DE2449765A1 - Vorrichtung zur massenbestimmung von bewegtem gut - Google Patents

Vorrichtung zur massenbestimmung von bewegtem gut

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Description

DiPL-ING. LUDEWIG - üipl-HHrs. 3USE · dipl-phys. MENTZEL 56 WUPPERTAL 2 · UNTERDORNEN 114 · RUF (02121) 553611/12
511 Kennwort: "Förderbandwaage"
Firma Maatschappij van Berkel's Patent NV., Rotterdam/Niederlande
Vorrichtung zur Massenbestiiranung von bewegtem Gut
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Massenbestimmung von längs einer Transportbahn bewegtem Gut, umfassend einen das Gut von einer Gut-Zuführstelle aus beschleunigenden Förderer und eine kräftemässig davon getrennte Gut-Abführstelle zur Abbremsung des bewegten Gutes, mit einem an die Transportbahn angeschlossenen, die Trägheitskräfte beim Beschleunigen bzw. Abbremsen des Gutes aufnehmenden Kraftmesser und mit einem damit verbundenen, ein Anzeigewerk aufweisenden Auswertegerät, welches die im Laufe eines Betriebsgangs anfallenden Trägheitskräfte des Gutes summativ hinsichtlich der Fördergeschwindigkeit erfaßt.
Die Massen- bzw. die Gewichtsbestimmung des Gutes wird aus dem Bewegungsimpuls ermittelt, den das auf der Transportbahn bewegte Gut entweder bei seiner Beschleunigung aufnimmt oder bei seiner Abbremsung auf die Vorrichtung abgibt. Die positive bzw. negative Beschleunigung der Massen des in der Vorrichtung bewegten Gutes löst Trägheitskräfte aus, die von dem an die Vorrichtung angeschlossenen Kraftmesser festgestellt und an das Auswertegerät weitergegeben werden. Sofern die Beschleunigung des Gutes zur Messung herangezogen werden soll, ist der Kraftmesser am frei beweglich aufgestellten Förderer angebracht, weshalb der bei Beschleunigung des Gutes anfallende Rückstoß des Förderers vom Kraftmesser ausgewertet wird. Sofern die Abbremsung des Gutes an der Gut-Abführstelle zur Messung herangezogen wird, ist der Kraftmesser an diesem Bauteil angeschlossen und ermittelt die beim Aufprall des Gutes anfallenden Bremskräfte. Die in beiden Fällen dem Kraftmesser anfallenden Belastungen sind, unter Be-
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rücksichtigung der Fördergeschwindigkeit des Guts am Förderende, ein Maß der pro Zeiteinheit längs der Transportbahn bewegten Massen des Gutes. Die im Laufe eines Betriebsgangs transportierte absolute Masse des Guts wird im Auswertegerät durch Berücksichtigung der Betriebsdauer der Messung ermittelt und in seinem Anzeigewerk ausgewiesen.
Schwierigkeiten bereitet es, eine ausreichende Genauigkeit der Massenbestimmung zu erhalten. Diese ergeben sich durch ungleichmässige Zuführung des Gutes auf der Transportbahn. Es kommt zu stoßweisen Belastungen der Transportbahn, welche Schwingungen auslösen, die Fehlmessungen im Kraftmesser hervorrufen. Diese Fehlmessungen lassen sich auch nicht mit einem vertretbaren Aufwand im Aufbau des Auswertegeräts beseitigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Massenbestimmung bewegten Guts der eingangs genannten Art zu entwickeln, welche eine Massenbestimmung auf einfache und sehr zuverlässige Weise ermöglicht.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftmesser von den anfallenden Trägheitskräften belastete, schwingende Saiten aufweist und das Auswertegerät einen taktweise, die Saitenschwingungen erfassenden Frequenzzähler besitzt, dessen die Taktfolge zwischen aufeinanderfolgenden Frequenzmessungen bestimmenden Zeitintervalle kleiner ausgebildet sind als die Schwingungsdauer der Eigenfrequenz der Vorrichtung im Resonanzfall, wobei das Auswertegerät außer den einzelnen Frequenzmessungen auch das zugehörige Taktfolge-Zeitintervall erfaßt.
