DE3143981A1

DE3143981A1 - Vorrichtung fuer den dosierten austrag von schwerfliessfaehigen feststoffen

Info

Publication number: DE3143981A1
Application number: DE19813143981
Authority: DE
Inventors: Arthur L. 79015 Canyon Tex. Fassauer
Original assignee: Geosource Inc 77056 Houston Tex; Geosource Inc
Current assignee: Satake USA Inc
Priority date: 1980-11-13
Filing date: 1981-11-05
Publication date: 1982-06-16
Also published as: US4392591A; GB2087366A; CA1169393A; GB2087366B

Description

Die Erfindung betrifft das dosierte Austragen von schwerfließfähigen Feststoffen und zielt darauf ab, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der schwerfließfähiges oder halbfließfähiges Material vor der volumetrischen Dosierung in einen aufgelockerten bzw. unverdichteten Zustand konditioniert vird, um ein hohes Ausmaß an Genauigkeit über einen weiten Bereich von Fließraten zu erzielen.

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Faserförrniges Material, wie z. B. Glasstapelfasern und Asbest, sowie bestimmte pulverförmige Materialien,

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wie ζ. B. Titandioxid, haben eine natürliche Neigung zum Zusammenbacken und zur Brückenbildung, wodurch sie eine im wesentlichen kompakte Masse bilden. Derartiges Material, das im folgenden als schwerfließfähig oder halbfließfähig (semi-flowable) bezeichnet wird, war aufgrund seiner Fließcharakteristiken immer schwer verarbeitbar, sowohl bei kontinuierlichen wie auch bei chargenweisen Verarbeitungsprozessen. Halbfließfähiges Material hat eine natürliche Neigung zur Brückenbildung in der Trichterverengung von typischen bekannten einstufigen Fördervorrichtungen, wodurch sich ungenaue und seitlich schwankende Fließraten ergeben. Beispiele für volumetrische und gewichtsabhängig arbeitende Fördereinrichtungen gemäß dem Stand der Technik sind die unter den Handelsbezeichnungen K-Tron, Vibrascrew und Acrison vertriebenen Geräte.

Die Förder- bzw. Austragsvorrichtungen nach dem Stand der Technik haben somit unbefriedigende Ergebnisse beim Dosieren von halbfließfähigem Material ergeben. Üblicherweise muß man auf Wägung zurückgreifen, um eine genaue Dosierung eines solchen Materials zu erhalten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dosiervorrichtung zum genauen Dosieren von schwer- oder halbfließfähigem Material zu schaffen. Ferner soll die erfindungsgemäße

Vorrichtung über einen weiten Bereich von Fließraten oder Dosiermengen betreibbar sein.

Die Erfindung sieht eine Vorrichtung zum Dosieren von schwer- bzw. halbfließfähigem Material, wie z. B. stückigen Glasfasern oder Titandioxid, vor, welche im wesentlichen frei von den Nachteilen des Standes der Technik ist. Die Dosiervorrichtung gemäß der Erfindung ist eine mehrstufige Fördervorrichtung. Sie umfaßt einen Aufnahmeteil zur Aufnahme einer Masse von schwerfließfähigern Material, eine Austragsvorrichtung zum Austragen des Materials am unteren Ende des Aufnahmeteils, eine Belüftungs- und Konditioniereinrichtung zum Belüften und auflockern des schwerfließfähigen Materials, einen Austragsteil, in dem das Material in einem Zustand von im wesentliehen konstanter Dichte gehalten wird, und eine Verteileinrichtung zum Dosieren des halbfließfähigen Materials mit hoher Genauigkeit. Die Dosiervorrichtung gemäß der Erfindung macht weitgehend Gebrauch von dem Prinzip der Schwerkraft beim volumetrisehen Abgeben einer exakten Menge des schwerfließfähigen Materials.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat die Austrags-. vorrichtung des Aufnahmeteils eine drehbare Druckplatte mit einer Anzahl von gekrümmten Schaufeln an ihrer Oberseite, um das schwerfließfähige Material nach außen zu und

über die Kante der Platte zu bewegen. Bei einer anderen Ausführungsform erstrecken sich die gekrümmten Schaufeln über die Kante der Platte hinaus, um die Belüftung des schwerfließfähigen Materials zu unterstützen. Bei einer weiteren Ausführungsform ist die drehbare Druckplatte mit einer an ihrer Oberseite ausgebildeten spiralförmigen Schaufel versehen, um das Material zentrifugal nach außen zu bewegen.

Der Vorrichtungsteil zum Befördern bzw. Austragen des Materials mit konstanter Dichte umfaßt vorzugsweise einen in Säulen aufgeteilten Trichter zum volumetrisehen Abgeben des belüfteten und aufgelockerten halbfließfähigen Materials in einem Zustand von im wesentlichen konstanter Dichte an die Verteil- oder Dosiervorrichtung. Der Säulentrichter umfaßt ein oberes konisches Teil, eine darin angeordnete kreisförmige Platte mit einer Anzahl von Öffnungen, und eine entsprechende Anzahl von elliptisch ausgebildeten, rohrförmigen Säulen, die sich von der horizontalen Platte im Winkel nach unten und innen erstrecken.

