Die Erfindung betrifft ein elektromechanischer Stellantrieb für ein Schüttgutabsperrorgan, eine Vorrichtung zum Dosieren

und/oder Wiegen von Schüttgut mit wenigstens einem solchen

Schüttgutabsperrorgan sowie ein Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Stellantriebs für ein Schüttgutabsperrorgan.

Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise aus der EP 1 715 309 AI Stellantriebe bekannt, welche mit Druckluft gespeist wer ^¬ den. Schüttgut wird aus einem Vorratsbehälter in ein Lastgefäss, welches mit einer Wägezelle zusammenwirkt, abgegeben. Beim Er ^¬ reichen eines gewünschten Schüttgewichts im Lastgefäss wird ein Klappenmechanismus des Lastgefässes mittels des pneumatischen Stellantriebes betätigt und das Lastgefäss somit entleert.

Nachteilig bei solchen bekannten Stellantrieben ist, dass diese zunächst einen Druckluftanschluss benötigen. Ferner sind pneuma ^¬ tische Stellantriebe sehr Energieintensiv, da Druckluft erst er- zeugt und dauernd bereitgestellt werden muss, auch wenn der pneumatische Stellantrieb nicht aktiviert ist. Zudem sind die Vorrichtungen meistens so ausgelegt, dass der Klappenmechanismus in der Schliessposition aktiv gehalten oder verriegelt werden muss, was wiederum eine ständige Beaufschlagung der Aktuatoren mit Druckluft bzw. den Einbau von Bremsen/Verriegelungen bedeutet. Ferner sind pneumatische Stellantriebe nicht stufenlos son ^¬ dern nur reversibel zwischen zwei Anschlagpositionen betätigbar.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung einen Stellantrieb anzugeben, welche die Nachteile des Bekannten vermeidet und insbesondere

Energieeinsparungen erlaubt, eine schnelle und stufenlose Betä ^¬ tigung von Schüttgutabsperrorganen ermöglicht, mit niedrigen, elektrischen Strömen betreibbar ist und die hohe Drehmomente beim Anfahren liefern kann.

Die Aufgabe wird mit einem elektromechanischen Stellantrieb und einem Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Stellantriebs gemäss den unabhängigen Ansprüchen gelöst.

Der elektromechanische Stellantrieb für ein Schüttgutabsperror ^¬ gan umfasst einen Elektromotor und eine dem Elektromotor zuge- ordnete Steuerungs- und Antriebselektronik. Die Motorwelle des

Elektromotors ist direkt oder indirekt mit dem Absperrorgan ver ^¬ bunden .

Erfindungsgemäss umfasst der elektromechanische Stellantrieb Mittel zum Speichern von Energie.

Insbesondere umfasst die Steuerungs- und Antriebselektronik Mit ^¬ tel zum Speichern von elektrischer Energie. Durch die Mittel zum Speichern von Energie ist lediglich eine

Niedrigstromeinspeisung notwendig, da Stellantriebe für Schütt ^¬ gutabsperrorgane nicht kontinuierlich sondern zyklisch mit Betriebspausen betätigt werden. Der Energieverbrauch kann somit gegenüber pneumatischen Stellantrieben gesenkt werden. Der kurz- zeitig beim Betätigen des Stellantriebes notwendige Energiebe ^¬ darf wird durch die Mittel zum Speichern von Energie abgedeckt, welche als Puffer zur Überbrückung der Energiebedarfsspitze wir ^¬ ken. Es sind somit keine grossen Kabelquerschnitte für die Ein- speisung von elektrischem Strom notwendig, welche meist sehr kostenintensiv sind. Ferner entfällt ebenfalls die Notwendigkeit von Platz- und Kostenintensiven Transformatoren und Gleich- oder Umrichtern. Zudem ist der Elektromotor meist bei verschiedenen Winkelpositionen der Antriebswelle betätigbar und erlaubt somit eine Betätigung eines Schüttgutabsperrorganes bei verschiedenen Positionen .

Wenn der Elektromotor nicht betätigt wird kann, je nach Ausfüh- rungsform, die Steuerungs- und Antriebselektronik dafür sorgen, dass die Mittel zum Speichern von elektrischer Energie wieder aufgefüllt werden.

Bevorzugt sind die Mittel zum Speichern von elektrischer Energie als Superkondensatoren ausgebildet.

Superkondensatoren eignen sich besonders für die kurzzeitige Bereitstellung von hohen Stromstärken. Zudem sind Superkondensatoren nahezu wartungsfrei und haben eine höhere Lebensdauer als beispielsweise Akkumulatoren.

Insbesondere können die Superkondensatoren Stromstärken von 25 Ampere liefern. Diese Stromstärken erlauben eine schnelle und sofortige Betätigung von insbesondere schweren Absperrorganen. Gewünschte Betätigungszeiten von Absperrorganen liegen oft in einem Bereich unterhalb von 0,5 Sekunden (von komplett Geschlos ^¬ sen bis Offen oder umgekehrt) .

Der Elektromotor ist bevorzugt ein Gleichstrommotor. Besonders bevorzugt ist der Elektromotor ein bürstenloser Gleichstrommotor .

