SICK AG WHITEPAPER. 18. Fachtagung Schüttgutfördertechnik Roland Dunker Portfolio Manager Industrial Instrumentation

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1 SICK AG WHITEPAPER Treffpunkt für Forschung & Praxis Berührungslose Volumenstrom-Messung auf Förderbändern in der Praxis AUTOR: Portfolio Manager Industrial Instrumentation Staatlich geprüfter Elektrotechniker Staatlich geprüfter Wirtschaftstechniker SICK Vertriebs-GmbH Willstätterstr Düsseldorf

2 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 P M und die maximale Bandzugkraft P U [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 = p = Volumen 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. 2

3 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-Sortier- Maschine 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 3

4 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. 4

5 Quellenverzeichnis flowmeter.aspx SICK AG Waldkirch Deutschland