegungsüberlagerte Kreisbewegung ausführt, und die aus den Drehbewegungskräften abgeleitete Stützkraft wird durch den Stützkraftaufnehmer 12 mit Gehäuse 19 erfaßt und auf den Drucksensor 14 aufgebracht, welcher wiederum den Wert der ermittelten Stützkraft zum Anzeigegerät 15 oder über seine Schnittstelle 22 zu einem anschließbaren Computer leitet.

Zur Bestimmung und Ermittlung der aus den Drehmomenten ermittelten Stützkraft wird einmal die vorhandene Stützkraft bei Leerlauf des Meßmischers gemessen, d. h. Misch­ werkzeug 11 und Stützkraftaufnehmer 12 drehen im Leerlauf, und zum anderen erfolgt die Stützkraftmessung bei Vollast, was bedeutet, daß im Mischbehälter 16 die entspre­ chenden Medien eingesetzt sind und durchmischt werden.

Die Differenz aus diesen beiden Werten bildet die Grundlage zur Bewertung der Kon­ sistenz des im Mischbehälter 16 vorhandenen Gemisches.

Durch die Rotationsbewegung des Mischwerkzeuges 11 entsteht am Zahnrad 10 eine Umfangskraft, die, bei konstanter Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle und somit des Mischwerkzeuges 11, nur aus der Widerstandskraft des im Mischbehälter 16 befindlichen Mischgutes resultiert. Diese Umfangskraft wirkt in der Verzahnung des Stützkraftauf­ nehmers 12 als Stützkraft und da der Stützkraftaufnehmer 12 mit dem Gehäuse 19 über die Wälzlager 13 drehbar gelagert ist, erfährt der Stützkraftaufnehmer 12 eine Winkel­ auslenkung, die im proportionalen Zusammenhang zur Stützkraft steht.

Diese Stützkraft wird unabhängig von ihrer Richtung über die Meßnut 20 und die Meß­ kugel 18 auf den Drucksensor 14 gebracht und der Drucksensor 14 leitet den ermittelten Meßwert an das Anzeigegerät 15 und nachfolgend bzw. parallel zu einem Computer, wobei anstelle des Computers auch ein anderes Überwachungsgerät Einsatz finden kann.

Somit werden Stützkräfte von Leerlauf bis Vollast des Meßmischers erfaßt und ausge­ wertet.

Zur Funktionsweise wird ferner ausgeführt, daß durch die Drehbewegung der Antriebs­ welle 17 und des mit der Antriebswelle 17 fest verbundenen Kurbelarmes 8, dieser mit der gleichen Drehzahl die Antriebswelle 17 umläuft. Somit vollführen die Rührwerks­ welle 9 mit dem integrierten Zahnrad 10 und dem Mischwerkzeug 11 eine kreisende Be­ wegung um die Achse der Antriebswelle 17. Da weiterhin das Zahnrad 10 mit der Innen­ verzahnung des Stützkraftaufnehmers 12 in Eingriff steht, erfolgt die bereits genannte zusätzliche Drehbewegung, so daß die Rührwerkswelle 9 mit dem integrierten Zahnrad 10 und dem Mischwerkzeug 11 sich kreisend und drehend im Mischgut bewegen. Die Verbindung zwischen Stützkraftaufnehmer 12 und dem Drucksensor 14 ist sowohl bei Leerlauf des Meßmischers als auch unter Vollast gegeben, so daß die jeweiligen Be­ triebszustände meßtechnisch erfaßt und meßtechnisch, entsprechend der bereits genann­ ten Varianten, ausgewiesen werden. Da die Stützkraft bei Leerlauf eine Gerätekonstante darstellt, sind nur gelegentliche Kontrollmessungen erforderlich.

Die Beschickung des Mischbehälters 16 mit Mischgut vergrößert nun die Stützkraft in der Verzahnung des Stützkraftaufnehmers 12 und auf das Gehäuse 19. Der Drehwinkel des Leerlaufzustandes vergrößert sich mit der Zunahme der Stützkraft analog zu dieser, bis die Stützkraft und die Meßkraft sich im Gleichgewicht befinden. Jede Veränderung am Mischgut durch Mengen- oder Dosierungsvariierung läßt sich somit zu jedem Zeit­ punkt meßtechnisch erfassen. Dies bei gleichzeitigem Mischvorgang.

Die Größe der Stützkraft bei Vollast ergibt den Ist-Zustand der Konsistenz des sich im Mischbehälter 16 befindlichen Mischgutes. Die Veränderung der Stützkraft beim Dosier­ vorgang wird bis zum Erreichen des Sollzustandes der Konsistenz des Mischgutes in Analogmessung erfaßt und gemessen, wobei gleichzeitig die Meßergebnisse an den Com­ puter übergeben werden können, somit im Vergleich mit gespeicherten Sollwerten den Dosiervorgang so überwacht, daß auch eine automatische Dosierung erfolgen kann, wo­ bei eine manuelle Dosierung auf der Basis von Sollwerttabellen gleichfalls durchgeführt werden kann.

Ein bedeutender Vorteil des vorgestellten Meßmischers liegt darin, daß dieser in vielen Industriebereichen einsetzbar ist, so auch in der Zementindustrie bei der Bestimmung der Druckfestigkeit von Zement als auch zur Bestimmung des Gemisches Beton. Dabei ist die zielsichere Bemessung der stofflichen Zusammensetzung des Baustoffes eng mit der genauen Kenntnis zu den Eigenschaften der verwendeten Zemente verknüpft.

