DE69205646T2

DE69205646T2 - Verfahren zur Durchflussmessung fluidisierten Pulvers und Durchflussmessvorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Info

Publication number: DE69205646T2
Application number: DE69205646T
Authority: DE
Inventors: Thierry Buquet
Original assignee: Sames SA
Current assignee: Sames SA
Priority date: 1991-08-12
Filing date: 1992-08-07
Publication date: 1996-05-02
Anticipated expiration: 2012-08-08
Also published as: US5473947A; CA2075567A1; FR2680416B1; JPH05196487A; EP0527678B1; FR2680416A1; US5351520A; EP0527678A1; DE69205646D1

Description

Verfahren zur Durchflußmessung fluidisierten Pulvers und Durchflußmeßvorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Durchflußmessung von fluidisiertem Pulver in einem Förderkreis, der einen Antriebsbereich für das Luft-Pulver-Gemisch hat, in den die Luft eingeblasen wird.
Die Erfindung ermöglicht eine Ermittlung des Pulver-Massendurchflusses auf der Grundlage von Messungen an ausgewählten Punkten einer Antriebsvorrichtung des Gemisches, welche den Antriebsbereich bildet. Sie ermöglicht auch die Durchflußregulierung, die Anzeige eines Mangels an Pulver und die Bestimmung der Abnutzung eines wesentlichen Elements der Antriebsvorrichtung, das auch Bestandteil der Meßeinrichtungen für den Pulverdurchfluß ist.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Messung des Pulverdurchflusses, die nach dem oben angegebenen Verfahren arbeitet.
Das amerikanische Patent Nr. 4 480 947 beschreibt eine Vorrichtung zur Messung des Pulverdurchflusses, die zwischen einem Vorratsbehälter fluidisierten Pulvers und einer Vorrichtung zum Transport von Pulver angeordnet ist und insbesondere eine Art Druckluftpumpe bildet, deren Funktion darin besteht, dem Luft-Pulver-Gemisch eine ausreichende Energie zuzuführen, die seinen Transport in einer Leitung zu einer Verwendungsstelle hin ermöglicht. Bei dem gewählten Meßprinzip bläst man Luft mit einem konstanten Durchfluß in ein Leitungselement mit vorbestimmter Lange und Querschnitt ein und mißt den Druckabfall an den Anschlüssen dieses Leitungselements. Die eingeblasene Luft hat lediglich die Aufgabe, das Pulver durch die Öffhung hindurch mit einer bestimmten Geschwindigkeit in Bewegung zu setzen. Anders ausgedrückt, wird ein Druckabfall nur zur Messung des Pulver-Massendurchflusses erzeugt. Durch die Erzeugung dieses Druckabfalls wird die Arbeitsweise der stromab angeordneten Pulver-Transportvorrichtung gestört. Darüber hinaus verschlechtert sich die Meßgenauigkeit mit der Zeit wegen der Abnutzung des Leitungselements, in welchem man den Druckabfall hervorruft. Diese Abnutzung wirkt sich nach einer je nach den Benutzungsbedingungen unterschiedlichen Funktionsdauer störend aus. Die beschriebene Vorrichtung weist keinerlei Einrichtung auf, mit der man diese Abnutzung ermitteln kann. Schließlich hat das bekannte System auch einen sehr komplexen Aufbau, da es eine Druckluftquelle mit kontrolliertem Durchfluß und eine ganze spezifische Anordnung zur Erzeugung und Messung des Druckabfalls benötigt.
Die Erfindung schlägt vor, eine andere Art von Messung zu verwenden, welche die oben genannten Nachteile nicht aufweist und nur eine begrenzte Anzahl von Sensoren in einer besonders einfachen Anordnung verwendet.
In diesem Sinn bezieht sich die Erfindung im wesentlichen auf ein Verfahren zur Durchflußmessung von Pulver, das in einem Kreis zur Förderung eines Luft-Pulver- Gemisches gefördert wird, mit einem Antriebsbereich für das Gemisch, in welchem die eingeblasene Luft dem Pulver einen Impuls zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsbereich durch eine an sich bekannte Einheit gebildet wird, welche eine Druckluft-Einblaseinrichtüng und eine Verengung aufweist und daß die Druckdifferenz auf beiden Seiten dieser Verengung gemessen, der Durchfluß eingeblasener Luft gemessen und der Pulverdurchfiuß als Funktion dieser beiden Variablen ermittelt wird.
