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WO2006105679A1 - Silowaage - Google Patents

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WO2006105679A1
WO2006105679A1 PCT/CH2006/000186 CH2006000186W WO2006105679A1 WO 2006105679 A1 WO2006105679 A1 WO 2006105679A1 CH 2006000186 W CH2006000186 W CH 2006000186W WO 2006105679 A1 WO2006105679 A1 WO 2006105679A1
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WO
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support
measuring cell
silo
silos
supports
Prior art date
Application number
PCT/CH2006/000186
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English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes Wirth
Original Assignee
Digi Sens Ag
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Filing date
Publication date
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G3/00—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances
    • G01G3/12—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G21/00—Details of weighing apparatus
    • G01G21/23—Support or suspension of weighing platforms

Definitions

  • the present invention relates to a silo balance according to the preamble of claim 1.
  • Silo scales are several known. They are often used as gravimetric dosing scales according to the principle of weight or mass difference determination. For this purpose, the whole silo stands - usually three to four - scales. With their help, the gross weight of the silo is calculated as the sum.
  • the disadvantage of this approach is - among other things - that, for upgrading or retrofitting the silo with the weighing device, this must be lifted from the ground or the support surface and then has to be placed on the force inputs of the measuring cells. This process can only be carried out to a limited extent, especially for silos with many tons of bulk material content.
  • the differential weighing method is often unnecessarily accurate as the actual dosing method for inventory weighing.
  • the object of the present invention is the creation of a force measuring device for silos, with the help of existing silos can be retrofitted quickly and inexpensively, without facing the task of such silos - at best in full condition - even stand out from the ground.
  • the solution of the problem is reflected in the characterizing part of claim 1 with respect to the basic features in the further claims with respect to further advantageous embodiments.
  • 1 is a side view of a silo
  • Fig. 4 is a schematic representation of the electronic components of a silo balance.
  • the idea of the invention is based on the fact that a pipe subjected to axial forces thereby experiences a widening of its diameter. This expansion can be measured in principle; However, the changes in the pipe diameter are very small, on the other hand, the measurement available forces very large. As a result, the radially acting forces can be measured by means of an elastic force reduction.
  • the attachment of a slot makes the inertial ellipse highly eccentric;
  • attaching one or two pull rods restricts the elastic elongation of the tube in a transverse direction, thereby increasing the elongation perpendicular to this direction.
  • a silo 1 is shown schematically for bulk good, such as road salt, cement, chemicals, cereals.
  • a silo 1 is usually divided into an upper cylindrical part 2 and a lower part 3 with Siloablass 4 and three or more supports 5.
  • Such silos 1 are known per se and can as sheet metal structures with a capacity up to about 200 tons be executed.
  • FIG. 1 A solution according to the invention is indicated in FIG. 1 in the form of slots 6 and a measuring cell housing 7 shown schematically.
  • FIG. 2 shows in detail the measures provided according to the invention for the first exemplary embodiment and the procedures.
  • the mechanical engagement on a support 5 consists in the attachment of a longitudinally and parallel to the axis of the support 5 extending slot 6 and a perpendicular to be attached to the plane of the slot 6 hole 8, which preferably extends through the diameter of the support 5 made of a round tube.
  • a pull rod 9 is inserted. This penetrates the hole 8 with play and is unilaterally secured, for example with a nut 15 on train and flows on the other side non-positively in an actual measuring cell 10.
  • Other security measures are in the skill of the machine manufacturer.
  • Suitable measuring cells 10 are, for example, those which are based on the deformation of strain gages, furthermore deformable optical waveguides or measuring cells with vibrating strings.
  • the design of the element labeled with measuring cell 10 then has to correspond to the deformation to be measured.
  • the load occurring along the support 5 due to variable compressive forces results in a change in the inertial ellipse of the support 5, such that the slot 6 widens reversibly when the support 5 receives additional axial pressure.
  • the tube forming the support 5 is widened, but to a much lesser extent than is provided and necessary here.
  • the additional force resulting from the filling of the silo is passed on via the pull rod 9 as a tensile force to the measuring cell 10, which, according to their construction, the force converted into an electrical signal uniquely attributable to the force.
  • the transverse deformation of the support 5 required for the measurement with a vibrating string is in the range of ⁇ ICT 5 m, and can be adjusted over the length and the width of the slot 6.
  • a substantially parallel to the pull rod 9 transverse screw (not shown) may be provided.
  • FIG. 3 A second embodiment is shown in FIG.
  • the inertial ellipse necessary for load determination is enforced here by the insertion of at least one first drawbar 21; in Fig. 3, the two are shown.