Der Gütenachweis der Bindemittel bezüglich deren Druckfestigkeitsentwicklung ist in der EU-Norm 196 geregelt. Die Grundlage dabei bildet die Herstellung von Normmörtel mit konstanten Wasser-Zement-Werten, und aufgrund der den Zementen immanenten Wasseranspruchzahlen ergehen sich zwangsläufig unterschiedlich verarbeitbare Gemi­ sche, die ihrerseits mit konstanter Energie verdichtet werden. Damit stellen sich die er­ mittelten Festigkeiten nicht nur als Funktion der Zementart, sondern auch der alternie­ renden Porenräume dar.

Der vorgestellte Meßmischer mit integrierter Konsistenzprüfeinrichtung ist dabei ein wesentliches Prüfgerät, um die Zemente und Betone bewerten zu können, da durch das Wasser-Zement-Verhältnis, der unterschiedlich eingesetzten Zemente sich Gemische mit verschiedenen Qualitätsmerkmalen herausbilden, die nach dem Prinzip Erzeugung, Erfas­ sung und Messung von Drehbewegungskräften des vorgestellten Meßmischers erfaßt und die Analogmeßwerte mittels Anzeigegerät 15 darstellt bzw. einem Computer über eine Schnittstelle 22 zugeführt werden.

Es ergibt sich damit die Möglichkeit der visuellen Sofort- und Fortschrittskontrolle sowie die Speicherung und Verarbeitung der Meßwerte und unter Verwendung entsprechender Software die Voraussetzung für einen möglichen automatischen Dosiervorgang.

Dabei kann der Meßmischer sowohl als Laborgerät oder auch in einer Zementanlage eingesetzt werden, der als integraler Bestandteil eines Steuersystems zur Online-Rezep­ turanpassung in einem Misch- bzw. Zementwerk Verwendung finden kann.

In diesem Steuerungssystem fließen sowohl die ermittelten Werte aus dem Meßmischer mit seiner Konsistenzprüfung ein, als auch die des jeweils einzusetzenden Zementes, welcher bezüglich seines Wasseranspruches und den sich daraus ergebenden wirksamen Wasser-Zement-Werten untersucht wird. Die registrierten Daten bilden den Imput für das Computer-Programm zur gleichzeitigen Berechnung der Zement- und Betondruck­ festigkeit, die somit ermittelten Führungsgrößen bilden dabei die Basis für eine kurz­ fristige Rezepturanpassung an der Mischanlage, indem die erforderlichen Zuschläge beigemischt werden können, so daß die Stoffverteilungen, sprich Beimischungen, als Funktion der anzusteuernden Konsistenz- und Druckfestigkeiten des Betones automa­ tisiert varriert werden können.

Claims (5)

1. Meßmischer mit einem Antrieb (1), der eine Antriebswelle (17) antreibt, mit einem Mischwerkzeug (11) und einer Rührwelle (9), an der das Mischwerkzeug (11) befestigt ist, mit einem Mischbehälter zur Aufnahme des Mischwerkzeugs (11) und des Mischgutes, mit einem Stützkraftaufnehmer (12), mit einem Drucksensor (14), der im Betrieb vom Stützkraftaufnehmer (12) beaufschlagt wird und mit einem Anzeigegerät (15), das an den Drucksensor (14) angeschlos­ sen ist, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Kurbelarm (8) vorgesehen ist, der die Antriebswelle (17) und die Rührwelle (9) miteinander verbindet, wobei die Rührwelle (9) in dem Kurbelarm (8) drehbeweglich gelagert ist, daß auf der Rührwelle (9) ein Zahnrad (10) befestigt ist und daß der Stützkraftaufnehmer (12) mit dem Gehäuse (19) fest verbunden und ringförmig ausgebildet ist, eine Innen­ verzahnung aufweist und ferner über ein Wälzlager (13) auf der Antriebs­ welle (17) gelagert ist, und daß das Zahnrad (10) mit der Innenverzah­ nung kämmt, so daß im Betrieb die Rührwelle (9) eine kreisförmige Be­ wegung ausführt.

2. Meßmischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (19) an seinem äußeren Umfang eine Meßnut (20) besitzt, in der eine Meßkugel (18) eines Drucksensors (14) Aufnahme findet, somit mit dem Stützkraftaufnehmer (12) in Verbindung steht.

3. Meßmischer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelten Werte der Stützkräfte online über die Schnittstelle (22) des Drucksensors (14) dem Steuersystem eines Computers zugeführt werden.

4. Meßmischer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnrad (10) als Reibrad und der Stützkraftaufnehmer (12) anstelle der Verzahnung mit einer glatten Oberfläche ausgebildet sind und die Verbindung dieser Bauteile sowohl in Formschlußausführung als auch in Kraftschlußausführung ausgeführt ist.

5. Meßmischer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkraftaufnehmer (12) einen mischgutbedingt zugeordneten Auslenkungswinkel um seine Achse vollführt, der je nach Drehrichtung des Kurbelarmes (8) über die Meßnut (20) und die Meßkugel (18) den Drucksensor (14) wechselweise beaufschlagt.