Die Dosier- oder Verteileinrichtung umfaßt gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine horizontale Stützfläehe mit einer Dosierkante an ihrem Umfang. Eine Verteilernabe ist nahe der Oberseite der Stützfläche drehbar gelagert und hat mindestens eine Verteilschaufel, die sich

horizontal nach außen erstreckt, um das halbfließfähige Material über die Stützfläche zu bewegen, damit es dann durch Schwerkraft über die Dosierkante abgegeben wird. Bei einer anderen Ausführungsform umfaßt die Dosiereinrichtung eine horizontale Stützfläche und eine Dosierfläche, die sich längs der Stützfläche und von ihr nach oben bis zu einer Dosierkante erstreckt.

Das mehrstufige Dosiergerät gemäß der Erfindung ist in der Lage, halbfließfähiges Material in einen Zustand von im wesentlichen konstanter Dichte zu konditionieren und in diesem Zustand zu halten. Ferner kann die erfindungsgemäße Vorrichtung für kontinuierlich oder chargenweise arbeitende Prozesse eine volumetrische Zuführung von halbfließfähigem Material mit hoher Genauigkeit über einen weiten Bereich von Zuführungsraten gewährleisten.

Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung,die in den Zeichnungen . dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt in perspektivischer, teilweise weggebrochener Darstellung eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung.

Fig. 2Α und 2Β zeigen in Draufsicht zwei verschiedene Ausführungsformen der rotierenden Druckplatte.

Fig. 3A zeigt eine Draufsicht auf den Säulentrichter gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3B zeigt einen Schnitt nach der Linie 3B-3B von Fig. 3A.

Fig. 4A zeigt eine Draufsicht auf die obere Belüftungsund Konditionierungsstufe, teilweise weggebrochen zum
Sichtbarmachen ihrer relativen Anordnung zu einer unteren Belüftungs- und Konditionierstufe.

Fig. 4B zeigt einen Schnitt nach der Linie 4B-4B von Fig. 4A durch einen vertikalen Störkörper oder Taster
gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 4C zeigt in Seitenansicht eine andere Ausführungsform des Stör- oder Sondenkörpers.

Fig. 5A zeigt perspektivisch eine bevorzugte Ausführungsform der Verteilernabe mit zugeordneten Schaufeln»

Fig. 5B zeigt einen Schnitt nach der Linie 5B-5B von Fig. 5A durch eine Verteilerschaufel gemäß einer bevorzugten Aus führung s form der Erfindung«,

Fig. 6 zeigt in perspektivischer Darstellung.eine andere Ausführungsform der Verteilernabe und zugeordneten Schaufeln.

Fig. 7A ist ein Blockdiagramm des digitalen Steuersystems gemäß der Erfindung.

Fig. 7B zeigt die allgemeine Anordnung der zentralen Steuertafel für die Dosiervorrichtung.

In der folgenden Beschreibung werden für entsprechende Teile der verschiedenen Figuren gleiche Bezugszeichen verwendet.

Fasriges Material, wie z. B. Glasfasern und Asbest,. sowie bestimmte pulverförmige Materialien, z. B. Titandioxid, haben eine natürliche Neigung zum Zusammenbacken und zur Brückenbildung, wenn sie von Hand ausgetragen oder durch einstufige Dosiervorrichtungen gemäß dem Stand der Technik hindurchgeleitet werden. Im Gegensatz dazu haben die meisten teilchenförmigen Materialien eine natürliche Neigung, einen fließfähigen Zustand anzunehmen, wenn sie durch Dosiervorrichtungen nach dem Stand der Technik, z. B. gemäß US-PS 3 804 303 und 3 981 417 geleitet werden.

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Durch Verwendung der im folgenden näher beschriebenen

Erfindung können Glasfaserabschnitte und Titandioxid in einen halbfließfähigen Zustand konditioniert werden,- so daß sich eine genaue volumetrische Zuführung dieses Materials für kontinuierlich oder chargenweise betriebene Arbeitsprozesse durchführen läßt. Der Ausdruck "halbfließfähig" wird verwendet, um fasriges Material, wie z. B. Glasfaserabschnitte und Asbest, und bestimmtes pulverförmiges Material, wie z. B. Titandioxid, zu bezeichnen, die eine natürliche Neigung zum Zusammenbacken und zur Brückenbildung bei der Behandlung haben. Auch bei jeder weiteren Verwendung des Ausdrucks "halbfließfähig" oder .auch"schwerfließfähig"soll dieser so verstanden werden, daß er Material umfaßt, daß solche Eigenschaften wie Glasfaserabschnitte oder Titandioxid aufweist.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 10 zum Dosieren von schwerfließfähigem Material umfaßt einen Aufnahmeteil 12 zur Aufnahme einer Masse von schwerfließfähigem Material, eine Austragsvorrichtung 14 im unteren Teil des Aufnahmeteils zum Austragen des schwerfließfähigen Materials aus dem Aufnahmeteil und zur Zuführung von gelockertem Material durch Schwerkraft bei wesentlich reduziertem und gesteuertem Auflastdruck und Dichte in eine Belüftungsund Konditionierzone, eine Belüftungs- und Auflockerungsvorrichtung 16 zum Belüften und Konditionieren des gelockerten schwerfließfähigen Materials, um dieses am Zusammen-

backen und an der Brückenbildung zu hindern, und ein Material von im wesentlichen konstanter Dichte bereitzustellen, einen Austragsteil 18 für das Austragen des halbfließfähigen Materials nach unten aus der Belüftungs- und Auflockerungszone derart, daß das Material in einem Zustand von im wesentlichen konstanter Dichte gehalten ■ wird, um dieses volumetrisch in eine Verteil- oder Dosierzone abzugeben, und eine Verteilvorrichtung 20 zum radialen Verteilen des halbfließfähigen Materials nach außen über eine im wesentlichen horizontale Stützfläche 22, ohne hierdurch ein Verdichten oder Verkeilen des Materials hervorzurufen,, um das Material dann durch Schwerkraft in einen Sammeltrichter 24 abzugeben.

