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DE20115010U1 - Device for measuring the throughput of a mass flow - Google Patents

Device for measuring the throughput of a mass flow

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DE20115010U1
DE20115010U1 DE20115010U DE20115010U DE20115010U1 DE 20115010 U1 DE20115010 U1 DE 20115010U1 DE 20115010 U DE20115010 U DE 20115010U DE 20115010 U DE20115010 U DE 20115010U DE 20115010 U1 DE20115010 U1 DE 20115010U1
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Description

PatentanwältePatent attorneys

Dip!:-Math. Siegfried KnefelDip!:-Math. Siegfried Knefel

Dipl.-Phys. Cordula KnefelDipl.-Phys. Cordula Knefel

Wertherstr. 16, 35578 WetzlarWertherstrasse 16, 35578 Wetzlar

Postfach 1924, 35529 WetzlarPO Box 1924, 35529 Wetzlar

Telefon 06441/46330 - Telefax 06441/48256Telephone 06441/46330 - Fax 06441/48256

F G 1060F G 1060

Claus FriedrichClaus-Friedrich

Holzmühle
35457 Lollar
Wood mill
35457 Lollar

Vorrichtung zur Durchsatzmessung eines MassenstromesDevice for measuring the flow rate of a mass flow

BeschreibungDescription

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchsatzmessung eines Massenstromes nach dem Coriolis-Messprinzip.The invention relates to a device for measuring the throughput of a mass flow according to the Coriolis measuring principle.

Gemäß dem Stand der Technik (DE 33 46 145 Al, EP 0 146 902 A2) wird das Messelement von einem Flügelrad gebildet, das mit konstanter Drehzahl angetrieben wird. Dieses Flügelrad wird axial von einem Schüttgutstrom beauf schlagt. Über eine Leitvorrichtung wird das Schüttgut radial den Leitschaufeln zugeführt und von diesen auf eine konstante Umfangsgeschwindigkeit von circa 10 m/s (Meter pro Sekunde) beschleunigt. Das hierfür erforderliche Drehmoment ist genau proportional zum gewichtsmäßigen Durchsatz. According to the state of the art (DE 33 46 145 A1, EP 0 146 902 A2), the measuring element is formed by an impeller that is driven at a constant speed. This impeller is axially acted upon by a bulk material flow. The bulk material is fed radially to the guide vanes via a guide device and accelerated by them to a constant peripheral speed of approximately 10 m/s (meters per second). The torque required for this is exactly proportional to the weight throughput.

• · · ♦• · · ♦

Die auszuwertende Messgröße dieses Wiegesystems ist die exakte Drehmomenterfassung.The measured value to be evaluated in this weighing system is the exact torque measurement.

Hierbei treten jedoch folgende Probleme auf. Eine Leistungsmessung am Motor ist zu ungenau, eine Drehmomentmessung direkt an der Antriebswelle des Flügelrades ist sehr aufwendig, daher wurde bisher der Motor pendelnd gelagert und das Reaktionsmoment über eine Wägezelle erfasst. Diese Drehmomentmessung ist sehr genau, etwas problematisch ist hierbei allerdings die Erfassung von sehr niedrigen Drehmomenten bei kleinen Durchsatzleistungen, bedingt durch das relativ hohe Gewicht des Motors.However, the following problems arise here. Measuring the power on the motor is too imprecise, and measuring the torque directly on the drive shaft of the impeller is very complex, so the motor has previously been mounted in a pendulum-like manner and the reaction torque recorded using a load cell. This torque measurement is very precise, but it is somewhat problematic to record very low torques at low throughputs due to the relatively high weight of the motor.

Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, eine Vorrichtung anzugeben, mit der eine Durchsatzmessung eines Massenstromes mit einfachen technischen Mitteln bei gleichzeitiger hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann.The technical problem underlying the invention is to provide a device with which a throughput measurement of a mass flow can be carried out using simple technical means while at the same time maintaining a high level of accuracy.

Dieses technische Problem wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.This technical problem is solved by a device having the features of claim 1.

Das Problem wird dadurch gelöst, dass das Flügelrad axial verdrehbar auf der Antriebswelle gelagert ist und über ein Federelement angetrieben wird.The problem is solved by the fact that the impeller is mounted axially rotatably on the drive shaft and is driven by a spring element.

Das Flügelrad wird durch einen Mitnehmer, der als federndes Element ausgebildet und mit der Antriebswelle fest verbunden ist, von der Antriebswelle angetrieben. Das Flügelrad ist mittels einer entsprechenden Lagerung gegenüber der Antriebswelle verdrehbar gelagert. Durch den Aufprall des Schüttgutes erfährt das Flügelrad ein geändertes Drehmoment. Hierdurch kommt es zu einem Winkelversatz von der Antriebswelle zum Flügelrad in Abhängigkeit von demThe impeller is driven by the drive shaft through a driver, which is designed as a spring element and is firmly connected to the drive shaft. The impeller is mounted so that it can rotate relative to the drive shaft using a corresponding bearing. The impeller experiences a changed torque due to the impact of the bulk material. This results in an angular offset from the drive shaft to the impeller depending on the

erforderlichen Drehmoment und damit zur Durchsatzleistung. Dieser Winkelversatz wird bei jeder Umdrehung durch zwei Näherungsschalter zeitlich erfasst. Der zeitliche Abstand zwischen der starren Antriebswelle und dem über eine Feder angetriebenen Flügelrad entspricht dem erforderlichen Drehmoment und somit dem Massendurchsatz.required torque and thus the throughput. This angular offset is recorded in time by two proximity switches for each revolution. The time interval between the rigid drive shaft and the impeller driven by a spring corresponds to the required torque and thus the mass throughput.