Die Anwendung von mit schwingenden Saiten arbeitenden Kraftmessern ermöglicht es, die in der Vorrichtung anfallenden Trägheitskräfte
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mit sehr hoher Auflösegenauigkeit zu erfassen. Die anfallenden Trägheitskräfte verändern die Spannung der im Kraftmesser angeordneten Saiten und bewirken eine Frequenzänderung der Saitenschwingungen, die von einem Frequenzmesser im Auswertegerät ermittelt wird: Der Frequenzmesser, welcher beispielsweise die Anzahl der Schwingungen pro Zeiteinheit abzuzählen hat, wird nur taktweise angesprochen, wobei die Zeitintervalle seiner Taktfolge gegenüber der Schwingungsdauer der Eigenfrequenz der Vorrichtung im Resonanzfall klein sind. Der mit dem Kraftmesser versehene Vorrichtungsteil wirkt nämlich als Resonator, dessen Erregung durch die bei Betrieb der Vorrichtung von veränderlichen Trägheitskräften ausgelösten Stöße erfolgt. Solche Stöße sind als Überlagerung eines weiten Spektrums sinusförmiger Schwingungen interpretierbar. Die Vorrichtung selbst wirkt aber schon als ein Tiefpaß.-filter, an welchem hohe Frequenzen, die über der Eigenfrequenz der Vorrichtung liegen, nicht durchgelassen werden. Wählt man daher erfindungsgemäß die Taktfolge zwischen aufeinanderfolgenden Frequenzmessungen kleiner als die Schwingungsdauer der Eigenfrequenz, so können auch die niedrigen Frequenzen solcher Störungen sich nicht mehr fehlerhaft auf das Meßergebnis auswirken. Das Auswertegerät wird daher mit zutreffenden, von solchen Störungen nicht verfälschten Frequenzergebnissen versorgt und kann unter Berücksichtigung des verwendeten Zeitintervalls der Taktfolge aufeinanderfolgender Frequenzmessungen in seinem Anzeigewerk die Mengen des durchgegangenen Guts genau wiedergeben.
Um den Einfluß des Fehlers auch in ungünstigen Fällen auszuschließen, empfiehlt es sich, das gewählte Zeitintervall der Taktfolge höchstens 1/4 so groß wie die Schwingungsdauer der Vorrichtung bei Resonanzfrequenz auszubilden. Besonders bewährt hat es sich, hierfür nur 1/10 dieser Schwingungsdauer zu verwenden. Zur Steuerung des Auswertegeräts ist es einfach, wenn man sowohl die Fördergeschwindigkeit des Guts in
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der Transportbahn, auf welche das Gut beschleunigt wird, als auch das Zeitintervall der Taktfolge der Frequenzmessungen konstant macht, zumindest im Laufe eines Betriebsgangs, wo die Menge des durchgelaufenen Gutes ermittelt werden soll.
Man wird dabei bestrebt sein, die Meßzeitdauer des Frequenzmessers kleiner als das Zeitintervall der Taktfolge zwischen aufeinanderfolgenden Frequenzmessungen auszubilden, damit mit absoluter Sicherheit das Meßergebnis innerhalb der kurzen gewünschten Zeitintervalle erhalten wird. Verwendet man nämlich als Frequenzmesser einen Zähler und als Kraftmesser zwei miteinander gekoppelte Saiten, welche außer von der Meßkraft auch noch von einer Referenzkraft beaufschlagt werden, so ist es am einfachsten, die Meßzeitdauer solcher Frequenzmesser von einer vorgegebenen Zählrate der Schwingungen der einen Saite abhängig zu machen. In diesem Fall ist es nämlich lediglich erforderlich, bezogen auf diese vorgegebene Zählrate, lediglich die Anzahl der Schwingungen der anderen Saite zu ermitteln. Hierdurch läßt sich der Aufbau des Auswertegeräts und die Steuerung wesentlich vereinfachen .
In der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt, worin die Vorrichtung schematisch, nicht maßstabsgetreu, dargestellt ist.