  • the pull rod 9 already described in the first embodiment, which is connected to the measuring cell 10 runs.
  • the here mentioned tie rods 21 are mounted in radially extending holes 8 and secured to the support 5, that their distance from the connected to the measuring cell 10 drawbar 9 in the axial direction of the support 5 is the same.
  • tie rod 21 If only one tie rod 21 is used, it is installed as close as possible at right angles to the pull rod 9. It is essential that the material of the tie rods 9, 21 is the same in terms of thermal properties. This thermometric properties of the force measuring device described can be significantly suppressed. Another advantage of this solution described is the associated with even less effort installation of the measuring device in the Pre-existing support 5. Prerequisite is sufficient sensitivity of the measuring cell 10th
  • a measuring cell 10 is a known transducer based on a vibrating string, for example according to EP 0 381 712.
  • a schematically drawn cable 11 serves both the power supply of the measuring cell 10 and the supply of electrical signals generated by the measuring cell 10 to a - shown in Fig. 4 - computer 12. This contains in stored form both the nature of the conversion of these signals in terms of weight, and all the required parameters of the measuring cell 10. Further, Fig.
  • the computer 12 determines the current net filling weight of the silo 1 by summing all loads determined on the supports 5 of a silo 1, and forwards the current measurement result to a memory 13, which, for example, keeps the last transmitted stored in each case.
  • a modem 14 or equivalent device may receive a remote polling of the net fill weight. Thereupon, the value present in the memory 13 is transmitted by the modem 14 to a central computer 16.
  • the measured values of the corresponding measuring cells 10 are queried successively either via a multiplex system and processed by the same computer 12, or each measuring cell 10 has its own computer 12.
  • the connected memory 13 can then use a sliding memory be one of the number of silos 1 corresponding number of positions, which are successively transmitted to the modem 14, or has the same number of result stores, which can be retrieved sequentially.
  • a person skilled in the art can easily design further processes for the storage and remote transmission of the net filling weights of a plurality of silos, which are used by the inventive idea and are also detected by it.

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

Die erf indungsgemasse Silowaage mit mindestens drei rohrfÌrtnigen Stutzen (5) besonders zum NachrÍsten bestehender Silos (1) und zum Bestimmen des Fullstandes solσher Silos. Sie beruht auf der Tatsache, dass eine rohrfÌrmige StÍtze durch eine axial wirkende Kraft elastisclie Dehnung ihres Durchmessers erf ahrt. Dazu wird an jeder dieser Stutzen (5) ein parallel zu ihrer Achse verlaufender Langsschlitz (6) und ein quer zur Ebene des Langsschlitzes (6) und durch den Durchmesser der StÍtze (5) verlaufendes Loch (8) angebracht . Das Loch (8) wirdvon einer einseitig durch eine Mutter (15) gesicherten Zugstange (9) durchsetzt, welche anderseitig kraf tschlÍssig in einer aussen an der StÍtze (5) anliegenden Messzelle (10) befestigt ist. Diese ist von einem Messzellengehause (7) umschlossen. Durch das Gewicht des Silos (1) wird der Schlitz (6) im wesentlichen gewichtsproportional reversibel aufgeweitet. Dies bewirkt eine entsprechende Kraft auf die Zugstange (9) , welche an die Messzelle (10) weitergegeben und dort gemessen wird. Ein Kabel (11) dient zur Stromversorgung und zur Signalverbindung.

Description

Silowaage
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Silowaage nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Silowaagen sind mehrere bekannt. Sie werden häufig als gravi- metrische Dosierwaagen nach dem Prinzip der Gewichts- bzw. Massendifferenzbestimmung verwendet. Hierzu steht der ganze Silo auf - in aller Regel drei bis vier - Waagen. Mit deren Hilfe wird das Bruttogewicht des Silos als Summe ermittelt. Der Nachteil dieser Vorgehensweise ist - unter anderem -, dass, zum Aus- oder Nachrüsten des Silos mit der Wägeeinrichtung, dieser vom Boden oder der Auflagefläche abgehoben werden muss und anschliessend auf die Krafteingänge der Messzellen aufgesetzt werden muss. Dieses Verfahren kann, gerade bei Silos mit vielen Tonnen Schüttgutinhalt, nur noch bedingt ausgeführt werden. Zudem ist das Differenzwägeverfahren als eigentliches Dosierverfahren für eine Bestandeswägung oft unnötig genau.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung ei- ner Kraftmesseinrichtung für Silos, mit deren Hilfe bestehende Silos rasch und kostengünstig nachgerüstet werden können, ohne vor der Aufgabe zu stehen, solche Silos - allenfalls in vollem Zustande - auch noch vom Boden abzuheben. Die Lösung der gestellten Aufgabe ist wiedergegeben im kenn- zeichnenden Teil des Anspruches 1 hinsichtlich der grundlegenden Merkmale, in den weiteren Ansprüchen hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausbildungen.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung auf der Grundlage eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen
Fig.. 1 eine Seitenansicht eines Silos,
Fig. 2 eine Seitenansicht eines Details eines ersten Aus- führungsbeispiels,
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel im Detail, _ o _
Fig. 4 eine schematische Darstellung der elektronischen Baugruppen einer Silowaage.