In der zum Meßsystem gehörenden Auswerteelektronik werden aus den Impuls-Abstandszeiten der jeweilige Massendurchsatz in kg/h (Kilogramm pro Stunde) errechnet.In the evaluation electronics belonging to the measuring system, the respective mass throughput in kg/h (kilograms per hour) is calculated from the pulse interval times.

Das Flügelrad ist, wie schon ausgeführt, drehbar auf der Antriebswelle gelagert. Der maximale Winkelversatz zwischen Flügelrad und Antriebswelle ist vorteilhaft durch einen Überlastanschlag begrenzt.As already mentioned, the impeller is mounted so that it can rotate on the drive shaft. The maximum angular offset between the impeller and the drive shaft is advantageously limited by an overload stop.

Das axial verdrehbar auf der Antriebswelle gelagerte Flügelrad ist in einem leichtgängigen Lager, insbesondere einem Kugellager gelagert. Es ist jedoch auch möglich, das Flügelrad in anderen Arten von Wälz- oder Gleitlagern zu lagern.The impeller, which is mounted axially on the drive shaft, is mounted in a smooth-running bearing, in particular a ball bearing. However, it is also possible to mount the impeller in other types of rolling or plain bearings.

Möglich ist auch eine lagerlose Aufhängung des Flügelrades direkt in zwei oder mehreren Blattfedern, die dann vorteilhaft direkt als Antriebs- und Messelement dienen.It is also possible to mount the impeller without bearings directly in two or more leaf springs, which then advantageously serve directly as a drive and measuring element.

Besonders vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Messvorrichtung ist, dass durch die ständigen Schwingungen des Flügelrades während des Produktdurchlaufes, Messfehler, die durch die Lagerreibung verursacht werden könnten, weitgehend kompensiert werden. Ein weiterer Vorteil gegenüber Messvorrichtungen mit Wägezellen ist, dass Vibrationen am Aufstellungsort der Messvorrichtung keine Fehler verursachen.A particular advantage of the measuring device according to the invention is that the constant vibrations of the impeller during the product passage largely compensate for measurement errors that could be caused by bearing friction. A further advantage over measuring devices with load cells is that vibrations at the installation location of the measuring device do not cause errors.

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• *• *

Weitere Einzelheiten der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden.Further details of the invention can be found in the subclaims.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen:The drawing shows an embodiment of the invention, in which:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Querschnitt; Fig. 1 shows a device according to the invention in cross section;

Fig. 2 eine geänderte Aufhängung des Flügelrades in Draufsicht.Fig. 2 shows a modified suspension of the impeller in plan view.

Gemäß Fig. 1 ist in einem runden Gehäuse (1) ein Flügelrad (2) mit Leitschaufeln (3) vertikal angeordnet. Dieses Flügelrad wird von einem Elektromotor (4) über einen Riementrieb (5), über die Antriebswelle (6) und über einen Federstab (9) mit konstanter Drehzahl angetrieben. Das Flügelrad (2) ist auf der Antriebswelle (6) mittels eines Kugellagers (7) axial verdrehbar gegenüber der Antriebswelle (6) gelagert.According to Fig. 1, an impeller (2) with guide vanes (3) is arranged vertically in a round housing (1). This impeller is driven by an electric motor (4) via a belt drive (5), via the drive shaft (6) and via a spring rod (9) at a constant speed. The impeller (2) is mounted on the drive shaft (6) by means of a ball bearing (7) so that it can rotate axially relative to the drive shaft (6).

Mit der Antriebswelle (6) ist ein Mitnahmebolzen (8) starr verbunden. Dieser Mitnahmebolzen (8) treibt über den Federstab (9) und einen mit dem Flügelrad starr verbundenen Mitnahmebolzen (10) das axial verdrehbar gelagerte Flügelrad (2) an.A driving pin (8) is rigidly connected to the drive shaft (6). This driving pin (8) drives the axially rotatable impeller (2) via the spring rod (9) and a driving pin (10) rigidly connected to the impeller.

Der Massenstrom (11) des Schüttgutes (nicht dargestellt) wird über eine Leitvorrichtung (12) dem Flügelrad (2) zugeführt und radial durch die Leitschaufeln (3) beschleunigt .The mass flow (11) of the bulk material (not shown) is fed to the impeller (2) via a guide device (12) and accelerated radially by the guide vanes (3).