Im Ausführungsbeispiel dient die Vorrichtung zur Ermittlung der Masse bzw. des Gewichts von Schüttgut 10. Die Erfindung ist natürlich sinngemäß auch für Gut in Form von Packungen anwendbar. Die Vorrichtung umfaßt eine Transportbahn 11, welche dazu dienlich ist, das Gut 10 von einem Vorratsbehälter 12 auf eine Ausgabestation 13,z.B. in einen Verarbeitungsbehälter, überzuführen. Die Transportbahn besitzt
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zur Einleitung der Bewegung des Gutes 10 einen Förderer 14, dessen Gestell 15 über ein Paar von Lenkern 16 horizontal beweglich aufgehängt ist. Das Gestell 15 trägt die zur Umlenkung eines endlosen Bandes des Förderers 14 dienenden Endrollen 17 und ist von einer Rückstellfeder 18 od.dgl. in einer bestimmten Ausgangslage gehalten. Bei einer stabilen Aufhängung des Förder-Gestells 15 nach Art eines Pendels könnte die Schwerkraft für die Einhaltung einer Ausgangslage dienlich sein. Etwaige Dämpfer für die Einhaltung der stabilen Lage sind nicht näher dargestellt.
Der Vorratsbehälter 12, von dem im Bedarfsfall eine Ganze Serie zur Aufnahme unterschiedlichen Gutes in der Vorrichtung vorgesehen sein können, ist mit einem Abschlußorgan 19 versehen, durch dessen Betätigung der Beginn und das Ende des Ausströmens des Gutes aus dem Vorratsbehälter 12 steuerbar ist. Das Gut fällt unter Wirkung der Schwerkraft vertikal aus dem Vorratsbehälter 12 auf den Förderer 14. Die Auftreffstelle des Gutes unter dem Vorratsbehälter 12 ist die Gut-Zuführstelle 20, wo das Gut 10 beim Auftreffen zunächst keine Bewegungskomponente in horizontaler Richtung aufweist. Das Förderband im Förderer 14 wird mit der eingezeichneten Geschwindigkeit ν in Bewegung gesetzt. Dies erfolgt durch einen angedeuteten Antriebsmotor 21 im Gestell 15 des Förderers 14, der zumindest die eine Endrolle T7 des Förderers 14 in Umdrehung versetzt. Im Betriebsfalle der Vorrichtung läuft der Förderer 14 mit einer konstanten Transportgeschwindigkeit ν um. Dies geschieht vorzugsweise lange bevor das Abschlußorgan 19 im Vorratsbehälter 12 geöffnet wird. Von der Gut-Zuführstelle 20 an erfährt das Gut 10 eine Beschleunigung in Antriebsrichtung ν des Förderers 14 und erreicht schnell die gewünschte Transportgeschwindigkeit v. Der Antriebsmotor 21 ist stark genug ausgelegt, um auch im Betriebsfall eine konstante Transportgeschwindigkeit V
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zu gewährleisten. Pro Zeiteinheit gesehen erhält die Masse des auffallenden Guts 10 einen in Richtung des eingezeichneten Geschwindigkeitspfeils ν wirkenden Impuls, der sich, nach dem physikalischen Gesetz, in einem gleich großen Gegenimpuls am Förderer 14 auswirkt. Dieser Gegenimpuls ist eine Art Rückstoß, der, im dargestellten Ausführungsbeispiel, die Rückstellfeder 18 zusammendrückt und eine entsprechend große Kraft K pro Zeiteinheit der Beschleunigung in entgegengesetzter Richtung entstehen läßt, wie in der Fig. durch einen Pfeil angedeutet wurde.