Der Erfindungsgedanke beruht auf der Tatsache, dass ein durch axiale Kräfte beanspruchtes Rohr dadurch eine Aufweitung seines Durchmessers erfährt. Diese Aufweitung kann prinzipiell gemessen werden; allerdings sind die Änderungen des Rohrdurchmessers sehr klein, anderseits die einer Messung zur Verfügung stehende Kräfte sehr gross. Dadurch können die ra- dial wirkenden Kräfte mittels einer elastischen Kraftuntersetzung gemessen werden. In einem ersten Ausführungsbeispiel wird durch Anbringen eines Schlitzes die Trägheitsellipse stark exzentrisch gemacht; in einem zweiten Ausführungsbeispiel wird durch Anbringen einer oder zweier .Zugstangen die elastische Dehnung des Rohres in einer Querrichtung beschränkt, wodurch die senkrecht zu dieser Richtung erfolgende Dehnung grösser wird.
In Fig. 1 ist schematisch ein Silo 1 dargestellt für Schütt- guter, wie Streusalz, Zement, Chemikalien, Getreide. Ein solcher Silo 1 ist in der Regel gegliedert in einen oberen zylindrischen Teil 2 und einen unteren Teil 3 mit Siloablass 4 und drei oder mehr Stützen 5. Solche Silos 1 sind an sich bekannt und können als Blechkonstruktionen mit einem Fassungs- vermögen bis etwa 200 Tonnen ausgeführt sein.
Bei Dosiereinrichtungen nach dem sogenannten loss-in-weight- Verfahren ist es wegen der geforderten Genauigkeit notwendig, einen solchen Silo 1 mit jeder Stütze 5 auf eine Lastmesszelle abzustellen. Solche Lastmesszellen haben wegen der hohen, auf ihnen ständig ruhenden Lasten auch verhältnismässig robuste primäre Deformationskörper in Verbindung mit hochauflösenden Mess-Systemen. Die Nachteile solcher Einrichtungen liegen einerseits im grossen apparativen Aufwand, anderseits in der Notwendigkeit, einen solchen Silo vom Boden abzuheben und auf vorbereitete Lastmesszellen wiederum abzustellen; im Vergleich mit der bei reinen Bestandeskontrollen geforderten Genauigkeit von etwa 1 % sind die Genauigkeiten von genannten Dosiereinrichtungen auch in der Regel höher als erforderlich. Bei solchen, im Felde vorbestehenden und spannungsmässig komplexen Konstruktionen - wie als Fachwerk ausgeführten Silostützen - nachträglich Dehnmessstreifen (DMS) anzubringen ist ausserordentlich aufwendig. Es müssen die relevanten Ge- wichtsproportionalen Druckspannungen von den Biegespannungen separiert werden, was nur durch den Einsatz zahlreicher DMS gelingt. Das Anbringen von DMS an im Gebrauch stehenden Silos ist - wegen der dabei einzuhaltenden Umgebungsbedingungen - nahezu aussichtslos. Selbst wenn diese Bedingungen geschaffen und eingehalten werden können, ist der zu treibende Aufwand gross .
Eine erfindungsgemässe Lösung ist angedeutet in Fig. 1 in Form von Schlitzen 6 und einem schematisch dargestellten Messzellengehäuse 7. In Fig. 2 sind die erfindungsgemäss vorgesehenen und vorrich- tungsmässigen Massnahmen für das erste Ausführungsbeispiel und Eingriffe im Detail dargestellt. Der mechanische Eingriff an einer Stütze 5 besteht im Anbringen eines längs und parallel zur Achse der Stütze 5 verlaufenden Schlitzes 6 und eines senkrecht auf der Ebene des Schlitzes 6 anzubringenden Loches 8, welches vorzugsweise durch den Durchmesser der aus einem runden Rohr gefertigten Stütze 5 verläuft. Durch das Loch 8 wird eine Zugstange 9 eingeführt. Diese durchsetzt das Loch 8 mit Spiel und ist einseitig beispielsweise mit einer Mutter 15 auf Zug gesichert und mündet auf der anderen Seite kraftschlüssig in eine eigentliche Messzelle 10. Andere Siche- rungsmassnahmen liegen im Können des Maschinenbauers. Als Messzelle 10 kommen in Frage beispielsweise solche, die auf der Deformation von DMS beruhen, ferner deformierbare Lichtleiter oder Messzellen mit Schwingsaiten.