Selbstverständlich kann der Durchfluß der eingeblasenen Luft aus einer Druckmessung stromauf von der Einblasdüse abgeleitet werden.
Mit anderen Worten werden bei der Erfindung die Funktionsparameter eines Pulver- Antriebsgeräts gemessen, das in zahlreichen Anlagen auf herkönnnliche Weise verwendet wird, bei denen ein Luft-Pulver-Gemisch in einem Kreis angetrieben wird. Ein solches Pulver- Antriebsgerät besteht zum Beispiel aus einer gängigerweise als "Ventüri-Verengung" bezeichneten Verengung und einer Lufteinblasdüse, die am Eingang dieser Verengung axial angeordnet ist und mit einer Druckluftquelle verbunden ist. Die eingeblasene Luft überträgt ihren Impuls an das Pulver. Die beiden oben angegebenen durchgeführten Messungen laufen auf eine Messung der Impulse der Luft und des Pulvers vor der Mischung und der Luft und des Pulvers nach der Mischung hinaus, die während des Durchtritts durch die Verengung stattfindet. Der Pulver-Massendurchfluß wird aus diesen beiden Messüngen abgeleitet. Die Verengung ist ein Rohr kleinen Durchmessers, um den Transport über die gewünschte Kanalisationslänge zu sichern und mit einer ausreichenden Länge, (z.B. 5 - 15 mal der Durchmesser), um ein homogenes Luft- Pulver-Gemisch zu gewinnen. Sie hat vorzugsweise eine Ausgangserweiterung zur Begrenzung des Druckabfalls. Sie weist auch gegebenenfalls eine Eingangsverengung auf In dieser Verengung kommt es zu dem Impulsaustausch zwischen der mit hoher Geschwindigkeit eingeblasenen Luft und dem anzutreibenden Pulver. Bekanntlich ist der Pulver-Massendurchfluß in einer solchen Anordnung umgekehrt proportional zum Wert der Druckdifferenz beiderseits des Antriebsbereichs. In dem weiter oben untersuchten bekannten System ist hingegen der Pulver-Massendurchfluß ungefahr proportional zu dem an den Anschlüssen des Leitungselements gemessenen Druckabfall. Die Messung mag relativ einfach erscheinen, doch ist das Gerät in der Tat sehr kompliziert.
Die Erfindung bezieht sich auch allgemein auf eine Vorrichtung zur Durchflußmessung von Pulver in einem Kreis, in welchem ein Luft-Pulver-Gemisch gefördert wird, bei dem ein Antriebsbereich für das Gemisch, in welchem die eingeblasene Luft dem Pulver einen Impuls zuführt, festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsbereich von einer an sich bekannten Anordnung gebildet wird, welche eine Druckluft- Einblaseinrichtüng und eine Verengung aufweist, und daß beiderseits der Verengung eine Differenzdruck-Meßeinrichtung angeschlossen ist, daß eine Luftdurchfluß- Meßeinrichtung mit der Lufteinblas-Einrichtung verbunden ist, und daß eine Berechnungseinrichtung angeschlossen ist, die die von den Meßeinrichtungen gewonnenen Signale erhält und ein für den Pulver-Massendurchfluß repräsentatives Informationssignal ermittelt.
Die Einrichtung zur Durchflußmessung der eingeblasenen Luft kann ein stromauf von einer Lufteinblasdüse geschalteter Drucksensor sein.
Somit reichen zwei Sensoren aus, um die zur Ermittlung des Pulver-Massendurchflusses in dem den Antriebsbereich durchquerenden Luft-Pulver-Gemisch notwendigen Informationen zu gewinnen. Die Druckmeßeinrichtung ist ein Differenzdrucksensor, der beiderseits des Antriebsbereichs angeschlossen ist, während die Luftdurchfluß-Meßeinrichtung ein Drucksensor sein kann, der in der Lage ist, ein für den Anfangsdruck der eingeblasenen Luft repräsentatives Signal abzugeben. Die Sensoren können beliebigen, bekannten Typs, insbesondere Dehnungsmesser oder piezoelekrische Sensoren, sein.
Ein besseres Verständnis der Erfindung und ihre weiteren Vorteile ergeben sich aus der folgenden, lediglich als Beispiel dienenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnung, wobei:
- Fig. 1 ein schematisches Prinzip einer elektrostatischen Sprühanlage für eine Farbe (Lackierung) aus heißschmelzendem Pulver ist, die erfindungsgemäße Pulvermassendurchfiuß-Meßeinrichtungen enthält;
