DE3811880A1 - Fuellmengenmesseinrichtung - Google Patents
FuellmengenmesseinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Füllmengenmeßeinrichtung zur exakten ge
wichtsmäßigen Beschickung einer weiterverarbeitenden Maschine mit
Schüttgut.
Derartige Füllmengenmeßeinrichtungen sind bekannt und arbeiten nach
dem Prinzip von Dosierwaagen, die im Schüttgutstrom zwischen Vorrats
behälter und weiterverarbeitender Maschine angeordnet werden und beim
Erreichen des Sollgewichts einen Schüttgutdosierbehälter öffnen und
die exakt abgewogene Schüttgutmenge zur Beschickung der weiterverar
beitenden Maschine freigeben.
Werden derartige bekannte großvolumige Einrichtungen im evakuierten
Bereich installiert, so muß dieser in nachteiliger Weise sehr groß
gehalten werden. Schüttgüter, die während der gesamten Verarbeitungs
phase unter Vakuum zu halten sind, werden durch derartige Einbauten
nachteilig einer erhöhten Kontamination durch die zusätzlich ins Vaku
um eingebrachten Oberflächen ausgesetzt.
Wird lediglich die Gewichtsabnahme eines Vorratsbehälters, aus dem das
Schüttgut in die weiterverarbeitende Maschine gefördert wird, gemes
sen, um die Füllmenge exakt einzuhalten, so ergibt sich der Nachteil,
daß derartige Messungen für vakuumbeaufschlagte Vorratsbehälter
äußerst ungenau sind, da Schwankungen des Umgebungsdruckes die Ge
wichtsabnahme des Vorratsbehälters unter Vakuum verfälschen.
In Abhängigkeit von der Größe und der Anordnung der Öffnungsfläche im
Vorratsbehälter, durch die das Schüttgut der verarbeitenden Maschine
zugeführt wird, ändert sich mit den Schwankungen des Umgebungsdruckes
während des Abfüllvorgangs das Gewicht des vakuumbeaufschlagten Vor
ratsbehäters mit dem Schüttgut.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine exakte gewichtsmäßige Beschickung
einer weiterverarbeitenden Maschine aus einem evakuierten Vorratsbe
hälter auch bei Schwankungen des Umgebungsdruckes unter Berücksichti
gung der Größe und Anordnung der Öffnungsfläche im Vorratsbehälter
sicherzustellen.
Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird dadurch erreicht, daß
das Schüttgut unter Vakuum in einem Vorratsbehälter steht, welcher
über eine elastische Verbindung an die weiterverarbeitende Maschine
vakuumdicht angeschlossen ist und daß parallel zur elastischen Ver
bindung ein Gewichtssensor angeordnet ist, der mit einem Umgebungs
druckmesser und mit einer automatischen Gewichtsnachführeinheit in
Wirkverbindung steht.
Die elastische Verbindung zwischen Vorratsbehälter und weiterverarbei
tender Maschine gewährleistet, daß ein Gewichtssensor zur Messung der
Gewichtsabnahme des Vorratsbehälters zwischen Vorratsbehälter und
weiterverarbeitender Maschine von außen angeordnet werden kann. Die
Gewichtsüberwachung von außen hat den Vorteil gegenüber Dosiereinhei
ten im Schüttgutstrom, daß keine zusätzlichen großvolumigen Einrich
tungen im Vakuum zu installieren sind und somit zusätzlich die Konta
minationsgefahr für das Schüttgut verringert ist.
Die Gewichtsnachführeinheit hat dabei die Funktion, die durch Leerge
wicht, Füllgewicht und Geometrie des Vorratsbehälters bestimmten Ein
flußgrößen mit den Druckschwankungen des Umgebungsdruckes und den
Eigenschaften der elastischen Verbindung zu korrelieren, so daß eine
exakte gewichtsmäßige Beschickung der weiterverarbeitenden Maschine
gegeben ist.
