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Dokumentenidentifikation DE3811880C2 26.04.1990
Titel Füllmengenmeßeinrichtung
Anmelder MTU Motoren- und Turbinen-Union München GmbH, 8000 München, DE
Erfinder Kraus, Max, 8000 München, DE;
Lackermeier, Raimund, 8055 Goldach, DE
DE-Anmeldedatum 09.04.1988
DE-Aktenzeichen 3811880
Offenlegungstag 19.10.1989
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 26.04.1990
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.04.1990
IPC-Hauptklasse G01G 13/285
IPC-Nebenklasse B65B 1/32   
Zusammenfassung Die Erfindung offenbart eine Füllmengenmeßeinrichtung zur exakten gewichtsmäßigen Beschickung einer weiterverarbeitenden Maschine, die unter Vakuum steht, wobei zwischen dem evakuierten Vorratsbehälter für das Schüttgut und der weiterverarbeitenden Maschine ein Gewichtssensor parallel zu einer vakuumdichten elastischen Verbindung angebracht ist. Dieser Gewichtssensor wirkt gleichzeitig mit einem Umgebungsdruckmesser auf eine Gewichtsnachführeinheit ein, so daß diese bei Erreichen des exakten Füllgewichts den Schüttgutstrom über ein entsprechendes Sperrglied unterbricht.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Füllmengenmeßeinrichtung zur exakten gewichtsmäßigen Beschickung einer weiterverarbeitenden Maschine mit Schüttgut, das in einem Vorratsbehälter steht, welcher über eine elastische Verbindung an die weiterverarbeitende Maschine angeschlossen ist, wobei ein Gewichtssensor parallel zur elastischen Verbindung angeordnet ist.

Derartige Füllmengenmeßeinrichtungen sind aus der DE 35 20 657 A1 bekannt und arbeiten nach dem Prinzip von Dosierwaagen, die im Schüttgutstrom zwischen Vorratsbehältern und weiterverarbeitender Maschine angeordnet werden und beim Erreichen des Sollgewichts einen Schüttgutdosierbehälter öffnen und die exakt abgewogene Schüttgutmengen zur Beschickung der weiterverarbeitenden Maschine freigeben.

Werden derartige bekannte großvolumige Einrichtungen im evakuiertenBereich installiert, so muß dieser in nachteiliger Weise sehr groß gehalten werden. Schüttgüter, die während der gesamten Verarbeitungsphase unter Vakuum zu halten sind, werden durch derartige Einbauten nachteilig einer erhöhten Kontamination durch die zusätzlich ins Vakuum eingebrachten Oberflächen ausgesetzt.

Wird lediglich die Gewichtsabnahme eines Vorratsbehälters, aus dem das Schüttgut in die weiterverarbeitende Maschine gefördert wird, gemessen, um die Füllmenge exakt einzuhalten, so ergibt sich der Nachteil, daß derartige Messungen für vakuumbeaufschlagte Vorratsbehälter äußerst ungenau sind, da Schwankungen des Umgebungsdruckes die Gewichtsabnahme 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 Vorratsbehäters mit dem Schüttgut.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine exakte gewichtsmäßige Beschickung einer weiterverarbeitenden Maschine aus einem evakuierten Vorratsbehälter auch bei Schwankungen des Umgebungsdruckes unter Berücksichtigung der Größe und Anordnung der Öffnungsfläche im Vorratsbehälter sicherzustellen.

Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird dadurch erreicht, daß das Schüttgut in einem Vorratsbehälter unter Vakuum steht, daß die elastische Verbindung zur weiterverarbeitenden Maschine vakuumdicht angeschlossen ist und daß ein Umgebungsdruckmesser mit einer automatischen Gewichtsnachführeinheit in Wirkverbindung steht.

Die elastische Verbindung zwischen Vorratsbehälter und weiterverarbeitender 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 Dosiereinheiten im Schüttgutstrom, daß keine zusätzlichen großvolumigen Einrichtungen im Vakuum zu installieren sind und somit zusätzlich die Kontaminationsgefahr für das Schüttgut verringert ist.