Am Ende des Förderers 14 fällt das Gut 10 auf die Ausgabestation 13, welches die Abführstelle des Gutes aus der Transportbahn bestimmt. An dieser Abführstelle kommt das Gut 10 wieder zur Ruhe, weshalb es hier zu einer Abbremsung der Geschwindigkeit ν des Gutes 10 kommt. Diese Abführstelle 13, die mit einem Prallblech 22 versehen sein kann, kann ihrerseits als der maßgebliche Meßteil der Vorrichtung fungieren, denn durch die Abbremsung des bewegten Guts bis zum Stillstand wird auf die Abführstelle 13 ein dem vorerwähnten Bewegungsimpuls entgegengerichteter Impuls ausgelöst, der seinerseits Ursache von Kräften ist, die Basis zur Ausführung einer Messung der Trägheitskräfte sein könnte. Statt die zur Beschleunigung des Gutes 10 im Bereich des Förderers 14 erforderliche Kraft K zu bestimmen, könnte man auch die bei Abbremsung im Bereich der Abführstelle 13 wirksamen Trägheitskräfte des Gutes verwenden, die zur Vernichtung dieses Bewegungsimpulses notwendig sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden nur die bei Beschleunigung des Guts 10 auf den Förderer 14 anfallenden Impulse zur Messung ausgenutzt. Für die Anwendung der Erfindung auf die im Verzögerungsfall im Bereich der Abführstelle sich ergebenden Trägheitskräfte gilt das Entsprechende.
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AIs Kraftmesser zur Aufnahme der vorerwähnten, auf die Transportbahn wirkenden Kräfte K dient eine mit schwingenden Saiten S1 S2 versehene Meßdose 30. Dieser Kraftmesser 30 besitzt ein Paar von einendig miteinander verbundenen, von einer festen Referenzkraft R, nämlich einer Vorspannungsfeder 31, gemeinsam vorgespannte schwingende Saiten S1, S2. Die anderen Enden der Saiten S1, S2 sind am Gehäuse befestigt. An der Verbindungsstelle 32 dieser Saiten greift zugleich, in sternstrahlenförmiger Anordnung zu ihnen, außer der vorerwähnten Referenzkraft R auch noch ein Endglied 33 eines mehrgliedrigen Übertragungsgestänges/, welches von der vorerwähnten Kraft K des Förderers beaufschlagt wird. Die Kraft K wirkt zunächst auf eine Schubstange 23, die einendig an dem horizontal im Betriebsfall ausweichenden Gestell 15 des Förderers 14 angebracht ist und anderendig ins Innere der Meßdose 30 hineinragt und dort am einen Arm 24 eines Winkelhebels angelenkt ist, dessen anderer Arm 25 einjustierbar mit dem vorerwähnten Endglied 33 gekuppelt ist. Der Winkelhebel 24, 25 ist in einem ortsfesten Lagerbock 26 in der Meßdose 30 angeordnet. Unter Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses in diesem übertragungsgestänge wird, ausgehend von der in der Vorrichtung wirksamen Kraft Kyeine hierzu stets proportionale Zugkraft P in einer bestimmten Winkellage zu den beiden Saiten S1, S2 ausgeübt. An diesen Saiten befinden sich jeweils kombinierte Erreger und Frequenzfühler 27, 27 , welche auf elektromagnetischem Weg die Saiten in transversale Schwingungen versetzen und die in Abhängigkeit von der Saitenbelastung durch die wirksamen Kräfte R, P sich ergebenden Frequenzen f1 und f2 abgreifen. Durch die vorgegebene Geometrie in der Meßdose 30 besteht eine eindeutige Beziehung zwischen den an den Saiten S1 und S2 wirkenden Frequenzen f1 und f2 einerseits und der wirkenden KraftwK, welche, wie bereits erwähnt wurde, ihrerseits ein Maß für die in einem Zeitintervall an das Gut 10 abgegebenen Impulse M · ν
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sind. Zur Bestimmung der Massen genügt es daher, die in der Meßdose sich ergebenden Frequenzen f1, f2 in einem nachfolgenden Auswertegerät 34 rechnerisch umzusetzen.