Dabei ist die Fläche A (beispielsweise 0,0125 m2) des Öffnungsquer
schnitts des Vorratsbehälters zur elastischen Verbindung hin entschei
dend. Beim Evakuieren des Vorratsbehälters von dem zeitabhängigen
Umgebungsdruck p U (t) (beispielsweise 105 N/m2) auf Hochvakuum p HV
(beispielsweise 2×10-3 N/m2) erhöht sich das Leergewicht g L des
Vakuumbehälters auf das Gewicht g L + g HV, wobei die Gewichtszunahme
g HV und der zeitabhängige Umgebungsdruck p U (t) mit der Fläche A in
folgender Abhängigkeit stehen:
g HV = A × (p U (t)-p HV ). (1)
Beispielsweise nimmt das Leergewicht des Vorratsbehälters beim Eva
kuieren mit den o. a. Werten um g HV =1250 N zu. Bei Umgebungsdruck
schwankungen während des Füllvorganges von beispielsweise ±2%, wie
sie beispielsweise bei Beschickungsvorgängen von 4 h und mehr auftre
ten, ergeben sich näherungsweise Gewichtsmeßfehler Δ g HV von ±25 N
Δ g HV = A × p U (Δ t) (2)
Derartige Schwankungen werden durch die Gewichtsnachführeinheit aus
geglichen.
Weitere Einflußgrößen auf die Meßgenauigkeit der vakuumbeaufschlagten
Füllmengenmessung sind die Federkonstante a f der elastischen Verbin
dung und die Federkonstante a s des Gewichtssensors und die damit ver
bundene gewichtsmindernde Kraftwirkung g f auf den Vorratsbehälter, die
mit dem Meßweg Δ s des Gewichtssensors korrelieren (siehe Glei
chung 3):
g f = a f × Δ s (3)
Das Gesamtgewicht des Vorratsbehälters wird um diese Größe g f vermin
dert, wobei der Meßweg Δ s von der Federkonstante a s des Gewichtssen
sors, von der Zeit t und dem Gesamtgewicht g (t) des Vorratsbehälters
abhängt. Unter Berücksichtigung dieser Einflußgrößen ergibt sich für
die gewichtsmindernde Kraftwirkung der elastischen Verbindung der
Zusammenhang:
g f = a f × g (t)/a s . (4)
Für ein Zeitintervall Δ t eines Füllvorgangs ist mit einem Gewichts
meßfehler von
Δ g f = g (Δ t) a f /a s (5)
zu rechnen, so daß die Gewichtsnachführeinheit das folgende Fehlge
wicht Δ g auszugleichen hat:
Δ g = Δ g f -Δ g HV (6)
oder
Δ g = [g (t₁)-g(t₂)] a f /a s -[p U (t₁)-p U (t₂)] A (7)
Wobei in Gleichung (7) g (t₁) das gemessene Gewicht zu Beginn und
g (t₂) zum Ende des Füllvorgangs ist und p U (t 1) den Umgebungsdruck zu
Beginn und p U (t 2) den Umgebungsdruck zum Ende des Füllvorgangs dar
stellt. Dazu wird der Gewichtsnachführeinheit der Umgebungsdruck über
einen Umgebungsdruckmesser zugeführt und ein Sollgewicht g s vorgege
ben. Ist das Sollgewicht nach Gleichung (8) erreicht,
g s = g (t₂) + Δ g (8)
so wird der Füllvorgang beendet.
Hierzu wird gemäß Unteransprüchen der Vorratsbehälter mit einer
Schüttgutsperrvorrichtung versehen, die nach Erreichen der Füllmenge
den Schüttgutstrom im Vakuum unterbricht. Die Gewichtsnachführeinheit
stellt dazu ein Auslösesignal bereit.
Derartige Schüttgutsperrvorrichtungen sind als Sperrventile ausgebil
det wie beispielsweise als Schmetterlingsventil. Besonders vorteilhaft
haben sich hier Schieber bewährt, deren bewegliche Teile, soweit sie
mit dem Schüttgutstrom in Kontakt kommen, dem Schüttgutmaterial ent
sprechen, so daß die Kontaminationsgefahr durch Abrieb von Fremdmate
rial an den Schieberoberflächen vermieden wird.