Der Aufnahmeteil 12, z. B. ein Aufnahmetrichter, hat eine Bodenöffnung 26. Bei der bevorzugten Ausführungsform hat der Aufnahmetrichter 12 am oberen Ende eine zylindrische Form 28, von der aus sich ein kegelstumpfförmiger Teil 32 mit vorgegebenem Winkel 30 nach unten erstreckt, der die Bodenöffnung 26 aufweist. Bei der bevorzugten Ausführungsform beträgt der vorgegebene ¥inkel 30 etwa 65° zur Waagrechten. Die 65°-Neigung der unteren Wand 32 des Aufnahmetrichters unterstützt einen Austrag mit gleichmäßigem Massefluß (first in, first out), so daß man eine gleichmäßig schichtenweise Förderung des halbfließfähigen Materials durch die verschiedenen Stufen der Dosiervorrichtung

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erhält. Statt der dargestellten Form kann der Aufnahmetrichter 12 im Rahmen der Erfindung auch jede andere Form und Neigung haben, z. B. eine vollständig kegelförmige Form.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform hat die Austragseinrichtung 14 zum Verringern des Drucks und der Dichte eine im wesentlichen horizontale kreisförmige Platte 34 mit einer Mittelöffnung 35 (Fig.2A und 2B), in der ein zylindrischer Fortsatz 45 (Fig. 1) einer oberen Nabe 42 aufgenommen ist. Die Platte 34 ist im unteren Ende 32 des Aufnahmetrichters 12 drehbar gelagert. Die drehbare Druckplatte 34 hat einen Durchmesser, der kleiner ist als der Innendurchmesser des kegelförmigen Endes 32 des Aufnahmetrichters. Die drehbare Druckplatte hat eine Oberseite 36, auf der das halbfließfähige Material zentrifugal nach außen und über die Außenkante der Platte bewegt wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform hat die drehbare Druckplatte 34 eine Anzahl von gekrümmten Rippen oder Schaufeln 38, die an der Oberseite der Platte 34 ausgebildet sind, um das Material zentrifugal nach außen und über die Kante der Platte zu befördern. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind vier Schaufeln mit je einer Breite und Höhe von ca. 6 mm vorgesehen. Bei der in Fig. 2A gezeigten alternativen Ausführungsform erstrecken sich

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die gekrümmten Schaufeln 38 über die Kante der Platte 34 hinaus, um die Belüftung des halbfließfähigen Materials zu unterstützen. Bei einer weiteren Ausführungsform (Fig. 2B) ist eine einzige durchgehend spiralförmige Schaufel 40 an der Oberseite der Platte 34 ausgebildet. Selbstverständlich kann im Rahmen der Erfindung die Einrichtung 14 zur Reduzierung des Drucks und der Dichte auch eine andere Form haben, wie z. B. ein langgestreckter, drehbar gelagerter dünner Stab.

Die Belüftungs- und Auflockerungseinrichtung 16 hat gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zwei Stufen. Die erste Belüftungs- und Auflockerungsstufe umfaßt eine obere Nabe 42 mit einer (nicht dargestellten) ■ mittigen unteren Öffnung für die Aufnahme des mit Gewinde versehenen Endes einer Antriebswelle 86. Die Nabe 42 ist drehbar zwischen der drehbaren Druckplatte 34 und einer stationären Druckplatte 44 gelagert, die eine (nicht dargestellte) Mittelöffnung für den Durchtritt der Antriebswelle aufweist. Die stationäre Druckplatte 34, die

z. B. eine Dicke von ca. 6 mm und einen Durchmesser von ca. 25 cm hat, hat eine Vielzahl von Öffnungen 46 und schließt die Bodenöffnung 26 des Aufnahmetrichters ab. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind sieben Öffnungen 46 in der stationären Druckplatte 44 vorgesehen und in gleichmäßigen Abständen voneinander und vom Mittel-

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punkt der Platte angeordnet. Die stationäre Druckplatte 44 kann im Rahmen der Erfindung auch jede beliebige Anzahl von Öffnungen in jeder beliebigen geometrischen Anordnung aufweisen.

Die obere Nabe 42 hat im wesentlichen Halbkugelform und einen zylindrischen Fortsatz 45 (Fig. 4A), der sich durch die Mittelöffnung in der drehbaren Druckplatte 34 erstreckt. Eine Anzahl von sich nach außen verjüngenden Armen 48, die sich im wesentlichen horizontal nach außen erstrecken, ist um die obere Nabe herum verteilt. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind vier Arme mit einer Länge von je ca. 9cm, deren Dicke sich von ca. 2,5 auf ca". 1,5 mm verringert, in gleichen Abständen um die Nabe 42 angeordnet.

