Bunkerstandanzeiger
Bei der Bunkerung von Schüttgütern, insbesondere von Kohle, Zement, Kalk, Kohlenstaub, Getreide, Mehl, Zucker, Futtermittel, Formsand, Chemikalien usw. werden zur Überwachung des Füllstandes, aus Gründen der Sicherheit und zur Automatisierung des Füllens und Entleerens mehr und mehr selbsttätige Füllstandanzeiger verwendet.
Die im allgemeinen nur für eine nicht fortlaufende Anzeige geeigneten mechanischen Geber sind so ausgeführt, dass das Schüttgut entweder eine Druckkraft auf einen Schaltkörper ausübt oder einen eingehängten Messkörper auslenkt oder die Drehbewegung eines Flügelrades unterbricht, wobei jeweils ein oder mehrere elektrische Kontakte betätigt werden.
Bei den bekannten Bunkerstandanzeigern mit Unterbrechung einer Drehbewegung ragt eine sich dauernd drehende Welle mit einem Flügel am unteren Ende in den Bunker hinein. Die Welle mit dem Drehflügel wird von einem Elektromotor, beispielsweise einem Synchronmotor angetrieben und macht langsame Umdrehungen.
Wenn das ansteigende Schüttgut den Drehflügel erreicht, wird dieser gebremst und festgehalten. Die gehemmte Drehkraft des Motors wird ausgenutzt, um einen Schalter zu betätigen, der den Motor abschaltet und gleichzeitig ein Signal auslöst.
Zu diesem Zweck ist es bekannt, den Motor gegen eine Federkraft kippbar anzuordnen. Beim Abbremsen der Flügelwelle durch das Schüttgut dreht sich das Motorgehäuse unter der Einwirkung seines Drehmomentes gegen die genannte Feder bis zu einem Anschlag und betätigt dabei den genannten Schalter.
Bei einem anderen bekannten Bunkerstandanzeiger ist zwischen dem feststehenden Motor und der Welle für den Drehflügel eine Schaltkupplung vorgesehen, die beim Abbremsen des Drehflügels den genannten Schalter betätigt. Dabei wird die Drehung der Antriebsachse durch einen Mitnehmer über einen kurbelartig auf dem Ende der Welle des Drekörpers auf einer durch die Längsachse der Drehkörperwelle gehenden Ebene schwenkbar sitzenden Teil auf letzteren übertragen, wobei bei Bremsung des Drehkörpers der Kurbelarm gekippt wird; dadurch wird der Schalter betätigt. Der Mitnehmer besteht aus zwei sich gegenüberstehenden senkrecht zur Antriebsachse angeordneten Stiften.
Der Kupplungsteil, der auf der Welle des Drehkörpers sitzt, ist mit einem Hebelarm versehen, der beim Kippen dieses Kupplungsteiles einen plattenförmigen Körper verschiebt, der nun seinerseits den Schalter betätigt. Dieser Hebelarm kann als zweiarmiger Hebel ausgebildet sein, der an seinen äusseren Ende mit freilaufenden Rollen versehen ist. Um eine von der jeweiligen Stellung der Kupplungsteile zueinander unabhängige Kippbewegung des Schalters zu erreichen, wird der plattenförmige Körper an parallel sitzenden Hebelarmen gelenkig angesetzt, die an dem Gehäuse der Vorrichtung so angelenkt sind, dass sich der plattenförmige Körper beim Kippen des Teiles parallel verschiebt.
Sinkt der Füllstand des Bunkers, so kann der vom Schüttgut freiwerdende Flügel sich wieder drehen. Der Schalter wird durch eine Feder in seine ursprüngliche Lage gebracht, so dass der Motor wieder eingeschaltet und gleichzeitig ein Signal gegeben wird. Die rotierenden Bunkerstandanzeiger sind auch für seitlichen Einbau mit einem bestimmten Mindestabstand und für sehr grobkörniges Gut mit Spezialflügeln verwendbar.
Die bekannten Bunkerstandanzeiger haben verschiedene Nachteile: Der die Anzeige bewirkende Motor ist zweiseitig oder einseitig fest gelagert. Ausserdem ist die Ansprechzeit sehr gross und die Ansprechempfindlichkeit sehr klein. Dies ist besonders bei leichten Schüttgütern, beispielsweise Kunststoffpulver, Kunststoffkörner, Russ und dergl. sehr nachteilig. Einerseits wird der Drehflügel gegen die Kraft einer Feder abgebremst bzw. festgeschalten, andererseits muss die Federkraft bei Fortfall der Hemmung die Lagerreibung der Messein richtung überwinden; dies sind zwei entgegengesetzte Forderungen!