Weitere vorteilhafte Schüttgutsperrvorrichtungen sind im Vakuum in
stallierte Drehteller oder Schraubenförderer, die aus Schüttgutmate
rial gefertigt sind und die den Schüttgutstrom unterbrechen, wenn ihre
Drehbewegung aussetzt.
Aktive Schüttgutsperrvorrichtungen sind jede Art von Schwingförderern,
die für diesen speziellen Einsatz im Vakuum mit Schwingtöpfen oder
Schwingrinnen aus dem Schüttgutwerkstoff ausgerüstet sind oder deren
Berührungsflächen mit dem Schüttgutmaterial beschichtet wurde, so daß
vorteilhaft eine Kontamination bei Berührung des Schüttgutes mit die
sen Oberflächen vermieden wird.
Das elastische Glied wird vorteilhaft zwischen einem Meßflansch des
Vorratsbehälters und einem Vakuumflansch der weiterverarbeitenden
Maschine angeordnet. Diese Flansche können vorteilhaft so ausgelegt
sein, daß unmittelbar zwischen ihnen außerhalb des Vakuums der Ge
wichtsensor arbeitet. Das hat den Vorteil, daß lediglich das Leerge
wicht des Vorratsbehälters und nicht der Ballast der weiterverarbei
tenden Maschine die Füllmengenmessung beeinflußt.
Die elastische Verbindung soll vakuumdicht und elastisch sein, wobei
im Hinblick auf Gleichung (5), a f « a s bleiben muß. Deshalb wird hier
vorteilhaft ein Faltenbalg eingesetzt.
Ein weiterer Vorteil des Einbaues einer Füllmengenmeßeinrichtung zwi
schen Vorratsbehälter und weiterverarbeitender Maschine ist, daß der
Vorratsbehälter mit dem Meßflansch von der weiterverarbeitenden Ma
schine getrennt werden kann und damit gleichzeitig als Transport und
Nachfüllbehälter dient. Dazu wird vorteilhaft ein Vakuumsperrglied vor
dem Meßflansch des Vorratsbehälters angebracht, wobei zum Transport
dieses Behälters das Vakuumsperrglied geschlossen und beim Auffüllen
des Vorratsbehälters wieder geöffnet wird. Nach dem Aufsetzen des
Vakuumvorratsbehälters auf die Füllmengenmeßeinrichtung und nach dem
Evakuieren der weiterverarbeitenden Maschine, werden die beiden Va
kuumräume durch Öffnen des Vakkumsperrgliedes zusammengeschlossen.
Ein besonders vorteilhafter Aufbau der Füllmengenmeßeinrichtung zwi
schen Vorratsbehälter und weiterverarbeitender Maschine stellt der
Einsatz von 3 Druckmeßdosen als Gewichtssensor da. Diese werden
gleichmäßig am Umfang des Meßflansches verteilt, so daß sie eine
Dreipunktlagerung für den Vorratsbehälter bilden. Eine stützende und
führende Parallel- oder Kipphalterung für den Vorratsbehälter wird
dadurch entbehrlich und die Meßgenauigkeit erhöht.
In einer speziellen Ausbildung der Erfindung werden die Funktionen der
Gewichtsnachführeinheit durch die folgenden Geräteeinheiten reali
siert. Zunächst sorgt ein elektromechanischer Umsetzer dafür, daß die
mechanischen Änderungen eines mechanischen Umgebungsdruckmessers in
elektrische Signale umgesetzt werden und diese mittels eines kali
brierbaren elektrischen Verstärkers in äquivalente elektrische Ge
wichtssignale transformiert werden. Die Kalibrierung des Verstärkers
dient gleichzeitig dazu, den aktuellen Querschnitt der Öffnung des
Vorratsbehälters in die Messung einzubeziehen. Dieses äquivalente
Gewichtssignal des Umgebungsdruckes wird in der Wägeabgleicheinheit
von dem aktuellen Gewichtssignal des Gewichtssensors subtrahiert und
mit dem Sollwert des Chargengewichts verglichen. Dieser Sollwert wird
in einem Sollwertgeber unter Berücksichtigung der nach Gleichung (7)
erforderlichen Korrektur gespeichert. Der Vorteil dieser Zusammenstel
lung ist, daß diese Füllmengenmeßeinrichtung eine exakte gewichtsmäßi
ge Beschickung einer weiterverarbeitenden Maschine unter Vakuum ge
währleistet.