- Fig. 2 ein Diagramm ist, das die Beziehungen zwischen dem Pulverdurchfluß und den Variablen zeigt, die in der in der Anlage von Fig. 1 eingebauten Pulverdurchfluß-Meßvorrichtung gemessen werden.
In Fig. 1 ist insbesondere eine elektrostatische Sprühanlage für eine Lackierung aus heißschmelzendem Pulver sehr schematisch dargestellt, die in erster Linie einen das Pulver enthaltenden Vorratsbehälter 11, eine Düse 12 für die pulverförmige Farbe und einen Verteilerkreis 13 für das Luft-Pulver-Gemisch aufweist, der sich zwischen dem Behälter 11 und der Düse 12 befindet. Letztere weist eine Elektrode 15 auf, die mit einer Hochspannungsquelle 16 verbunden ist. Der Vorratsbehälter 11 hat üblicherweise einen doppelten Boden mit einer porösen Wand 18, durch die man Luft einbläst, damit das in dem Vorratsbehälter enthaltene Pulver im fluidisiertem Zustand gehalten wird. Der Kreis 13 weist ein Ansaugrohr 20 auf, das sich vertikal erstreckt und in den Behälter taucht. Ein an sich bekanntes Pulver-Antriebsgerät 22 ist am Oberteil des Ansaugrohres 20 in den Kreis 13 eingefügt. Es weist hier eine gängigerweise als "Venturi-Verengung" bezeichnete Verengung 24 und Lufteinblaseinrichtungen 25 auf, die zum axialen Einblasen eines Luftstrahis mit hoher Geschwindigkeit in die Verengung 24 (in der gewünschten Strömungsrichtung des Luft-Pulver-Gemisches) dienen. Diese Einblaseinrichtungen weisen eine Einblasdüse 26 au?, die sich axial zur Verengung erstreckt, und eine Druckluftquelle 28, welche die Einblasdüse über ein gesteuertes Ventil 30 speist. Diese Anordnung bildet einen Antriebsbereich, der sich hier im wesentlichen von dem Oberteil der Leitung 20 bis zum Ausgang der Verengung 24 erstreckt. Die Verengung 24 ist vorteilhaft ein demontierbares Element in dem Kreis 13 und kann leicht ersetzt werden.
Die Durchflußmeßvorrichtung ist mit mindestens zwei Druckmeßeinrichtungen 32, 34 ausgestattet. Eine erste Druckmeßeinrichtung besteht hier aus einem Differenzdrucksensor 32, der beiderseits des Antriebsbereichs angeschlossen ist, um unmittelbar die Druckdifferenz Ap zwischen dem Eingang und seinem Ausgang zu messen. Eine zweite Druckmeßeinrichtung besteht aus einem Sensor 34, der einen Druck relativ zum Atmosphärendruck mißt und stromauf von der Einblasdüse 26 mit der Lufteinblas-Einrichtung 25 verbunden ist. Anders ausgedrückt, ist er mit einem Leitungselement 33 verbunden, welches die Druckluftquelle mit der Düse 26 verbindet. In diesem Leitungselement 33 ist der Strömungsquerschnitt sehr groß gegenüber demjenigen der Einblasdüse 26. Man kann annehmen, daß die Strömungsgeschwindigkeit der Luft an der Anschlußstelle des Sensors 34 quasi Null ist. Der Sensor 34 liefert somit ein Signal, das für den Anfangs- oder Vordruck der über die Düse 26 ausgestoßenen Luft repräsentativ ist. Die Schwankungen des Atmosphärendrucks können übrigens vernachlässigt (sogar korrigiert) werden, so daß man davon ausgehen kann, daß der Sensor 34 ein Signal liefert, das für den absoluten Vordruck der Antriebsluft repräsentativ ist. Dieser Druck wird mit Pi bezeichnet.
Man hat herausgefunden, daß der Pulver-Massendurchfluß Dp, der den Antriebsbereich durchquert (und somit der Pulverdurchfluß in dem Kreis 13), aus den Meßwerten von Δp und Pi abgeleitet werden kann, die die beiden Sensoren 32 bzw. 34 liefern.
Genauer gesagt, hat man herausgefunden, daß der Durchfluß Dp mit einer ausreichenden Genauigkeit nach der folgenden Beziehung ermittelt werden kann:
Dp = K&sub1; [K&sub2;Pi-Pat]²/Pi[Δp + Δh] - K&sub3;Pi
wobei K&sub1; und K&sub2; und K&sub3; positive Konstanten sind und Pat den Atmosphärendruck darstellt, der in dem Term, in dem er vorkommt, als konstant angesehen wird. Δh ist der Druckabfall in der Verengung, und es wurde festgestellt, daß dieser praktisch nur von dem Druck Pi abhängt. Wie zuvor erwahnt, ist dieser Druck seinerseits repräsentativ für den eingeblasenen Luftdurchfluß.