Die Ausgestaltung des mit Messzelle 10 bezeichneten Elementes hat dann der zu messenden Deformation zu entsprechen. Die längs der Stütze 5 erfolgende Belastung durch variable Druckkräfte hat, als Folge des Schlitzes 6, eine Veränderung der Trägheitsellipse der Stütze 5 zur Folge, dergestalt, dass sich der Schlitz 6 bei zusätzlicher axialer Druckbelastung der Stütze 5 reversibel aufweitet. Auch ohne den Schlitz 6 wird das die Stütze 5 bildende Rohr aufgeweitet, jedoch in einem viel kleineren Masse als hier vorgesehen und notwendig. Die aus der Füllung des Silos resultierende zusätzliche Kraft wird über die Zugstange 9 als Zugkraft an die Messzelle 10 weitergeben, welche, ihrer Konstruktion entsprechend, die Kraft in ein der Kraft eindeutig zuzuordnendes elektrisches Signal umgesetzt.
Die für die Messung mit einer Schwingsaite erforderliche Querdeformation der Stütze 5 liegt im Bereich von < ICT5 m, und kann über die Länge und die Breite des Schlitzes 6 so eingestellt werden.
Als Sicherungsmassnahme gegen seitliches Ausknicken der durch den Schlitz 6 erzeugten Hälften der Stütze 5 kann eine im Wesentlichen parallel zur Zugstange 9 verlaufende Querschraube (nicht dargestellt) vorgesehen werden.
Durch das Anbringen des Schlitzes 6 wird die Stütze 5 nur unwesentlich geschwächt, weil die Stütze im Fachwerk nur auf längs wirkende Druckspannungen, nicht jedoch auf Biegung und Torsion beansprucht wird. Ein zweites Ausführungsbeispiel ist in Fig. 3 dargestellt. Die für Lastermittlung notwendige Trägheitsellipse wird hier erzwungen durch das Einfügen mindestens einer ersten Zugstange 21; in Fig. 3 sind deren zwei dargestellt. In einem Winkel von im Wesentlichen 90° zu der ersten und zweiten Zugstange 21 verläuft die bereits im ersten Ausführungsbeispiel beschriebene Zugstange 9, welche mit der Messzelle 10 verbunden ist. Die hier genannten Zugstangen 21 sind so in radial verlaufenden Löchern 8 angebracht und an der Stütze 5 gesichert, dass ihr Abstand von der mit der Messzelle 10 verbundenen Zugstange 9 in der axialen Richtung der Stütze 5 der gleiche ist. Falls nur eine' Zugstange 21 verwendet wird, wird diese so nahe als möglich im rechten Winkel zur Zugstange 9 eingebaut. Wesentlich ist, dass das Material der Zugstangen 9, 21 dasselbe ist hinsichtlich der thermischen Eigenschaften. Da- mit können thermometrische Eigenschaften der beschriebenen Kraftmesseinrichtung wesentlich unterdrückt werden. Ein weiterer Vorteil dieser beschriebenen Lösung ist der mit noch weniger Aufwand verbundene Einbau der Messvorrichtung in die vorbestehende Stütze 5. Voraussetzung ist genügende Empfindlichkeit der Messzelle 10.
Eines der genannten Ausführungsbeispiele für eine Messzelle 10 ist ein bekannter Wandler auf der Basis einer schwingenden Saite, beispielsweise nach EP 0 381 712. Eine schematisch eingezeichnetes Kabel 11 dient sowohl der Stromversorgung der Messzelle 10 als auch der Zuleitung der durch die Messzelle 10 erzeugten elektrischen Signale an einen - in Fig. 4 dargestellten - Rechner 12. Dieser enthält in gespeicherter Form sowohl die Art der Umrechnung dieser Signale in Gewichtsangaben,, als auch alle erforderlichen Parameter der Messzelle 10. Ferner zeigt Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer Fernabfrage des Silo-Füllstandes: Der Rechner 12 ermittelt das aktuelle Netto-Füllgewicht des Silos 1 durch Summation aller an den Stützen 5 eines Silos 1 ermittelten Belastungen, und gibt das aktuelle Messresultat an einen Speicher 13 weiter, welcher beispielsweise jeweils das letztübermittelte gespeichert hält. Ein Modem 14 oder ein entsprechendes Gerät kann eine Fernabfrage des Netto-Füllgewichtes entgegennehmen. Daraufhin wird der im Speicher 13 vorhandene Wert durch das Modem 14 an einen zentralen Rechner 16 übermittelt.
