SICK AG WHITEPAPER

SICK AG
WHITEPAPER
18. Fachtagung Schüttgutfördertechnik 2013
„Treffpunkt für Forschung & Praxis“
B er ü hr u n gs l o se V o l u m e n str o m - Mess u n g a u f F ö r d erb ä n d er n i n d er P ra x is
AUTOR:
Roland Dunker
Portfolio Manager Industrial Instrumentation
Staatlich geprüfter Elektrotechniker
Staatlich geprüfter Wirtschaftstechniker
SICK Vertriebs-GmbH
Willstätterstr. 30
40549 Düsseldorf
Berührungslose Volumenstrom-Messung auf Förderbändern in der Praxis
Berührungslose Volumenstrom-Messung auf Förderbändern in der Praxis
Bei Schüttgut-Förderprozessen kommt es in der Praxis häufig zu Problemen, da das Volumen des Schüttguts auf dem Förderband die Kapazitäten des Förderbands oder der nachfolgenden Prozessstufe überschreitet. Die Folge daraus sind Stillstände und
manuelles Beheben der Störung. Bisherige Messmethoden schaffen hierbei nur unzureichend Abhilfe. Als Lösung wird ein neues
Lasermessverfahren zur Volumenstrom-Messung auf Förderbändern vorgestellt.
Einleitung
Bei der Planung und Realisierung von Schüttgut-Förderanlagen werden viele Faktoren berücksichtigt. So wird unter anderem der
Rutschwinkel des Schüttguts berücksichtigt, die maximale mechanische Belastung von Förderbändern kalkuliert, die erforderliche
Motorleistung PM und die maximale Bandzugkraft PU[N] errechnet.
Eine Bestimmung des Volumenstroms wird benötigt bei der Abfüllung von Schüttgut oder zur optimalen Anlagensteuerung in der
Fördertechnik.
In der Praxis wird jedoch oftmals das Volumen des Schüttguts wenig oder unzureichend betrachtet. Dies führt im Alltag zu Problemen bei den nachfolgenden Prozessstufen.
1 Definition Dichte und Volumen
Masse
Dichte eines Körpers =
Volumen
p=
m
V
Das Volumen eines Schüttguts ergibt sich (vereinfacht dargestellt) aus der Masse in Verbindung mit der Dichte. Je nach Material
spielen weitere Faktoren wie z.B. Körnung, Materialbeschaffenheit und Hohlräume eine große Rolle.
2 Einsatz von Bandwaagen zur indirekten Volumenstrom-Messung
Sehr häufig wird in der Praxis zur Messung des Schüttguts eine Bandwaage eingesetzt. Hierzu wird das Förderband aufgetrennt
und die Bandwaage in die Förderstrecke integriert.
2.1 Probleme bei der Abfüllung
Bandwaagen erfassen nur das Gewicht des Schüttguts. Die Dichte wird in der Regel als Festwert angenommen und das Volumen
wird errechnet.
In vielen Anwendungen ist die Dichte des Schüttguts jedoch nicht homogen, konstant gleichbleibend, oder kann nicht 100%ig bestimmt werden. Je nach Material kann sich das Schüttgut auf dem Band auch dekomprimieren und somit das Volumen vergrößern
(z.B. Tabak). Ebenfalls spielt die Form des Schüttguts und die damit verbundenen Hohlräume bei der Bestimmung des tatsächlichen Volumens auf dem Förderband eine Rolle.
Erschwerend kommen bei Außenanwendungen weitere Faktoren wie Feuchte des Schüttguts beziehungsweise Umwelteinflüsse wie
Regen und Fremdstoffe hinzu.
Wird in diesen Fällen eine Bandwaage als alleiniges Messmittel verwendet, kann es zu großen Abweichungen im Fördervolumen
kommen. So passiert es z.B. bei der Abfüllung von Lehmputz, dass abhängig von der Jahreszeit und der Feuchte des Materials die
Bigbags (1,3 t) nicht zu 100% gefüllt oder überfüllt werden. Im Falle der Unterfüllung wird in der Praxis manuell per Hand Lehmputz
nachgefüllt, um Kundenreklamationen zu vermeiden, bei Überfüllung können die Bigbags nicht geschlossen werden. Neben dem
erhöhten Arbeits- und Materialeinsatz hat dieses Vorgehen auch zur Folge, dass z.B. die LKWs beim Transport überladen werden,
da die Bigbags mehr als 1,3 t wiegen.