Die bekannten Bunkerstandanzeiger sind für die vorgenannten leichten Schüttgüter nicht verwendbar, da sie wegen vieler Lager- und Gelenkstellen sowie grosser Massen des Antriebsmotors und der verwendeten Kupplungen einer Feder mit verhältnismässig grosser Kraft erfordern.
Ausserdem werden die genannten leichten Schüttgüter pneumatisch gefördert, so dass in dem Bunker Über- oder Unterdruck vorhandenist. Dies hat den Nachteil, dass durch den Überdruck Schüttgut in die Lager des Bunkerstandanzeigers oder in den Bunkerstandanzeiger selbst gelangt. Durch die eintretende Verschmutzung wird die Lagerreibung erhöht und damit das Drehmoment unzulässig vergrössert oder das ganze Gerät fällt aus.
Man hat schon versucht, zur Abdichtung der Lager die Flügelwelle aus Gummi herzustellen. Dies hat jedoch nicht zu dem gewünschten Erfolg geführt, da durch die Gummiwelle auch das Drehmoment vergrössert wurde und nur eine schlechte Abdichtung zu erzielen war.
Zur Vermeidung dieser Nachteile ist bei einem Bunkerstandanzeiger, bei dem das Schüttgut die Drehbewegung eines von einem Motor angetriebenen Drehflügels hemmt und dadurch einen Schalter für Signal- und/oder Steuermittel betätigt, erfindungsgemäss die Antriebsvorrichtung an ihrem Wellenstumpf einseitig fliegend gelagert und an ihrem verdrehbaren Gehäuse mit einem Hebel versehen, der die Antriebsvorrichtung entgegen der Drehrichtung ihrer Welle gegen eine Feder abstützt und den Schalter betätigen kann. Der Schalter kann ein Umschalter mit mindestens einem Arbeits- und einem Ruhekontakt sein. Es können auch mehrere Schalter nebeneinander angeordnet sein und gleichzeitig betätigt werden.
Der Motor kann ein angeflanschtes Getriebe aufweisen, dessen Abtriebswelle über eine Rutschkupplung direkt mit der Welle für den Drehflügel verbunden ist. Der Anpressdruck der Rutschkupplung kann einstellbar sein.
Bei dieser Ausbildung können die Lagerreibung und die zu bewegende Masse des neuen Bunkerstandanzeigers wietestgehend herabgesetzt werden, so dass der Bunkerstandanzeiger tatsächlich mit sehr kleiner Federkraft betrieben werden kann. Dies wird dadurch begünstigt, dass bei leichten Schüttgütern, beispielsweise bei Kunststoffpulver, das durch das Schüttgut auf den sich drehenden Flügel ausgeübte Brems- bzw. Haltemoment sehr klein ist, es liegt bei etwa 175 cmg. Das Drehmoment des Motors spielt bei diesem Bunkerstandanzeiger keine Rolle. Für die Kontaktbetätigung genügt ein kleiner Motor, auch der Schaltweg des vorzugsweise mechanischen Schalters ist sehr kurz.
Es wird somit möglich, Bunkerstahdanzeiger mit grosser Ansprechempfindlichkeit und kleiner Ansprechzeit zu bauen, welche etwa bei 0,3 bis 0,1 Sekunden liegt, während sie bisher bis zu 7 Sekunden betragen hat. Die kurze Ansprechzeit ist für den anzuzeigenden Niveauunterschied des Schüttgutes, beispielsweise zwischen voll und leer wichtig. Je kürzer die Ansprechzeit ist, desto kleiner kann der noch anzeigbare Niveauunterschied sein.
Ein derartiger Bunkerstandanzeiger kann einfach und betriebssicher ausgeführt werden ohne irgendwelche elektronischen Hilfsmittel; er ist daher robust und anspruchslos im Betrieb.
Zwischen dem Schüttgut und dem Drehflügel ist bei Stillstand des Schüttgutes ruhende Reibung vorhanden.