Die zweite Belüftungs- und Auflockerungsstufe umfaßt einen Umschließungsring 50 zum Zurückhalten des Materials, eine Vielzahl von senkrechten Störkörpern oder Sonden 52, und eine drehbar gelagerte untere Nabe 54. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die vertikalen stabförmigen Störkörper 52 (Fig. 4B) in die stationäre Druckplatte 44 eingeschraubt und erstrecken sich im wesentlichen lotrecht nach unten in den Raum oder Luftspalt, der von dem Umschließungsring 50 umschlossen wird, welcher vorzugsweise einen Durchmesser von ca. 32 cm und eine Höhe von ca. 3 cm

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aufweist. Die senkrechten Störkörper oder Sonden 52 sind in gleichmäßigen Abständen jeweils zwischen benachbarten Öffnungen 56 der stationären Druckplatte 44 und im gleichen radialen Abstand wie diese angeordnet. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind sieben vertikale Störkörper von im wesentlichen zylindrischer Form mit'ca. 12 mm Durchmesser und ca. 25 mm.Länge vorgesehen. Die vertikalen Störkörper oder Sonden tragen dazu bei, das zuvor aufgelockerte halbfließfähige Material am Mitrotieren und Zusammenbacken zu hindern und es zusätzlich zu belüften und aufzulockern. Die Störkörper tragen auch dazu bei, das aufgelockerte Material in die die konstante Materialdichte aufrecht erhaltende Austragszone 18 abzugeben. Bei der in Fig. 4C dafgestellen alternativen Ausführungsform erstrecken sich die vertikalen Störkörper 52 nach oben und unten von der Platte 44. Im Rahmen der Erfindung können derartige vertikale Störkörper oder Sonden in jeder beliebigen Anzahl und jeder beliebigen Form vorgesehen sein und an der stationären Druckplatte in jeder beliebigen Art und Anordnung befestigt sein.

Die untere Nabe 44 hat die Form einer runden Scheibe mit einer Mittelöffnung 55 für den Durchtritt der Antriebswelle. Eine Anzahl von sich verjüngenden Armen 56, die sich im wesentlichen horizontal nach außen erstrecken, sind in . gleichmäßigen Abständen um die untere Nabe verteilt. Bei

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der bevorzugten Ausführungsform sind sieben Arme vorgesehen, die eine Länge von ca. f^cm und eine Verjüngung von ca. 2,5 auf 1,5 mm aufweisen. Die verjüngte Form der Arme und ihre Anordnung im wesentlichen horizontal und in gleichmäßigen Abständen sind nicht unbedingt erforderlich. Im Rahmen der Erfindung können derartige Arme in jeder beliebigen Anzahl, Form und Anordnung vorgesehen sein, wie z. B. auch ein einziger,- flexibler, bogenförmiger Stab. Ferner kann im Rahmen der Erfindung die Belüftungs- und Auflockerungszone auch einstufig oder mit jeder beliebigen Anzahl von Stufen ausgebildet sein. Der Weitergabeteil 18 zur Aufrechterhaltung konstanter Dichte umfaßt einen in Säulen aufgeteilten Dosiertrichter 58 für das Austragen des aufgelockerten halbfließfähigen Materials aus der Belüftungs- und Auflockerungszone und zur volumetrisehen Weitergabe des Materials in die Dosierzone. Der Säulentrichter umfaßt ein oberes kegelförmiges Teil 60, dessen obere Kante an die untere Kante des Umschließungsrings 50 anschließt.

In dem kegelförmigen Teil 60 ist eine im wesentlichen horizontale kreisförmige Platte 42 mit einer Mittelöffnung 63 (Fig, 3A) angeordnet. In der kreisförmigen Platte, die z. B. eine Dicke von ca« 6 mm und einen Durchmesser von ca. 29 cm hat, ist eine Anzahl von Öffnungen 64 vorgesehen. Die Anzahl der Öffnungen 64 ist vorzugsweise sieben

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und sie sind in gleichen Abständen voneinander und vom Mittelpunkt der Platte angeordnet, wie in Fig. 3A gezeigt. Eine entsprechende Anzahl von im Querschnitt elliptischen, rohrförmigen Säulen 66 mit oberer und unterer Öffnung verlaufen von den Öffnungen in der kreisförmigen Platte 62 in einem vorgebebenen Winkel 68 nach unten und innen (Fig. 3B). Bei der bevorzugten Ausführungsform sind sieben Säulen 66 in einer Höhe von jeweils ca. 10 cm vorgesehen, die in einem Winkel von ca. 70° gegenüber der Waagrechten nach innen geneigt sind. Die Neigung der Säulen trägt dazu bei, das halbfließfähige Material am Zusammenbacken und an der Brückenbildung zu hindern, wodurch eine volumetrische Weitergabe des aufgelockerten Materials in die Dosierstufe möglich ist.

Die Draufsicht gemäß Fig. 4A zeigt die erste Belüftungsund Auflockerungsstufe teilweise weggebrochen, so daß die Anordnung der Öffnungen 64 in der Platte 62 relativ zu den Öffnungen 46 in der Platte 44 sichtbar wird. Bei.der bevorzugten Ausführungsform haben die Öffnungen 46 einen Durchmesser von ca. 6 cm, während die Öffnungen "64 einen Durchmesser von ca. 5 cm haben. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Öffnungen 64 symmetrisch auf Lücke zu den Öffnungen 46 angeordnet. Im Rahmen der Erfindung ist jedoch auch jede andere Zuordnung der Öffnungen 64 zu den Öffnungen 46 möglich. Ferner kann im Rahmen der Erfindung .

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auch jede andere Kombination von Öffnungen beliebigen Durchmessers in jeder Platte vorgesehen sein_s z. B. sechs Öffnungen unterschiedlichen Durchmessers in der Platte 44 und fünf kleinere Öffnungen von untereinander gleichem Durchmesser in der Platte 62.