Zunächst sind Frequenzzähler 35, 35' vorgesehen, welche mit den vorerwähnten Frequenzfühlern 27 durch zwei elektrische Leitungen 28, 28 verbunden sind. Zur Steuerung dieser Frequenzzähler 35, 35' dient ein Taktgeber 36 sowie ein Zähldauergeber 37. Der Taktgeber 36 bestimmt ein Zeitintervall T,innerhalb welchemeineRückstellung der Zähler 35, 35' auf ihre Anfangswerte durchgeführt und die Zählung jeweils immer auf das Neue in Gang gesetzt wird. Weiterhin schaltet der Taktgeber 36 gleichzeitig den Zähldauergeber 37 ein. Der Zähldauergeber 37 bestimmt die Dauer t, innerhalb welcher die Frequenzzähler 35, 3 5' die Anzahl der Schwingungen der beiden Frequenzen f 1, f2 bestimmen. Die Zähldauer <t ist natürlich kleiner als das Zeitintervall T der Taktfolge, mit welchen der Taktgeber 36 aufeinanderfolgende Zählungen beginnt. Hat der Taktgeber 36 die Zählungen ausgelöst, so liegen nach der Zähldauer f in den beiden Zählern 35, 35' die zugehörigen Zählraten Z1, Z2 vor, deren Höhe natürlich von der vorgegebenen Zähldauer f abhängig ist. über Anschlußleitungen 29, 29' werden die ermittelten Zählraten Z1, Z2 an ein Divisionsglied 38 abgegeben, welches den Quotienten dieser Meßwerte bildet. Der hier erlangte Meßwert ist proportional der in der Vorrichtung anfallenden Kraft K, die auf das Meßwerk 30 einwirkt, allerdings bezogen auf das für seine Ermittlung maßgebliche Zeitintervall T der Taktfolge, über eine Verbindungsleitung 39 gelangt dieses. Signal an ein Multiplikationsglied 40, an welches noch zwei weitere Meßanschltisse über Leitungen 41, 4 2 angreifen, über die Leitung 42 wird vom Taktgeber 36 eine dem Zeitintervall T der Taktfolge entsprechende Steuergröße eingegeben, die als Dividend mit einer als Divisor eingehenden Steuer-
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größe zusammengefaßt wird, die sich aus der Transportgeschwindigkeit ν des Gutes 10 auf dem Förderer 14 ergibt. Hierzu wird über einen Geschwindigkeitsmesser 43, der, wie dargestellt, am Förderband 14 oder aber an der nicht antreibenden Rolle 17 angreift, die beim Transport maßgebliche Bandgeschwindigkeit ermittelt. Hierdurch ist auch eine Kontrolle oder Steuerung des Bandantriebs möglich. Das Signal der ermittelten Bandgeschwindigkeit wird über die Leitung 41 an das Multiplikationsglied 40 gegeben, wo der Quotient aus dem Zeitintervall T der Taktfolge einerseits und dieser Geschwindigkeit ν andererseits mit dem aus dem vorausgehenden elektronischen Glied 38 eingehenden Signal, dem Quotienten von Z1 und Z2, in einem Produkt zusammengefaßt wird. Die sich in diesem Multiplikationsglied 40 ergebende Größe ist ein Maß für die in diesem Meßtakt anfallende Masse M.
Von hier aus wird über eine weitere Verbindung 44 ein Additionsglied 45 angesprochen, wo die während der einzelnen Meßtakte in einem Arbeitsgang anfallenden Meßwerte der durchgelaufenen Massen des transportierten Gutes aufsummiert werden. Dementsprechend wird vom Additionsglied 45 ein numerisches Anzeigewerk 46 gesteuert, wo die gesamte anfallende Menge in digitaler Weise angezeigt wird. Aus dem am Divisionsglied 38 anfallenden Signal ließe sich ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit des Gutes 10 auf dem Förderer herleiten und gegebenenfalls in einem anderen digitalen Anzeigewerk der Vorrichtung laufend überwachen und ablesen.
Wegen der gewählten kurzen Zeitintervalle für die Zeitfolgen sind die ermittelten Zählraten Z1, Z2 von Störgrößen nahezu unabhängig, weshalb die Quotientenbildung im Divisionsglied 38 ein exaktes Maß für die wirkenden Trägheitskräfte K in der Vorrichtung ist.