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In Abhängigkeit vom Massendurchsatz und der Steifigkeit der Feder (9) wird das axial verdrehbar gelagerte Flügelrad (2) gegenüber der Antriebswelle (6) um einen definierten Winkel verschoben. Diese Winkelverschiebung wird durch zwei Näherungsinitiatoren (14, 15) bei jeder Umdrehung berührungslos erfasst. Der erste Näherungsinitiator (14) befindet sich am Antriebsrad (13), der zweite Näherungsinitiator (15) ist am Flügelrad (2) angeordnet. Diese beiden Näherungsinitiatoren (14, 15) werden so eingestellt, dass bei jeder Umdrehung zunächst der erste Näherungsinitiator (14) eine Impulsflanke und kurz darauf der zweite Näherungsinitiator (15) eine weitere Impulsflanke liefert. Diese Impulsflanken werden durch eine genaue Zeitmessung erfasst und ausgewertet.Depending on the mass throughput and the stiffness of the spring (9), the axially rotatable impeller (2) is displaced by a defined angle relative to the drive shaft (6). This angular displacement is recorded contactlessly by two proximity switches (14, 15) with each revolution. The first proximity switch (14) is located on the drive wheel (13), the second proximity switch (15) is arranged on the impeller (2). These two proximity switches (14, 15) are set so that with each revolution the first proximity switch (14) first delivers a pulse edge and shortly afterwards the second proximity switch (15) delivers another pulse edge. These pulse edges are recorded and evaluated using precise time measurement.

Gemäß Fig. 2 weist das axial verdrehbar auf der Antriebswelle (6) gelagerte Flügelrad (2) eine lagerlose Aufhängung des Flügelrades mit vier Blattfedern (17) auf, die direkt als Antriebs- und Messelement dienen.According to Fig. 2, the impeller (2), which is mounted axially rotatably on the drive shaft (6), has a bearingless suspension of the impeller with four leaf springs (17), which serve directly as a drive and measuring element.

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BezugszeichenReference symbols

1 Gehäuse1 housing

2 Flügelrad2 Impeller

3 Leitschaufeln3 guide vanes

4 Elektromotor4 Electric motor

5 Riemenantrieb5 Belt drive

6 Antriebswelle6 Drive shaft

7 Kugellager7 ball bearings

8 Mitnahmebolzen8 driving pins

9 Federstab9 Spring bar

Mitnahmebolzen Massenstrom Leitvorrichtung Antriebsrad Näherungsinitiator Näherungsinitiator BlattfedernDriving pin Mass flow guide device Drive wheel Proximity switch Proximity switch Leaf springs

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Durchsatzmessung eines Massenstromes, die ein mit konstanter Drehzahl angetriebenes Flügelrad enthält, dem der Materialstrom zugeführt wird, wobei der Massenstrom durch das Flügelrad beschleunigt wird, und wobei das Drehmoment gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelrad (2) auf der Antriebswelle (6) axial verdrehbar gegenüber der Antriebswelle (6) gelagert ist und als ein über ein Federelement (9) angetriebenes Flügelrad (9) ausgebildet ist, und dass zwei Näherungsinitiatoren (14, 15) für die Messung des Winkelversatzes zwischen Antriebswelle (6) und Flügelrad (2) vorgesehen sind. 1. Device for measuring the throughput of a mass flow, which contains an impeller driven at a constant speed, to which the material flow is fed, the mass flow being accelerated by the impeller, and the torque being measured, characterized in that the impeller ( 2 ) is mounted on the drive shaft ( 6 ) so as to be axially rotatable relative to the drive shaft ( 6 ) and is designed as an impeller ( 9 ) driven via a spring element ( 9 ), and that two proximity switches ( 14 , 15 ) are provided for measuring the angular offset between the drive shaft ( 6 ) and the impeller ( 2 ). 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel, um den das Flügelrad (2) gegenüber der Antriebswelle (6) verdrehbar ist, durch einen Überlastanschag begrenzt ist. 2. Device according to claim 1, characterized in that the angle through which the impeller ( 2 ) can be rotated relative to the drive shaft ( 6 ) is limited by an overload stop. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelrad (2) in einem Wälz- oder Gleitlager (7) axial verdrehbar auf der Antriebswelle (6) gelagert ist. 3. Device according to claim 1, characterized in that the impeller ( 2 ) is mounted in a rolling or sliding bearing ( 7 ) on the drive shaft ( 6 ) so as to be axially rotatable. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelrad (2) lagerlos in wenigstens zwei Blattfedern (17) aufgehängt ist und als ein über diese Blattfedern (17) angetriebenes Flügelrad (2) ausgebildet ist. 4. Device according to claim 1, characterized in that the impeller ( 2 ) is suspended without bearings in at least two leaf springs ( 17 ) and is designed as an impeller ( 2 ) driven via these leaf springs ( 17 ). 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vorrichtung wenigstens eine Leitvorrichtung (12) zum Umlenken des Materialstromes vorgesehen ist. 5. Device according to claim 1, characterized in that at least one guide device ( 12 ) is provided in the device for deflecting the material flow.
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