Die Verteilvorrichtung 60 umfaßt eine ringförmige Verteilernabe 70 (Fig. 5A), die drehbar über der Stützfläche 22 (Fig. 1) angeordnet ist. Die Verteilernabe hat mindestens eine Schaufel 72, die sich im wesentlichen horizontal nach außen zu einer im wesentlichen kontinuierlichen Dosierkante 64 am äußeren Umfang der Stützfläche 22 (deren Durchmesser z. B. 38 cm beträgt) erstreckt. Die Ausbildung mit senkrechten ebenen Flächen bewirkt eine zwangsläufige Förderung des halbfließfähigen Materials nach außen und über die Dosierkante. Die Schaufeln sind gleichförmig um die Verteilernabe verteilt und im wesentlichen tangential an dieser befestigt. Wie in Fig. 5B dargestellt, hat jede Verteilerschaufel 72 eine als Lagerfläche dienende Förderfläche 76, z. B. aus Nylon, die sich um 1 bis 2 mm nach unten über die Schaufel hinaus erstreckt, um während der Drehung einen reibungsarmen Kontakt mit der Stützfläche-22 zu gewährleisten. Es kann nötig sein, eine nach oben gerichtete Federbelastung an der Stützfläche angreifen zu lassen, um die Berührung zwischen der Stützfläche undtien

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Verteilerschaufeln zu gewährleisten, um einen Durchschlupf oder ein Verkeilen des halbfließfähigen Materials zu verhindern.

Ein ringförmiger Kragen 78 ist oberhalb des Stützbodens 22 angeordnet, der eine (nicht dargestellte) Mittelöffnunge aufweist. Der Stützboden ist vom Kragen durch eine Anzahl von Stäben 80 aufgehängt. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind vier Stäbe in gleichen Abständen um den Umfang des Stützbodens und des Kragens verteilt. Die untere Kante des Kragens und die Dosierkante 64 am Umfang des Stützbodens 22 bilden zwischen sich einen kontinuierlichen Spalt, dessen Höhe typischerweise ca. 38 mm beträgt. Ein Abstand 84 zwischen dem Schlitz 82 und der Innenwand der Dosiervorrichtung 10 ermöglicht es dem halbfließfähigen Material, über die Dosierkante 64 zu treten und durch.Schwerkraft in den Sammeltrichter 24 zu fallen. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird die Dosierkante durch eine abgeschrägte Kante gebildet.

Fig. 6 zeigt eine alternative Ausführungsform der Verteilzone 20. Eine vertikale ¥and oder Dosierfläche 90 erstreckt sich um die Stützfläche herum und von ihr nach oben und bildet an ihrem oberen Rand die Dosierkante .Die Dosierfläche 90 ist vom Kragen 78 durch die Stäbe

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aufgehängt. Die untere Kante des Kragens und die Dosierkante 64 bilden zwischen sich einen durchgehenden Schlitz der höher liegt als die Stützfläche 22.

Entsprechend der höher gelegten Dosierkante ist auch eine andere Ausführungsform der Verteilernabe und. ihrer Schaufeln vorgesehen. Die Verteilernabe 92 hat eine Halbkugel- oder Glockenform und ist mit vier gekrümmten, sich nach außen erstreckenden Armen 94 versehen. Die Unterkante der Arme liegt im wesentlichen auf gleicher Höhe wie die erhöhte Dosierkante 64, so daß sich zwischen der Oberseite des Stützboderis 22 und der Dosierkante 74 eine Materialschicht bildet. Diese Schicht oder dieses Kissen aus Material trägt dazu bei, ein Verkeilen oder Festklemmen des Materials zu verhindern.

Jeder Arm 94 endet in einem stufenartig erhöhten Führungsteil 96. Die strömungsdynamische Form der Frontfläche der Arme bewirkt eine zusätzliche Auflockerung des halbfließfähigen Materials, wofür auf die detaillierte Beschrei-. bung in US-PS 3 804 303 und 3 981 417 verwiesen wird. Im Rahmen der Erfindung können die Verteilerschaufeln oder -arme in jeder beliebigen Anzahl, Form und Anordnung vorgesehen sein.

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Eine Antriebswelle 8β ist vorgesehen, um gemeinsam die Verteilernabe 70, die untere Nabe 54, die obere Nabe 42 und die drehbare Druckplatte 34 zu drehen. Ein Antrieb 44, wie z. B. ein 1/4 PS Getriebemotor ist vorgesehen, um die Antriebswelle über ein konventionelles Untersetzungsgetriebe (nicht dargestellt) anzutreiben.

Fig. 7A zeigt ein Blockschaltbild des digitalen Steuersystems für die erfindungsgemäße Vorrichtung. An dem Motor 88 ist am Ende der Motorwelle gegenüber dem Untersetzungsgetriebe ein Tachometer 100 angebracht (Fig. 1). Über dem Motor und dem Tachometer kann eine Schutzabdekkung 101 (Fig. 6) vorgesehen sein. Das Tachometer liefert ein Rückkopplungssignal 102 zu einer Steuerschaltung 104 für die Motordrehzahl, die in einer zentralen Steuertafel 106 angeordnet ist (Fig. 7B). Das Tachometer erzeugt auch zweiunddreißig Impulse pro Umdrehung des Motors, und diese Impulse werden über eine Leitung 110 einer Wägefaktorschaltung 108 zugeführt. Da die von der Dosiervorrichtung 10 abgegebene Materialmenge direkt proportional zu der Anzahl' von Umdrehungen der Schaufeln oder Arme ist, ist somit die Materialmenge auchjüirekt proportional zu der Anzahl der vom Tachometer erzeugten Impulse. Es kann die folgende Beziehung aufgestellt werden:

W=K-P

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wobei W das Materialgewicht in Gramm, Kilogramm od. dgl., P die Anzahl der vom Tachometer erzeugten Impulse und K eine Proportionalitätskonstante oder einen Wägungs.-faktor für das jeweils vorliegende Material bedeuten,

Der Wägungsfaktor K hat einen Wert im Bereich von 0,00001 und 0,99999. Der jeweils zutreffende Wägungsfaktor wird vorgewählt in einer fünfstelligen Einstellvorrichtung 112 mit Einstellrädern, die an der zentralen Steuertafel 106 des Gerätes vorgesehen ist. Die Wägungsfaktorschaltung 108 treibt entsprechend der Einstellung der Einstellvorrichtung 112 eine digitale Anzeigesteuerschaltung 114, die in Fernsteuerung eine entfernt angeordnete Bedienungstafel 116 über die Leitung 118 steuert. Die Schaltung 114 steuert eine an der entfernten Bedienungstafel 116 vorgesehene LED-Anzeige an (nicht dargestellt).

Um die Dosiervorrichtung für eine bestimmte Materialsorte einzustellen oder zu kalibrieren, wird eine Menge von halbfließfähigem Material, wie z. B. Glasfaserabschnitte, Asbest, Titandioxid, Eipulver od. dgl. in den Aufnahmetrichter 12 eingefüllt. Ein Vier-Stellungsschalter 120 für die Betriebsart, der an der Gerätesteuertafel 106 angeordnet ist (Fig. 7B) und der eine Betriebsart-Wahlschaltung 126 steuert, wird auf Handbetrieb eingestellt, und die Steuerschaltung 104 für die Motordrehzahl wird über

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ein Potentiometer 122 auf den mittleren Bereich (50 %) eingestellt. Die Einstellräder 112 für den Wägungsfaktor werden auf 99999 eingestellt (was einem Wägungsfaktor . 1 entspricht). Der Motor wird durch den Startschalter 124, welcher einer Stärt/Stop-Schaltung 128 (Fig. 7A) zugeordnet ist, in Gang gesetzt, und die Dosiervorrichtung 10 wird während einer bestimmten Zeit, z. B. 10 Minuten, laufen gelassen, bis die Vorrichtung beladen wird. Der Motor kann auch gestartet werden durch einen (nicht dargestellten) Schalter, der einer Start/ Stop-Schaltung 130 in der Fernbedienungstafel 116 zugeordnet· ist.

Die Maschine wird durch den Schalter 132 gestoppt, wenn die Beladung beendet ist, die (nicht dargestellte) LED-Anzeige wird zurückgestellt, und die Maschine wird erneut gestartet für die Probennahme. Nach dem Sammeln einer Materialprobe wird die Maschine gestoppt und die Probe gewogen. Das Gewicht der Probe wird geteilt durch den Wert, der auf der LED-Anzeige erscheint, wodurch man den richtigen Wägungsfaktor erhält. Dieser Wägungsfaktor wird dann an den Einstellrädern der Einstellvorrichtung 112 eingestellt, und der BetriebsartscMLter 120 wird auf automatischen Betrieb eingestellt. Die Vorrichtung ist jetzt betriebsbereit. Danach ist jeder Impuls vom Tachometer äquivalent zu einer Gewichtseinheit, wie Gramm,

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Kilogramm od. dgl., je nachdem welche Gewichtseinheit beim Abwiegen der Probe verwendet wurde. Jeder Anzeigewert an der LED-Anzeige ist äquivalent zu dem Gewicht des dosierten Materials in der gewählten Einheit. ·

Die Maschine kann auch in der Weise geeicht oder kalibriert werden, daß der Betriebsartschalter 120 in die Kalibrierstellung gebracht wird, wobei es in diesem Fall nicht nötig ist, die Einstellräder 112 für den Wägefaktor auf 99999 zu stellen, da in diesem Fall die Wägefaktorschaltung automatisch auf den Einheitswert gesetzt wird. Die übrigen Schritte des vorgenannten Verfahrens können dann durchgeführt werden, um den richtigen Wägefaktor für eine bestimmte Materialsorte zu erhalten. Wenn die Dosiervorrichtung einmal für eine Materialsorte kalibriert ist, liefert sie eine im wesentlichen konstante Materialmenge (Genauigkeit - 1,0 %) für jede vollständige Umdrehung der Verteilernabe und ihrer Schaufeln.

Eine Steuerschaltung 134 für kontinuierlichen oder Chargenbetrieb ist ebenfalls in der Fernbedienungstafel vorgesehen. Die Schaltung 134 ermöglicht die Wahl zwischen dem Chargenbetrieb oder dem kontinuierlichen Betrieb der· Dosiervorrichtung.

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Die Dosiervorrichtung 10 arbeitet nach dem Prinzip, daß ein bestimmtes Materialvolumen bei jeder Umdrehung des Verteilers dosiert wird. Für jeweils ein bestimmtes halbfließfahiges Material wird eine im wesentlichen konstante Menge des Materials bei jeder vollständigen Umdrehung abgegeben, unabhängig von der Drehzahl des Motors. In entsprechender Weise ergeben auch gleiche Teildrehungen jeweils gleiche Materialmengen.

Das halbfließfähige Material wird vom Boden des Aufnahmetrichters 12 so ausgetragen, daß sich ein gleichmäßiger, vermischungsfreier Austrag (first in, first out) des Materials ergibt. Während des Betriebs dreht sich die drehbare Platte 34 und bewegt die unterste Schicht des im Trichter aufgenommenen halbfließfähigen Materials zen-.trifugal nach der Außenkante der Platte, wo das Material durch die Schwerkraft in den Hohlraum unterhalb der drehbaren Platte fallen kann. Dieser Vorgang bewirkt eine anfängliche Lockerung des Materials und versetzt dieses in einen Zustand geringerer Dichte.