Wenn sich das Schüttgut, beispielsweise beim Entleeren des Bunkers vertikal nach unten in Bewegung setzt, lockert sich das Schüttgut auf und die ruhende Reibung geht in eine Reibung der Bewegung über, die geringer ist als die ruhende Reibung. Dann kann sich insbesondere bei leichten Schüttgütern, wie Russ, Kunststoffkörnern, Kunststoffpulver usw. unter Umständen der Flügel unter Einwirkung des Drehmomentes der Rückholfeder etwas bewegen, so dass der Schalter vorzeitig betätigt, insbesondere wieder eingeschaltet und beispielsweise leer angezeigt wird, obgleich der Bunker noch gar nicht leer ist.
Um dem zu begegnen wird zweckmässig der auf der Motorwelle befestigte flache Drehflügel zu beiden Seiten der Welle dem Drehsinn derselben entgegengesetzt geschränkt.
Die durch die Schränkung des Drehflügels erzielbaren Vorteile bestehenden insbesondere darin, dass auch bei Reibung der Bewegung der Drehflügel in seiner Lage gehalten wird, solange Schüttgut an ihm vorbeiströmt.
Die Schränkungen des Drehflügels haben zur Folge, dass das sich vertikal nach unten bewegende Schüttgut während der Reibung der Bewegung auf die Schränkungen einwirkt und bedingt durch eine Kraftkomponente in horizontaler Richtung ein Drehmoment erzeugt, das der Federkraft der Rückholfeder entgegenwirkt. Daher bleibt das von dem Schüttgut auf den Drehflügel ausge übte Drehmoment solange erhalten, bis der Drehflügel von dem Schüttgut tatsächlich freigegeben wird.
Mit dem Bunkerstandanzeiger können gleichzeitig auch die Füll- und Entleerungsvorrichtungen des Bunkers automatisch gesteuert werden. In der Regel werden die Bunkerstandanzeiger für Voll- und Leeranzeige benutzt, es kann aber auch jede andere Füllhöhe mit zusätzlichen Geräten kontrolliert bzw. gesteuert werden. Die Flügelwellenlänge kann zwischen 200 und 6000 mm betragen. Es soll in diesem Zusammenhang noch erwähnt werden, dass der Bunkerstandanzeiger leicht explosionsgeschützt ausgeführt werden kann, dies ist besonders für die chemische Industrie wichtig.
Die Verschmutzung des Bunkerstandanzeigers durch unter Überdruck eindringendes Schüttgut kann durch an sich bekannte staubdichte Wälzlager oder Kunststofflager verhindert werden.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.
Fig. 1 zeigt die Seitenansicht eines Bunkerstandanzeigers teilweise im Schnitt.
Fig. 2 ist der Grundriss des Bunkerstandanzeigers nach Fig. 1,
Fig. 3 gibt einen Schnitt durch die Rutschkupplung wieder,
Fig. 4 zeigt ein staubdichtes Kunststofflager für den Bunkerstandanzeiger im Schnitt und
Fig. 5 zeigt einen geschränkten Drehflügel;
Fig. 5a gibt eine Vorderansicht,
Fig. 5b eine Seitenansicht und
Fig. 5c den Grundriss wieder.
Der Motor 1 mit dem angeflanschten Getriebe 2 ist mit seiner freien Achse 3 in dem Lager 4, das in dem Gehäuse 5 befestigt ist, einseitig fliegend d. h. um seine Achse frei drehbar gelagert. Die Achse 3 ist direkt mit der in dem Gehäuse 5 gelagerten Welle 6 über die Rutschkupplung 7 verbunden. An der Welle 6 ist der Drehflügel 8 befestigt. Zur Lagerung der Welle 6 in dem Gehäuse 5 dient neben dem Lager 2 das Lager 9.
In der Annahme, dass der Bunkerstandanzeiger beispielsweise zur Vollanzeige des Bunkers dient, arbeitet der Anzeiger auf folgende Weise: An dem Gehäuse des Motors 1 ist ein Hebel 10 befestigt. Mit Hilfe des Hebels 10 wird das Gehäuse des Motors 1 entgegen der Drehrichtung seiner Achse 3 durch die Zugfeder 11 festgehalten, die an dem Gehäuse 5 befestigt ist. Der Hebel 10 kann über den Schalthebel 12 und eine nicht dargestellte Feder den Schalter 13 betätigen. Diese Feder sorgt dafür, dass der Schalthebel 12 stets an dem Hebel 10 anliegt und bringt den Schalter 13 in seine Ausgangsstellung zurück, wenn der Hebel 10 in seine Ausgangsstellung zurückgeht.