Folglich sieht man, daß der Pulver-Massendurchfluß mit Hilfe eines Rechners leicht bestimmt werden kann, der als Eingabedaten Signale erhält, die von diesen beiden Sensoren 32 und 34 ermittelt werden. In der Anlage von Fig. 1 ist ein solcher programmierter Rechner 36 vorgesehen, um den Pulverdurchfluß ausgehend von Signalen, die von den Sensoren 32 und 34 geliefert werden, ständig erneut zu berechnen. Dieser Rechner steuert eine Anzeigeeinrichtung 38, auf der man den momentanen Wert des Durchflusses ablesen kann. Der Rechner 36 ist auch Teil einer Regelschleife des Pulverdurchflusses 40, die auf einen Steuereingang des Ventils 30 einwirkt. Letzteres ist ein Proportionalventil, dessen Steuereingang mit dem Ausgang eines Komparators 41 verbunden ist. Der Rechner 36 hat einen Datenausgang 42, der ein Signal liefert, das für den Pulver-Massendurchfluß repräsentativ ist und als ein Fehlersignal verwendet wird, das an einem Eingang 43 des Komparators 42 anliegt. Der andere Eingang 44 des Komparators 41 ist mit dem Ausgang eines Sollwertgebers 45 verbunden, der eine Einstellung des Pulverdurchflusses auf einen bestimmten Wert ermöglicht.
Die Anlage wird schließlich durch einen Relativdrucksensor 48 vervollständigt, der stromauf von der Verengung 24 angeordnet ist, das heißt genauer gesagt, am oberen Teil des Ansaugrohres 20. Dieser Sensor ist daher zur Messung des Druckes ausgelegt, der an diesem Ort herrscht und der sich signifikant veäändert, wenn der Vorratsbehälter 11 kein Pulver mehr enthält. Der Rechner 36 ist daher programmiert, um eine solche Druckänderung zu erfassen, worauf ein Alarmsystem ausgelöst oder das Sprühen unterbrochen werden kann.
Aus der vorhergehenden Beschreibung ergibt sich, daß die in Fig. 1 beschriebene Anlage es nicht nur gestattet, den Pulverdurchfluß mittels der Anneigeeinrichtung 38 ständig zu kontrollieren, sondern auch diesen Durchfluß auf einem vorbestimmten konstanten Wert zu halten, da das Ventil 30 von einem Einstellsignal gesteuert wird, das mittels der von den Sensoren 32 und 34 gelieferten Signale ermittelt wird.
Fig. 2 ist-ein Eichdiagramm, in dem der Pulverdurchfluß Dp auf der Ordinate (in Gramm pro Minute) und die Druckdifferenz Ap auf der Abszisse (in Millibar) aufgetragen ist. Dieses Eichdiagramm weist eine Kurvenschar auf, von der jede Kurve einem vorbestimmten Einblasdruck Pi entspricht, wobei zwei benachbarte Kurven einer Anderung von Pi um 0,5 bar entsprechen. Die "Programmierung" dieser Eichkurve in dem Rechner 36 kann von einem Durchschnittsfachmann durchgeführt werden.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist der Rechner 36 auch programmiert, um während jeder Arbeitsdauer der Anlage zumindest die beiden von den Sensoren 32 und 34 gemessenen Werte oder aber einen dieser Werte und den aus dem Pulverdurchfluß berechneten Wert über die Zeit zu integrieren und hieraus eine Information als Funktion dieser beiden integrierten Werte abzuleiten, die für die Abnutzung der Verengung 24 repräsentativ ist. Man hat nämlich herausgefunden, daß die Abnutzung der Verengung 24 eine Funktion der kinetischen Energie des sie durchquerenden Luft-Pulver-Gemisches ist. Nun ist aber die Volumenmasse des Luft-Pulver- Gemisches eine Funktion des Pulver-Massendurchflusses und des Luftdurchflusses, während die Geschwindigkeit des Luft-Pulver-Gemisches eine Funktion des Durchflusses der Antriebsluft ist. Folglich ist die Abnutzung eine Funktion des Pulverdurchflusses und des Luftdurchflusses. Der Luftdurchfluß wird aus der Messung des von dem Sensor 34 gelieferten Parameters Pi abgeleitet. Der Pulverdurchfluß ist wiederum eine Funktion genau dieses Parameters Pi und der mittels des Sensors 32 gemessenen Druckdifferenz Δp.