Die obere Nabe 42 und Arme 48 bewirken bei ihrer ge- · meinsamen Drehung eine anfängliche Belüftung und Konditionierung der gelockerten Masse des Materials und reduzieren weiter die Dichte des Materials, wenn dieses durch die sieben Öffnungen der stationären Druckplatte 44 stellt. Die statio-

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näre Platte setzt weiter die Kopflast auf das halbfließfähige Material herab, wenn dieses durch die Schwerkraft der zweiten Belüftungsstufe zugeführt wird, wo die untere Nabe 54 und ihre Arme 56 das Material/weiterhin belüften und zusätzlich auflockern, wobei die Dichte des Materials weiter herabgesetzt wird. Die senkrechten Störkörper oder Sonden 52 verhindern, daß das Material sich zusammenballt und mitrotiert, wenn das Material belüftet und aufgelockert und durch Schwerkraft dem Säulentrichter 58 zugeführt wird. Die Kopflast auf dem Material wird weiter dadurch herabgesetzt, daß die Öffnungen 54 in der kreisförmigen Platte 62 nicht direkt unter den Öffnungen 46 in der Platte 44, sondern zu diesen versetzt angeordnet sind.

Wenn das Material den Säulentrichter erreicht, ist es in einen unverdichteten Zustand von im wesentlichen konstanter Dichte konditioniert. Der Säulentrichter dient dazu, das Material in diesem unverdichteten Zustand zu halten, indem die Materialströme voneinander getrennt werden, wodurch das Problem der Brückenbildung und des Zusammenballens erleichtert wird. Das unverdichtete Material wird volumetrisch durch die geneigten Säulen auf die Stützfläche 22 aufgegeben. Die Neigung der Säulen trägt dazu bei_s die Brückenbildung des Materials zu verhindern, wenn dieses in die Dosierzone abgegeben wird-

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Die Verteilerschaufeln 72, deren Lagerkanten in Berührung' mit der Stützfläche stehen, scheren das volumetrisch durch die unteren Öffnungen der Säulen 66 austretende Material ab und bewegen es zentrifugal nach außen zu der Dosierkante 74, wo das Material durch Schwerkraft in den Sammeltrichter 24 abgegeben wird. Durch die flachen Lager- und Stirnflächen der Verteilerschaufeln wird das Material nach außen geschoben, ohne daß eine Verklemmung, Brückenbildung oder Kompaktierung des konditionierten Materials begünstigt wird.

Man erkennt aus der vorstehenden Beschreibung, daß die Dosiervorrichtung gemäß der Erfindung das zu dosierende halbfließfähige Material durch Belüften und Auflockern in einen gleichförmig unverdichteten Zustand konditioniert, bevor die volumetrische Dosierung erfolgt. Durch Verwendung des Säulen- oder Röhrentrichters gemäß der Erfindung in Verbindung mit einer oder mehreren Belüftungs- und Auflockerungsstufen kann die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung das Material volumetrisch mit hoher Genauigkeit in einem weiten Bereich von Fließmengen dosieren. Im Rahmen der Erfindung kann eine beliebige Anzahl und Kombination von Druckverminderungsstufen und Belüftungs- und Auflockerungsstufen in Verbindung mit dem Säulentrichter vorgesehen sein.

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Claims

Patentansprüche

( 1.^/Vorrichtung zum Dosieren von halbfließfähigem Material, mit einem Aufnahmeteil zur Aufnahme .einer Masse von halbfließfähigem Material, der eine Bodenöffnung aufweist, gekennzeichnet durch

eine Austragsvorrichtung (14) zum Austragen des halbfließfähigen Materials aus dem Aufnahmeteil (14) und zur Weitergabe des gelockerten Materials durch Schwerkraft bei im wesentlichen herabgesetzten und gesteuerten Kopflastdruck und Dichte in eine Belüftungs- und Auflockerungszone (16);

• · β

eine Belüftungs- und Auflοekerungseinrichtung (42, 48, 44, 54, 56) zum Belüften und Auflockern des gelockerten halbfließfähigen Materials unter Verhinderung von dessen Verdichtung und Brückenbildung, um dieses in einen Zustand von im wesentlicher konstanter Dichte zu versetzen;

eine Einrichtung (62, 66) zum Abführen des halbfließfähigen Materials nach unten aus der Belüftungs- und·Auflockerungszone (16) unter Aufrechterhaltung des Zustandes konstanter Dichte und zu seiner volumetrisehen Abgabe in eine Verteilerzone (20);

und eine Verteilereinrichtung (22, 70, 72) zum Verteilen des halbfließfähigen Materials ohne Verdichtung und Brückenbildung und zu seiner Abgabe durch Schwerkraft in einen Sammeltrichter (24).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Abführeinrichtung (62, 66) aus einem in Säulen oder Röhren aufgeteilten Dosiertrichter für die volumetrische Steuerung des Stromes des halbfließfähigen Materials aus der Belüftungs- und Auflockerungszone (16) besteht, wobei der Trichter einen oberen konischen Teil (18), eine darin angeordnete, im wesentlichen horizontale kreisförmige Platte (62) mit einer Anzahl öffnungen (64), sowie eine entsprechende Anzahl von im Querschnitt elliptischen, rohrförmigen Säulen (66) mit oberer und unterer Öffnung, die sich im Winkel nach unten und innen von der horizonta-