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Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Berührungslose Volumenstrom-Messung auf Förderbändern in der Praxis
2.2 Probleme bei der Anlagensteuerung
Wie bei jedem Prozess ist es bei der Anlagenplanung wichtig, die einzelnen Prozess- und Verarbeitungsschritte optimal auf einander anzupassen. Nur so kann die optimale Auslastung der Anlagen gewährleistet werden. Das bedeutet im Schüttgut-Förderprozess, dass die dem Förderband folgende Anlage die geförderte Menge des Förderguts aufnehmen und verarbeiten kann. Wenn die
Menge des Schüttguts die Aufnahmekapazität der nachfolgenden Stufe überschreitet, kommt es zu Überfüllung und Materialstau,
was letztendlich ein Stillstand der Anlage bedeutet. Darüber hinaus können Maschinen und Förderbänder Schaden nehmen, was
zu einer längeren Stillstandzeit führt.
Beispiele für Probleme durch fehlende Volumenstrommessung:
•• Überschreitet das Volumen von Tabak auf dem Förderband eine definierte Menge, verstopft die nachgeschaltete Laser-SortierMaschine und der Produktionsprozess muss unterbrochen werden.
•• Werden zu große Mengen Bauschutt in einen Brecher-Trichter eingefüllt, blockiert der Brecher und der Trichter muss manuell
vom Schüttgut befreit werden um die Blockade zu lösen.
•• Wird ein Förderband in der Lebensmittelindustrie nicht optimal ausgelastet, dauert der nachfolgende Frostprozess länger und
die Produktionskosten (Energie) steigen deutlich an.
3 Lösung durch direkte Messung des Volumenstromes
Abhilfe schafft in solchen Fällen die Messung des tatsächlichen Volumens auf dem Förderband mit Hilfe eines Laserscanners.
3.1 Das Prinzip der direkten Volumenstrommessung
Bei der direkten Messung des Volumens wird mittels Laserscanner von oben die Kontur auf dem Förderband abgetastet. Aus
der Differenz zwischen der Kontur des Förderbands und der Kontur des Schüttguts, in Kombination mit der Geschwindigkeit des
Förderbandes, wird das Volumen des Schüttguts errechnet. Die Messung erfolgt berührungslos und das Förderband muss nicht
aufgetrennt werden.
Abbildung 1: Messprinzip
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Berührungslose Volumenstrom-Messung auf Förderbändern in der Praxis
Abbildung 2: Differenz von Referenzfläche und aktuelle Messfläche ergibt die Schüttgutfläche
3.2 Vorteile der direkten Volumenmessung
Aus dem Messprinzip - Erfassung eines Volumens mittels Laserstrahl - ergeben sich für die Praxis eine Reihe von Vorteilen:
•• Die Messung erfolgt berührungslos - das Förderband muss nicht aufgetrennt werden.
•• Der Prozess kann auf das Volumen optimiert werden. Ein Überladen der nachgeschalteten Station wird verhindert.
•• Es wird das tatsächliche Volumen auf dem Förderband gemessen. Hierbei werden die oben beschriebenen Einflüsse und Veränderungen des Schüttguts mit gemessen.
•• Durch die direkte Erfassung des Volumens werden Abfüllprozesse optimiert.
•• Da der Laserstrahl das Höhenprofil des Schüttguts erfasst, kann durch die im Messsystem integrierte Höhen- und Schwerpunktüberwachung die Förderstrecke beziehungsweise die Anlagenteile geschützt werden. Insbesondere die Schwerpunktüberwachung verlängert die Anlagenverfügbarkeit.
Fazit / Zusammenfassung
Die laserbasierte Volumenmessung auf dem Förderband - durch den BULKSCAN von SICK - ist die ideale Ergänzung zu einer Bandwaage. Durch die ergänzende Volumenstrom-Messung kann die Anlagenverfügbarkeit erhöht und die Stillstandzeiten minimiert
werden. Der Betreiber einer Förder- oder Abfüllanlage kann somit seine Förder- und Abfüllprozesse optimieren und damit Zeit und
Geld sparen.
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Q u elle n ve r ze i c h n i s
http://www.sick.com/de/de-de/home/products/product_news/industrial_instrumentation/Seiten/Bulkscan_laser_volume_
flowmeter.aspx
SICK AG |Waldkirch|Deutschland | www.sick.com