Sehr hohe Anforderungen werden an eine Füllmengenmeßeinrichtung ge
stellt, wenn die weiterverarbeitende Maschine eine unter Vakuum ste
hende Rüttelmaschine darstellt. Dazu wird der Vakuumflansch der wei
terverarbeitenden Maschine starr mit dem Gewichtssensor auf einem
ruhenden Rahmen befestigt und die Rüttelmaschine als weiterverarbei
tende Maschine über eine elastische Zuleitung mit dem Vakuumflansch
verbunden.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die vorliegende Erfindung
näher erläutert und bevorzugte Ausführungsformen dargestellt. Es zei
gen:
Fig. 1 einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Füllmen
genmeßeinrichtung,
Fig. 2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Füllmengenmeßeinrich
tung nach Fig. 1 und
Fig. 3 eine Einzelheit A aus Fig. 2 vergrößert.
Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau der Füllmengenmeßeinrichtung
zwischen zwei vollständig evakuierten Räumen, nämlich einer weiterver
arbeitenden Maschine 1, die die Füllmenge unter Hochvakuum aufnimmt
und dem Vorratsbehälter 2, der die Füllmenge abgibt. Die beiden eva
kuierten Räume 1 und 2 sind über eine elastische Verbindung 3 kurzge
schlossen. Parallel zu dieser elastischen Verbindung 3 ist ein Ge
wichtssensor 4 angeordnet, der das Gewichtssignal einer Gewichtsnach
führeinheit 6 zuführt. Ein Umgebungsdruckmesser 5 steht mit der Ge
wichtsnachführeinheit 6 in Wirkverbindung. Der Wirkungspfeil zwi
schen Gewichtsnachführeinheit 6 und Vorratsbehälter 2 verdeutlicht,
daß bei Erreichen des exakten Beschickungsgewichtes der Füllvorgang
von dem Vorratsbehälter 2 in die weiterverarbeitende Maschine 1 ge
stoppt wird.
Fig. 2 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Füllmengenmeßein
richtung. Dabei stehen der gesamte Innenraum der weiterverarbeitenden
Maschine 1 und der Vorratsbehälter 2 sowie die elastische Verbindung 3
unter Hochvakuum. Eine Schüttgutsperrvorrichtung 8 öffnet zum Zeit
punkt t₁, so daß Schüttgut durch das geöffnete Vakuumsperrglied 10,
den Meßflansch 7, die elastische Verbindung 3, den Vakuumflansch 9 am
Gehäuse der weiterverarbeitenden Maschine 1 und durch die elastische
Zuleitung 16 in das Gefäß 22 fällt. Während das Schüttgut in das Gefäß
22 fällt, wird durch drei am Umfang des Meßflansches 7 verteilte Ge
wichtssensoren 4 in Form von Druckmeßdosen die Gewichtsabnahme des
Vorratsbehälters an die Gewichtsnachführeinheit 6 geleitet. Diese
erhält vom Umgebungsdruckmesser 5 in Form einer Luftdruckmeßdose ein
Meßsignal, das in einem elektromechanischen Wandler 11 in ein elektri
sches Signal umgesetzt wird und proportional zum Öffnungsquerschnitt
der elastischen Verbindung 3 durch den Meßverstärker 12 mit dem Netz
gerät 17 der Wägeabgleicheinheit 13 zugeführt wird. Die Wägeabgleich
einheit 13 bringt das um den Einfluß der elastischen Verbindung 3 und
der Druckänderung korregierte Gewicht im Wägeindikator 18 zur Anzeige
und vergleicht dieses Gewicht mit dem Sollgewicht des Sollwertgebers
14 der bei Übereinstimmung zwischen Sollgewicht und korregiertem Ge
wicht die Schüttgutsperrvorrichtung 8 auslöst, so daß der Füllvorgang
unterbrochen wird. Der Vorratsbehälter 2 ist für ein bis fünf Füllvor
gänge ausgelegt und wird nach dem Verbrauch des Füllgutes mit dem
Vakuumsperrglied 10 verschlossen, vom Meßflansch 7 abgeflanscht und
erneut mit Füllgut unter Hochvakuum beladen. Während und nach dem
Füllvorgang wird das Schüttgut im Gefäß 22 mit Hilfe eines außerhalb
des Vakuums der weiterverarbeitenden Maschine angebrachten Klopfan
triebs 19 und eine Schwingantrieb 20 verdichtet.