Claims

1. Verfahren zur Durchflußmessung von Pulver, das in einem Kreis zur Förderung eines Luft-Pulver-Gemisches getördert wird, mit einem Antriebsbereich für das Gemisch, in welchem die eingeblasene Luft dem Pulver einen Impuls zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsbereich durch eine Einheit (22) gebildet wird, welche eine Druckluft-Einblaseinrichtung und eine Verengung aufweist, und daß die Druckdifferenz (32) auf beiden Seiten dieser Verengung gemessen, der Durchfluß eingeblasener Luft (34) gemessen und der Pulverdurchfluß als Funktion dieser beiden Variablen ermittelt wird.

2. Meßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsgerät eine Verengung aufweist, mit der die Lufteinblas-Einrichtung zusammenwirkt und daß die Abnutzung der Verengung ermittelt wird, indem man mindestens zwei gemessene oder abgeleitete Parameter, die für den Durchfluß des Luft-Pulver-Gemisches und den Durchfluß der Förderluft repräsentativ sind, über die Zeit integriert.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameter einerseits der Förderluft-Durchfluß oder ein diesen erzeugender Druck und andererseits die Druckdifferenz zwischen dem Einlaß und dem Auslaß des Antriebsbereiches oder der Pulver-Durchfluß sind.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameter der Pulver- Durchfluß und die Druckdifferenz zwischen dem Einlaß und dem Auslaß des Antriebsbereiches sind.

5. Vorrichtung zur Durchflußmessung von Pulver in einem Kreis, in welchem ein Luft- Pulver-Gemisch gefördert wird, bei dem ein Antriebsbereich für das Gemisch, in welchem die eingeblasene Luft dem Pulver einen Impuls zuführt, festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsbereich von einer Einheit gebildet wird, welche eine Druckluft-Einblaseinrichtung (25) und eine Verengung (24) aufweist, und daß beiderseits der Verengung eine Differenzdruck-Meßeinrichtung (32) angeschlossen ist, daß eine Luftdurchfluß-Meßeinrichtung (34) mit der Lufteinblas-Einrichtung verbunden ist, und daß eine Berechnungseinrichtung (36) angeschlossen ist, die die von den Meßeinrichtungen gewonnenen Signale erhält, und ein für den Pulver-Massendurchfluß repräsentatives Informationssignal ermittelt.

6. Vorrichtung zur Durchflußmessung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftdurchfluß-Meßeinrichtung ein Drucksensor (34) ist, der ein für den Druck zur Erzeugung der Einblasluft repräsentatives Signal liefern kann.

7. Vorrichtung zur Durchflußmessung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das an sich bekannte Antriebsgerät für das Pulver aus der Verengung (24) und der Lufteinblas-Einrichtung, die zum axialen Einblasen der Luft in die Verengung ausgelegt ist, besteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsgerät für das Pulver sich an dem oberen Ende einer Leitung (20) befindet, die in einen Behälter fluidisierten Pulvers taucht.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein gesteuertes Einstellventil (30) in der Förderluft-Einblaseinrichtung zur Regelung des Pulverdurchflusses vorgesehen ist, wobei das Ventil mittels eines Regelsignals angesteuert wird, das insbesondere aus Signalen gewonnen wird, die von den Meßeinrichtungen geliefert werden.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem einen Drucksensor (48) aulweist, der stromauf von dem Antriebsbereich angeschlossen ist, um ein Signal abzugeben, das für das Vorhandensein von Pulver in dem Kreis repräsentativ ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungseinrichtung entsprechend programmiert ist, um den Pulverdurchfluß ständig erneut aus den Signalen zu berechnen, die von der Druck-Meßeinrichtung (32) und der Luftdurchfluß-Meßeinrichtung (34) abgegeben werden.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungseinrichtung entsprechend programmiert ist, um entweder die beiden gemessenen Werte oder aber einen dieser Werte und den berechneten Wert des Pulverdurchflusses über die Zeit zu integrieren, und um eine Information, die für die Abnutzung der Verengung repräsentativ ist, als Funktion dieser beiden integrierten Werte zu liefern.