Die Fig. 1 und 2 zeigen die Situation bei eingeschaltetem, d. h. laufendem Motor 1, der Drehflügel 8 dreht sich in der durch den Pfeil angegebenen Richtung. Erreicht nun das Schüttgut den Drehflügel 8, so wird dieser in seiner Bewegung gebremst. Da sich das Gehäuse des Motors 1 mit dem Getriebe 2 frei drehen kann, verlässt es unter der Einwirkung des Motordrehmomentes seine Grundstellung entgegen der Drehrichtung des Flügels 8.
Dabei bewegt sich der Hebel 10 gegen die Zugkraft der Feder 11 und betätigt über den Schalthebel 12 den Schalter 13. Der Schalter 13 schaltet den Motor 1 ab. Gleichzeitig wird ein Signal gegeben und/oder ein Steuerrelais betätigt. Die Drehbewegung des Gehäuses des Motors 1 entspricht dem Hub des Schalters 13. Das Signal kann ein optisches oder akustisches Signal sein. Der Motor 1 bleibt solange stehen, bis das in dem Bunker absinkende Schüttgut den Drehflügel 8 wieder freigibt. Jetzt zieht die Feder 11 den Hebel 10 und damit den Motor 1 in seine Ausgangsstellung zurück. Auch der Schalthebel 12 geht in seine Ausgangsstellung zurück und der Schalter 13 schaltet den Motor 1 wieder ein, der Drehflügel 8 beginnt sich wieder zu drehen. Gleichzeitig wird wiederum ein Signal gegeben und/oder ein Steuerrelais betätigt.
Die in Fig. 3 gezeigte Rutschkupplung 7 besteht aus einer aufgeschnittenen Hülse 14, die die Motorachse 3 zum Teil umfasst. Gegen den freiliegenden Teil der Motorachse 3 drückt die Platte 15 mit dem Reibbelag 16.
Die Platte 15 steht unter dem Druck on zwei Federn 17, die mit Hilfe der beiden durch die Platte 15 und den Reibbelag 16 hindurchgeführten Schrauben 18 mit der Hülse 14 verbunden sind. Der Anpressdruck der Rutschkupplung 7 kann durch Drehen der beiden Schrauben 18 in Verbindung mit den beiden Federn 17 eingestellt werden.
Die in Fig. 4 gezeigte Kunststofflagerung für die Welle 6 besteht beispielsweise aus der in das Gehäuse 5 eingesetzten Buchse 19. Zur Lagerung der Welle 6 in der Buchse 19 dienen die beiden Kunststofflagerbuchsen 20 und 21 aus einem verhältnismässig weichen Kunststoff mit hoher Elastizität sehr guten Gleiteigenschaften und hoher Wärmebelastbarkeit. Beispielsweise wird hierfür ein Fluorkohlenstoffharz verwendet. Der Reibungskoeffizient dieses Materials ist so gering, dass er mit Schmierung durch ein Silikonöl wie ein Wälzlager gleitet. Wird dieser Kunststoff ohne Schmierung verwendet, so wirkt er nahezu selbstschmierend.
Zur Abdichtung der Welle 6 gegen das Gehäuse 5 kann die Lagerbuchse 21 durch einen U-förmigen Ring 22 aus Kunststoff zusätzlich abgedichtet sein. In die offene Seite des Ringes 22 drückt ein Metallring 23, der unter dem Druck der Schraubenfeder 22 steht. Bei normalem Betrieb drückt der Metallring 23 den Ring 22 auseinander, so dass er sowohl an der Welle 6 als auch an der Buchse 19 anliegt. Tritt in dem Bunker ein Überdruck auf, so wird die Dichtung verbessert, da der Uförmige Ring 22 durch den Überdruck weiter auseinander gedrückt wird.
An Stelle dieses Dichtungsringes 22 können auch an sich bekannte staubdichte Wälzlager verwendet werden.
In Fig. 5 ist ein geschränkter Drehflügel dargestellt.
Die Welle 6 dreht sich von dem Motor 1 angetrieben in Pfeilrichtung. Der auf der Welle 6 befestigte Drehflügel 25 ist mit zwei Schränkungen 26 versehen. Die Schränkung zur Fläche des Drehflügels beträgt etwa 40 .
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel befinden sich die beiden Schränkungen an der dem Motor zugewandten Seite des Drehflügels sie können aber auch an der dem Motor abgewandten Seite des Drehflügels angeordnet sein; die Schränkung muss jedoch dann genau entgegen gesetzt erfolgen, um dieselbe Wirkung in Bezug auf die Motorwelle zu erzielen.