Fig. 3 vergrößert eine Einzelheit A aus Fig. 2 und zeigt die starre
Verbindung des Meßsensors 4 mit dem ruhenden Rahmen 15 der weiterver
arbeitenden Maschinen 1. Der ruhende Rahmen 15 stützt sich auf dem
Fundament der weiterverarbeitenden Maschine 1 ab.
Claims (10)
1. Füllmengenmeßeinrichtung zur exakten gewichtsmäßigen Beschickung
einer weiterverarbeitenden Maschine mit Schüttgut, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Schüttgut unter Vakuum in einem Vorratbehälter
(2) steht, welcher über eine elastische Verbindung (3) an die
weiterverarbeitende Maschine (1) vakuumdicht angeschlossen ist und
daß parallel zur elastischen Verbindung (3) ein Gewichtssensor (4)
angeordnet ist, der mit einem Umgebungsdruckmesser (5) und mit
einer automatischen Gewichtsnachführeinheit (6) in Wirkverbindung
steht.
2. Füllmengenmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Vorratsbehälter (2) mit der elastischen Verbindung (3)
über einen Meßflansch (7) verbunden und zum Meßflansch (7) hin mit
einer Schüttgutsperrvorrichtung (8) versehen ist.
3. Füllmengenmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da
durch gekennzeichnet, daß die elastische Verbindung (3) mit einem
Vakuumflansch (9) an die weiterverarbeitende Maschine (1) ange
flanscht ist, und daß der Gewichtssensor (4) zwischen Meßflansch
(7) und Vakuumflansch (9) angeordnet ist.
4. Füllmengenmeßeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Verbindung (3)
ein Faltenbalg ist.
5. Füllmengenmeßeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Meßflansch (7) und
Schüttgutsperrvorrichtung (8) ein Vakuumsperrglied (10) ange
bracht ist.
6. Füllmengenmeßeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die schüttgutfördernden und/oder
schüttgutberührenden Oberflächen der Schüttgutsperrvorrichtung dem
Schüttgutwerkstoff entsprechen.
7. Füllmengenmeßeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtssensor (4) aus drei
am Umfang des Meßflansches (7) verteilten Druckmeßdosen besteht.
8. Füllmengenmeßeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtsnachführeinheit
aus einem elektromechanischen Umsetzer (11), einem kalibrierbaren
elektrischen Verstärker (12), einer Wägeabgleichheit (13) und
einem Sollwertgeber (14) für das Chargengewicht besteht.
9. Füllmengenmeßeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die weiterverarbeitende
Maschine (1) eine unter Vakuum stehende Rüttelmaschine ist.
10. Füllmengenmeßeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Vakuumflansch (9) und der
Gewichtssensor (4) an einem ruhendem Rahmen (15) befestigt sind
und die Rüttelmaschine (1) über eine elastische Zuleitung (16) mit
dem Vakuumflansch (9) verbunden ist.
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ID=6351662
Family Applications (1)
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