Die Vorrichtung ließe sich auch in mancherlei Hinsicht vereinfachen. So wäre es dankbar, keinen gesonderten Zähldauergeber 37 zu verwenden, vielmehr eine vorbestimmte Zählrate in dem einen Frequenzzähler 35'
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dazu zu verwenden, um eine vom Taktgeber 3 6 ausgelöste Zählung im Frequenzzähler 35 zu beenden. Die Dauer der Zählung ergibt sich dann automatisch dadurch, daß im Zähler 35' stets eine vorbestimmte Anzahl von Frequenzen gezählt wird. Ein Maß für die veränderliche Kraft K ist dann lediglich der im anderen Frequenzzähler 35 jeweils ermittelte Wert Z1. Da in der Meßdose 30, im Falle fehlender Trägheitskräfte, also K=O, bereits eine Referenzkraft R wirksam ist, empfiehlt es sich, den Zähler 35 in diesem Falle von einem negativen Zählwert aus laufen zu lassen, so daß die dort erlangte Zählrate Z1 auch Null ist, wenn die Kraft K=O wirksam ist. Bei konstanter Transportgeschwindigkeit ν brauchte in dem betreffenden Steuerglied lediglich ein konstanter Faktor eingegeben zu werden. Zur genaueren Steuerung empfiehlt es sich aber, die Transportgeschwindigkeit zur Überwachung dem Steuerglied in der gewünschten Höhe einzugeben. Wegen der Frequenzänderungen ergeben sich Unterschiede der Meßdauer, wenn diese durch eine vorgegebene Anzahl von Schwingungen in ihrer Länge bestimmt ist. Aus diesem Grunde wird man das Zeitintervall T im Taktgeber 36 ausreichend groß gegenüber der Zeitdauer 1H der Zählung machen, um die im Extremfall sich ergebenden Zeitabweichungen der Messung mitzuerfassen.
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ORIGINAL INSPECTED

Claims (5)

  1. ?ATENTAKWÄLTE
    DiPL.-iNG. LUDEWIG · dipl.-phys. BUSE · dipl.-phys. MENTZEL
    ·Λ%
    56 WUPPERTAL 2, den 15.10.74
    Kennwort: "Förderbandwaage" Patentansprüche :
    Vorrichtung zur Massenbestimmung von längs einer Transportbahn bewegtem Gut, umfassend einen das Gut von einer Gut~Zuführstelle aus beschleunigenden Förderer und eine kräftemäßig davon getrennte Gut-Abführstelle zur Abbremsung des bewegten Gutes, mit einem an die Transportbahn angeschlossenen, die Trägheitskräfte beim Beschleunigen bzw. Abbremsen des Gutes aufnehmenden Kraftmesser und mit einem damit verbundenen, ein Anzeigewerk aufweisenden Auswertegerät, welches die im Laufe eines Betriebsgangs anfallenden Trägheitskräfte des Gutes summativ hinsichtlich der Fördergeschwindigkeit erfasst, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftmesser (30) von den anfallenden Trägheitskräften (K) belastete (P), schwingende Saiten (S1TS3) aufweist und das Auswertegerät (34) einen taktweise die Saitenschwingungen (fjyfj) erfassenden Frequenmesser (35,35') besitzt, dessen die Taktfolge zwischen aufeinanderfolgenden Frequenzmessungen bestimmenden Zeitintervalle (τ) kleiner ausgebildet ist als die Schwincfungsdauer der Eigenfrequenz der Vorrichtung (11) im Resonanzfall, wobei das Auswertegerät (34) außer den ermittelten Frequenzwerten auch das zugehörige Taktfolge-Zeitintervall (τ) erfasst.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die. Schwingungsdauer der Vorrichtung bei Resonanzfrequenz mindestens viermal größer als das gewählte Zeitintervall (τ) der Taktfolge ausgebildet ist.
    -2-
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  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördergeschwindigkeit (v) des Gutes (10) und das Zeitintervall (T) der Taktfolge der Frequenzmessungen im Laufe eines Betriebsgangs der Vorrichtung (11) konstant sind.
  4. 4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3/ dadurch gekennzeichnetm daß die Meßzeitdauer (t) des Frequenzmessers (35,35') kleiner als das Zeitintervall (T) der Taktfolge aufeinanderfolgender Frequenzmessungen ausgebildet ist.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzeitdauer (?) des Frequenzmessers (35.35*) von einer vorgegebenen Zählrate (22) der Schwingungen einer Saite (S2) im Kraftmesser (30) bestimmt ist.
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