Die Gewichtsnachführeinheit hat dabei die Funktion, die durch Leergewicht, Füllgewicht und Geometrie des Vorratsbehälters bestimmten Einflußgrößen 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 Öffnungsquerschnitts des Vorratsbehälters zur elastischen Verbindung hin entscheidend. Beim Evakuieren des Vorratsbehälters von dem zeitabhängigen Umgebungsdruck pU (t) (beispielsweise 105 N/m2) auf Hochvakuum pHV (beispielsweise 2 · 10-3 N/m2) erhöht sich das Leergewicht gL des Vakuumbehälters auf das Gewicht gL + gHV, wobei die Gewichtszunahme gHV und der zeitabhängige Umgebungsdruck pU(t) mit der Fläche A in folgender Abhängigkeit stehen:

gHV = A · (pU(t)-pHV) (1)

Beispielsweise nimmt das Leergewicht des Vorratsbehälters beim Evakuieren mit den o. a. Werten um gHV=1250 N zu. Bei Umgebungsdruckschwankungen während des Füllvorganges von beispielsweise ±2%, wie sie beispielsweise bei Beschickungsvorgängen von 4 h und mehr auftreten, ergeben sich näherungsweise Gewichtsmeßfehler ΔgHV von ±25 N

ΔgHV = A · pU (Δt) (2)

Derartige Schwankungen werden durch die Gewichtsnachführeinheit ausgeglichen.

Weitere Einflußgrößen auf die Meßgenauigkeit der vakuumbeaufschlagten Füllmengenmessung sind die Federkonstante af der elastischen Verbindung und die Federkonstante as des Gewichtssensors und die damit verbundene gewichtsmindernde Kraftwirkung gf auf den Vorratsbehälter, die mit dem Meßweg Δs des Gewichtssensors korrelieren (siehe Gleichung 3):

gf = af · Δs (3)

Das Gesamtgewicht des Vorratsbehälters wird um diese Größe gf vermindert, wobei der Meßweg Δs von der Federkonstante as des Gewichtssensors, 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:

gf = af · g (t)/as (4)

Für ein Zeitintervall Δt eines Füllvorgangs ist mit einem Gewichtsmeßfehler von

Δgf = g (Δt)af/as (5)

zu rechnen, so daß die Gewichtsnachführeinheit das folgende Fehlgewicht Δg auszugleichen hat:

Δg = Δgf-ΔgHV (6)

oder

Δg = [g (t&sub1;)-g(t&sub2;)] af/as-[pU(t&sub1;)-pU(t&sub2;)] A (7)

Wobei in Gleichung (7) g (t&sub1;) das gemessene Gewicht zu Beginn und g (t&sub2;) zum Ende des Füllvorgangs ist und pU (t1) den Umgebungsdruck zu Beginn und pU (t2) den Umgebungsdruck zum Ende des Füllvorgangs darstellt. Dazu wird der Gewichtsnachführeinheit der Umgebungsdruck über einen Umgebungsdruckmesser zugeführt und ein Sollgewicht gs vorgegeben. Ist das Sollgewicht nach Gleichung (8) erreicht,

gs = g(t&sub2;) + Δg (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 ausgebildet wie beispielsweise als Schmetterlingsventil. Besonders vorteilhaft haben sich hier Schieber bewährt, deren bewegliche Teile, soweit sie mit dem Schüttgutstrom in Kontakt kommen, dem Schüttgutmaterial entsprechen, so daß die Kontaminationsgefahr durch Abrieb von Fremdmaterial an den Schieberoberflächen vermieden wird.

Weitere vorteilhafte Schüttgutsperrvorrichtungen sind im Vakuum installierte Drehteller oder Schraubenförderer, die aus Schüttgutmaterial 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 diesen 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 Gewichtsensor arbeitet. Das hat den Vorteil, daß lediglich das Leergewicht des Vorratsbehälters und nicht der Ballast der weiterverarbeitenden Maschine die Füllmengenmessung beeinflußt.

Die elastische Verbindung soll vakuumdicht und elastisch sein, wobei im Hinblick auf Gleichung (5), af « as bleiben muß. Deshalb wird hier vorteilhaft ein Faltenbalg eingesetzt.

Ein weiterer Vorteil des Einbaues einer Füllmengenmeßeinrichtung zwischen Vorratsbehälter und weiterverarbeitender Maschine ist, daß der Vorratsbehälter mit dem Meßflansch von der weiterverarbeitenden Maschine 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 Vakuumräume durch Öffnen des Vakuumsperrgliedes zusammengeschlossen.