Sind mehrere Silos 1 zu überwachen, so werden die Messwerte der entsprechenden Messzellen 10 entweder über ein Multiplex- System nacheinander abgefragt und vom gleichen Rechner 12 verarbeitet, oder jede Messzelle 10 verfügt über einen eigenen Rechner 12. Der angeschlossene Speicher 13 kann dann ein Schiebespeicher mit einer der Anzahl Silos 1 entsprechenden Anzahl Positionen sein, welche nacheinander an das Modem 14 übermittelt werden, oder verfügt über die gleiche Zahl von Resultat-Speichern, welche nacheinander abgerufen werden können. Ein Fachmann auf diesem Gebiete kann ohne grossen Aufwand weitere Verfahren zur Speicherung und Fernübermittlung der Netto-Füllgewichte von mehreren Silos, welche der Erfindungsidee dienen und auch von ihr erfasst werden, entwerfen.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Bestimmen des Füllstandes von Silos
(1), für Schüttgüter, wobei jedes Silo (1) auf minde- stens drei im Wesentlichen Vertikal verlaufenden Stützen (5) ruht oder diese Stützen vertikale Abschnitte und im Wesentlichen kreisrunde Querschnitte aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass jede dieser mindestens drei Stützen (5) im vertika- len Abschnitt quer zur genannten Längsachse ein
Loch (8) trägt durch den Durchmesser der Stütze (5), eine Zugstange (9) das Loch (8) mit Spiel durchsetzt, welche an ihrem einen Ende aussen an der Stütze (5) gesichert ist, an ihrem anderen Ende kraftschlüssig mit einer Messzelle (10) verbunden ist, die Messzelle (10) in einem Messzellengehäuse (7) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der genannten Stützen (5) je einen Längsschlitz (6) mit einer Mittellinie trägt, welcher parallel zur Längsachse der Stütze angebracht ist, das Loch (8) mit der Zugstange (9) die Stütze quer zur Längsachse der Stütze (5) und senkrecht zur Ebene, welche durch die genannte Längsachse und die Mittellinie des Längsschlitzes aufgespannt ist, verläuft, wobei das Gewicht des Silos (1) und dessen Füllung den Schlitz (6) reversibel aufweitet, und die entsprechende Kraft über die Zugstange (9) an die Messzelle (10) abgegeben wird.
3. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der genannten Stützen (5) 90° versetzt zur Achse des Loches (8) und der Zugstange (9) zwei weitere radial zur Stütze (5) verlaufende Löcher (8) trägt, durch welche eine weitere an der Stütze (5) gesicherte zweite Zugstange (21) eingebaut und an der Stütze gesichert ist.
4. Vorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur zweiten Zugstange (21) eine dritte Zugstange (21) die Stütze in gleicher Art durchsetzt und an ihr gesichert ist, wobei der Abstand der zweiten Zugstange (21) von der ersten Zugstange (9) in der Richtung der Längsachse der Stütze (5) , der gleiche ist, wie jener der dritten Zugstange (21) .
5. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeich- net, dass die einseitige Sicherung der Zugstange (9) durch eine Mutter (15) vorgenommen wird.
6. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messzelle (10) DMS enthält, deren mecha- nische Spannungen in elektrische Signale umgesetzt und in einem Rechner (12) ausgewertet werden.
7. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messzelle (10) eine Schwingsaite enthält, deren Frequenz ein Mass für ihre mechanische Belastung ist und welche in einem Rechner (12) ausgewertet wird.
8. Vorrichtung nach Patentanspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Belastungen aller Messzellen (10), welche zusammen die Gesamtlast eines Silos (1) ergeben, im Rechner (12) zu dieser Gesamtlast addiert werden.
9. Vorrichtung nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeich- net, dass ein Speicher (13) vorhanden ist, welcher die summierten Wägeresultate einer Vielzahl von Silos (1) zu speichern vermag. 0. Vorrichtung nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Modem (14) vorhanden und sowohl mit dem Fernmeldenetz als auch mit dem Speicher (13) verbunden werden kann, mit dessen Hilfe Wägeresultate der Silos (1) abgerufen und an einen zentralen Rechner (16) übermittelt werden können.
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