Direkte Messung am Schüttgut

Kontinuierliche Prozesse benötigen eine präzise Messtechnik, die den Feststoffstrom fortwährend erfasst und dabei folgende Kriterien erfüllt:

• keine Kalibrierung am Förderprozess

• kein Einfluss der Produkteigenschaften auf das Messresultat

• keine beweglichen Teile im Produktstrom

Die Rutschenwaage Dynachute von Dynatechnik erfüllt diese Bedingungen für den Bereich frei fließender Schüttgüter mit Genauigkeiten im Promillebereich. In Abwandlung des aus der Bandwaagentechnik bekannten Verfahrens wird die Masse des Schüttgutes auf einem Rutschensegment kontinuierlich bestimmt, während gleichzeitig die Rutschgeschwindigkeit dieser Masse berührungslos gemessen wird. Aus diesen beiden absoluten Größen wird dann der Massedurchsatz errechnet.

Viele konventionelle Messtechniken reagieren auf veränderte Feststoffgeschwindigkeiten mit Messungenauigkeiten und benötigen daher Nachkalibrierungen. Die Änderungen resultieren zum Beispiel aus unterschiedlichen Füllhöhen im Aufgabebehälter, die unterschiedliche Austrittsgeschwindigkeiten zur Folge haben, oder aus sich ändernden Reibeigenschaften des zu messenden Feststoffes. Bei indirekten Mess-verfahren wie Mikrowellen- und Radartechnik können Veränderungen der Produkte (Partikeldurchmesser, Produktfeuchte) zum kompletten Verlust der Mess-genauigkeit führen. Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, wurde für die Dynachute eine spezielle Technologie zur Geschwindigkeitsmessung eingesetzt, die nach dem physikalischen Prinzip der elektrostatischen Aufladung arbeitet. Diese Aufladung aufgrund von Reibung erfolgt bei allen Schüttgütern – selbst bei leitfähigen Produkten. Die elektrisch geladenen Partikel erzeugen beim Durchtritt durch einen Metallring ein Ladungssignal gegen den geerdeten Transportkanal. Aufgrund von statistischen Schwankungen im Partikelstrom ergibt sich ein Stromrauschen. Mit einem Zeitversatz, der linear von der Partikelgeschwindigkeit abhängt, wird auf einem zweiten Metallring ein in seiner zeitlichen Abfolge ähnliches Stromrauschen des transportierten Produkts gemessen. Die Dynachchute-Elektronik bestimmt mit einer Korrelationsrechnung über Zeitversatz und Abstand der Sensorringe die Geschwindigkeit. Hierbei hält eine automatische Verstärkeranpassung die Signalhöhen der beiden Eingangssignale auf einem verarbeitbaren Pegel.

Im Rutschensegment kommt eine spezielle Sensorgeometrie zum Einsatz, da die Geschwindigkeit auf dem verwogenen Rutschensegment nicht konstant ist, sondern sich aufgrund der Gravitationseinwirkung in Flussrichtung erhöht. Neben dem Geschwindigkeitswert wird als zweite Messgröße die Masse des Feststoffes benötigt. Dazu wurde der GWT-Wägecontroller PR1713 eingesetzt. Er bietet neben den Funktionalitäten zur kontinuierlichen Dosierung (kg/h) und Chargenverwiegung (kg) nach Rezepturen diverse Möglichkeiten der Messwertausgabe und Steuerung in digitaler und analoger Form. Folgendes Beispiel verdeutlicht dabei die Anforderung an den Wägecontroller: Für eine Ausführungsform der Dynachute mit maximalem Durchsatz von 2 t/h beträgt die Masse auf einem Rutschensegment von 160 mm Länge nur ca. 60 g (Rutschgeschwindigkeit ca. 1,5 m/s). Im Controller empfängt eine angepasste Software über den störsicheren CAN-Bus den Geschwindigkeitswert und berechnet damit kalibrationsfrei den Massedurchsatz.

Im Bereich kontinuierlich ablaufender Prozesse wird oftmals aus einer Massenbestimmung (Verwiegung) eines Aufgabebehälters der Durchsatz bestimmt. Diese als Loss-In-Weight-Methode bekannte Bestimmung der Massenabnahme im Behälter pro Zeiteinheit ist allerdings eine quasi kontinuierliche, da während des Befüllens des Behälters die Durchsatzbestimmung ausgesetzt werden muss. Auf ihre messtechnischen Auflösungsgrenzen trifft diese Methode dann, wenn der Masseabfluss aus dem Behälter in einem zu kleinen Verhältnis zur Gesamtmasse des Aufgabebehälters inklusive Schüttgutmasse steht. Außerdem können ökonomische Gründe gegen die Verwendung von Waagen sprechen, sind ja nicht nur die Kosten der Waage zu sehen, sondern auch die des Behälters, der bei einer kontinuierlichen Messung am Produktstrom entfallen kann. Ein Beispiel für den wirtschaftlichen Einsatz des Dynachute ist ein Misch- oder Veredlungsprozess, bei dem die Komponenten kontinuierlich zugeführt und kontinuierlich im Trommelmischer verarbeitet werden können. Der ökonomische Nutzen ergibt sich neben der Verringerung von Durchlaufzeiten auch durch die Einsparung von Zwischenbehältern.