Ein besonders vorteilhafter Aufbau der Füllmengenmeßeinrichtung zwischen 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 realisiert. Zunächst sorgt ein elektromechanischer Umsetzer dafür, daß die mechanischen Änderungen eines mechanischen Umgebungsdruckmessers in elektrische Signale umgesetzt werden und diese mittels eines kalibrierbaren elektrischen Verstärkers in äquivalente elektrische Gewichtssignale 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 Zusammenstellung ist, daß diese Füllmengenmeßeinrichtung eine exakte gewichtsmäßige Beschickung einer weiterverarbeitenden Maschine unter Vakuum gewährleistet.

Sehr hohe Anforderungen werden an eine Füllmengenmeßeinrichtung gestellt, wenn die weiterverarbeitende Maschine eine unter Vakuum stehende Rüttelmaschine darstellt. Dazu wird der Vakuumflansch der weiterverarbeitenden Maschine starr mit dem Gewichtssensor auf einem ruhenden Rahmen befestigt und die Rüttelmaschine als weiterverarbeitende Maschine über eine elastische Zuleitung mit dem Vakuumflansch verbunden.

Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die vorliegende Erfindung näher erläutert und bevorzugte Ausführungsformen dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Füllmengenmeßeinrichtung,

Fig. 2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Füllmengenmeßeinrichtung 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 weiterverarbeitenden Maschine 1, die die Füllmenge unter Hochvakuum aufnimmt und dem Vorratsbehälter 2, der die Füllmenge abgibt. Die beiden evakuierten Räume 1 und 2 sind über eine elastische Verbindung 3 kurzgeschlossen. Parallel zu dieser elastischen Verbindung 3 ist ein Gewichtssensor 4 angeordnet, der das Gewichtssignal einer Gewichtsnachführeinheit 6 zuführt. Ein Umgebungsdruckmesser 5 steht mit der Gewichtsnachführeinheit 6 in Wirkverbindung. Der Wirkungspfeil zwischen Gewichtsnachführeinheit 6 und Vorratsbehälter 2 verdeutlicht, daß bei Erreichen des exakten Beschickungsgewichtes der Füllvorgang von dem Vorratsbehälter 2 in die weiterverarbeitende Maschine 1 gestoppt wird.

Fig. 2 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Füllmengenmeßeinrichtung. 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 Zeitpunkt t&sub1;, 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 Gewichtssensoren 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 elektrisches Signal umgesetzt wird und proportional zum Öffnungsquerschnitt der elastischen Verbindung 3 durch den Meßverstärker 12 mit dem Netzgerät 17 der Wägeabgleicheinheit 13 zugeführt wird. Die Wägeabgleicheinheit 13 bringt das um den Einfluß der elastischen Verbindung 3 und der Druckänderung korrigierte Gewicht im Wägeindikator 18 zur Anzeige und vergleicht dieses Gewicht mit dem Sollgewicht des Sollwertgebers 14 der bei Übereinstimmung zwischen Sollgewicht und korrigiertem Gewicht die Schüttgutsperrvorrichtung 8 auslöst, so daß der Füllvorgang unterbrochen wird. Der Vorratsbehälter 2 ist für ein bis fünf Füllvorgänge 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 Klopfantriebs 19 und eines Schwingantriebs 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 weiterverarbeitenden Maschine 1. Der ruhende Rahmen 15 stützt sich auf dem Fundament der weiterverarbeitenden Maschine 1 ab.


Anspruch[de]
  1. 1. Füllmengenmeßeinrichtung zur exakten gewichtsmäßigen Beschickung einer weiterverarbeitenden Maschine mit Schüttgut, das in einem Vorratsbehälter steht, welcher über eine elastische Verbindung an die weiterverarbeitende Maschine angeschlossen ist, wobei ein Gewichtssensor parallel zur elastischen Verbindung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schüttgut in dem Vorratsbehälter (2) unter Vakuum steht, daß die elastische Verbindung (3) zur weiterverarbeitenden Maschine (1) vakuumdicht angeschlossen ist und daß ein Umgebungsdruckmesser (5) mit einer automatischen Gewichtsnachführeinheit (6) in Wirkverbindung steht.
  2. 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. 3. Füllmengenmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Verbindung (3) mit einem Vakuumflansch (9) an die weiterverarbeitende Maschine (1) angeflanscht ist, und daß der Gewichtssensor (4) zwischen Meßflansch (7) und Vakuumflansch (9) angeordnet ist.
  4. 4. Füllmengenmeßeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Verbindung (3) ein Faltenbalg ist.
  5. 5. Füllmengenmeßeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Meßflansch (7) und Schüttgutsperrvorrichtung (8) ein Vakuumsperrglied (10) angebracht ist.
  6. 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. 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. 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. 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. 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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