leriPlatte (62) erstrecken, aufweist.
3. Dosiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmeteil (12) einen oberen zylindrischen Teil (28) und einen hiervon im Winkel nach unten verlaufenden kegelstumpfförmigen Teil (32) mit der Bodenöffnung (26) aufweist.
4. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß im unteren ' Bereich des Aufnahmeteils (12) eine im wesentlichen horizontale kreisförmige Platte (14) drehbar'gelagert ist zur Reduzierung des Druckes und der Dichte des Materials.
5. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Belüftungs- und Auflockerungsteil (16) mindestens zwei Stufen aufweist, wobei die erste Belüftungs- und Auflockerungsstufe eine obere Nabe (42) mit mindestens einem sich nach außen erstreckenden Arm (48) aufweist, die drehbar über einer stationären Druckplatte (44) mit einer Anzahl Öffnungen (46) angeordnet ist, welche die Bodenöffnung (26) des Aufnahmeteils(i2) verschließt, und wobei die zweite Belüftungs- und Auflockerungsstufe eine untere Nabe (54) mit mindestens einem sich nach außen erstreckenden Arm (56) aufweist, die drehbar unter der stationären Druckplatte (44) angeordnet ist.
6. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet , daß die Verteilvorrichtung eine horizontale Stützfläche (22) und eine sich um diese herum und von ihr nach oben erstrekkende vertikale Wand (90) aufweist, wobei die obere Begrenzung der Wand eine im wesentlichen kontinuierliche Dosierkante (74) bildet.
7. Dosiervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge-, kennzeichnet , daß die Verteilvorrichtung eine Verteilernabe (70) mit einer Anzahl von horizontal nach außen verlaufenden Förderarmen oder -schaufeln (72) aufweist, die in im wesentlichen gleicher Höhe wie die Dosierkante (74) angeordnet ist.
8. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

ein Aufnahmetrichter (12) für die Aufnahme einer Masse von halbfließfähigem Material, der im oberen Bereich (28) zylindrische Form hat und einen hiervon nach unten ausgehenden kegelstumpfförmigen Teil (32) mit einer Bodenöffnung (26) aufweist;

eine im kegelstumpf förmigen Teil angeordnete drehbare. Druckplatte (14), deren Durchmesser kleiner als der Innendurchmessers des kegelstumpfförmigen Endes des Aufnah-

• O · α ο β »· · β · · ο ο * · · β β ο

meteils (12) ist und die an ihrer Oberseite (36) eine Profilierung (38) zum Bewegen des Materials zentrifugal zu der Außenkante der Platte aufweist;

eine obere Nabe (42) mit einer Anzahl horizontal nach außen wegstehender, nach außen dünner werdender Arme (48), die drehbar unter der drehbaren Druckplatte (14) gelagert ist;

eine stationäre Druckplatte (44) mit einer Anzahl von Öffnungen (46), die unmittelbar unter der oberen Nabe (42) angeordnet ist und die Bodenöffnung (26) des Aufnahmetrichters (12) verschließt; .

eine Anzahl von im wesentlichen lotrechten Störkörpern oder Sonden, die von der Unterseite der stationären Platte (44) nach unten in einen von einem Materialurnschließüngsring (50) umschlossenen Raum vorstehen;

einen in Säulen aufgeteilten Dosiertrichter (18) mit einem oberen konischen Teil (60), der anschließend an den Umschließungsring (50) angeordnet ist, einer im wesentlichen horizontalen kreisförmigen Platte (62), die im konischen Teil (60) angeordnet ist und eine Anzahl von Öffnungen (64) aufweist, eine entsprechende Anzahl von im Querschnitt elliptischen, rohrförmigen Säulen (66), die sich von den öffnungen (46) im Winkel nach unten und innen erstrecken und obere und untere Öffnungen aufweisen j

eine untere Nabe mit einer Anzahl von horizontal nach außen stehenden, nach außen dünner werdenden Armen (56), die drehbar über der horizontalen Platte (62) des Dosiertrichters (18) gelagert ist;

eine Stützfläche (22) für das Material, die unter dem Säulentrichter (18) angeordnet ist und an ihrem Umfang eine im wesentlichen kontinuierliche Dosierkante bildet;

eine Verteilernabe (70), die drehbar über der Materialstützfläche (22) gelagert ist und von.der sich mindestens eine Schaufel horizontal nach außen erstreckt, die eine Stirn- oder Verdrängungsfläche aufweist;

eine Antriebswelle, die die Verteilernabe (70), die untere Nabe.(54), die obere Nabe (42) und die drehbare Druckplatte (14) zur gemeinsamen Drehung verbindet; · einen Antrieb (88) für die Antriebswelle;

und einen unterhalb der Materialstütztflache (22) angeordneten Sammeltrichter (24)..
9. Materialweitergabevorrichtung für eine mehrstufige Dosiervorrichtung für die volumetrische Weitergabe von halbfließfähigem Material zu einer Verteilerstufe, gekennzeichnet durch einen in Säulen oder Röhren aufgeteilten Trichter (18) mit einem oberen konischen Teil (50), einer darin angeordneten horizontalen kreis- " förmigen Platte (62) mit einer Anzahl von Öffnungen (64)

eine entsprechende Anzahl von im Querschnitt elliptischen rohrförmigen Säulen (66), die sich von den Öffnungen (64) im Winkel nach innen und unten erstrecken und je eine obere und untere öffnung aufweisen.

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