Gleichstrommotoren eignen sich insbesondere mit Superkondensato ^¬ ren für die oben genannten Zwecken. Zudem können Gleichstrommo- toren und insbesondere bürstenlose Gleichstrommotoren in beide Drehrichtungen schrittweise betrieben werden und können zudem als Energiegenerator verwendet werden. Bevorzugt ist der Elektromotor ein Servomotor. Als Servomotor im Sinne der vorliegenden Erfindung sind alle Elektromotoren gemeint, welche mit einem Sensor zur Bestimmung der Position der Motorwelle ausgestattet sind. Der Sensor ist mit der Steuerungs- und Antriebselektronik verbunden und erlaubt sowohl eine Bestimmung der Winkelposition der Motorwelle und somit der Position/Stellung des Absperrorgans als auch das Erreichen halten einer gewünschten Winkelposition der Motorwelle und somit das Erreichen einer gewünschten Position/Stellung des Absperrorgans.

Bevorzugt ist der Elektromotor zur Erzeugung von elektrischer Energie ausgebildet.

Die vom Elektromotor erzeugte, elektrische Energie wird insbe- sondere in die Mittel zum Speichern von elektrischer Energie eingespeist. Der Stellantrieb wird dabei bevorzugt so ausgelegt, dass beim Betätigen des Absperrorgans, das Absperrorgan selber zumindest abschnittweise während der Bewegung durch Schwerkraft und/oder Schüttguteinwirkung bewegt wird. Da damit keine elekt- rische Energie notwendig ist, kann der Elektromotor als Genera ^¬ tor verwendet werden. Damit wird der Stromverbrauch des Stellantriebs noch weiter verringert, da elektrische Energie ohne ex ^¬ terne Einspeisung gewonnen und wiederverwendet werden kann. Bevorzugt ist der Stellantrieb mit einer Stromstärke von höchs ^¬ tens 3 Ampere betreibbar.

Bevorzugt erfolgt die Einspeisung des Stellantriebs mit einer Spannung im Niedrigstrombereich, insbesondere unterhalb 48 V, besonders bevorzugt zwischen 22 und 28V.

Es ist somit möglich, mit einer niedrigen Spannung und mithilfe der Mittel zum Speichern von elektrischer Energie (z.B. Super- kondensatoren) , trotzdem hohe Leistungen des Elektromotors zu erzeugen .

Bevorzugt umfasst der Stellantrieb ferner ein Getriebe. Das Ge- triebe ist bevorzugt als Kompaktgetriebe ausgebildet, insbeson ^¬ dere mit einem Planetengetriebe. Für besondere Anwendungen um ^¬ fasst das Getriebe ein Winkelgetriebe.

Je nach Anwendung kann somit der Stellantrieb angepasst werden. Beispielsweise, je nach Getriebeübersetzung, sind sehr hohe

Drehmomente oder eine sehr genaue Positionierung des Absperror- ganes möglich.

Bevorzugt ist die Steuerungs- und Antriebselektronik direkt am Elektromotor angeordnet. Insbesondere befindet sich die Steue ^¬ rungs- und Antriebselektronik in einem gemeinsamen Gehäuse mit dem Elektromotor und ggf. weiter vorhandenen Komponenten.

Bevorzugt ist der Stellantrieb derart ausgebildet, dass eine Po- sition des Absperrorgans, insbesondere eine Extremposition (d.h. eine Position, welche vom Absperrorgan nicht überschritten wird; z.B. eine Schliessposition oder eine Freigabeposition) bei stromlosem Elektromotor (d.h. dass der Elektromotor nicht mit elektrischem Strom versorgt wird) haltbar ist.

Somit ist keine Verriegelung des Absperrorgans notwendig, was normalerweise die Betätigungszeiten verlängert, da das Absperr ^¬ organ zunächst entriegelt und dann bewegt werden muss. Zudem sind somit Energieeinsparungen möglich und die durchschnittliche Leistungsaufnahme des Stellantriebs wird weiter verringert.

Bevorzugt umfasst der Stellantrieb ein Kniehebelgelenk, welches eine Motor- oder Getriebewelle mit dem Absperrorgan direkt oder indirekt (d.h. über weitere Bauteile) verbindet, wobei ein Tot ^¬ punkt des Kniehebelgelenks derart ausgelegt ist, dass eine Posi ^¬ tion des Absperrorgans bei stromlosem Elektromotor haltbar ist. Insbesondere ist durch Eigengewichts des Absperrorgans und/oder wenn Schüttgut stromaufwärts des Absperrorgans gestaut wird, die Position des Absperrorgans bei stromloser Elektromotor haltbar.

Bevorzugt umfasst das Kniehebelgelenk einen ersten Hebel mit ei- nem exzentrisch angeordneten oder anordenbaren ersten Achsstummel, welcher erster Hebel an einer Motor- oder Getriebewelle drehbar gelagert ist, und eine Koppelstange, welche an dem ers ^¬ ten Achsstummel drehbar gelagert ist. Das Kniehebelgelenk umfasst ferner einen zweiten Hebel mit einem exzentrisch angeord- neten oder anordenbaren zweiten Achsstummel, welcher zweiter Hebel um die Schwenkachse eines schwenkbaren Absperrorgans und am ersten Achsstummel drehbar gelagert oder lagerbar ist. Die Kop ^¬ pelstange, welche jeweils an dem ersten Achsstummel und dem zweiten Achsstummel drehbar gelagert ist, koppelt somit den ers- ten Hebel mit dem zweiten Hebel

Falls kein schwenkbares Absperrorgan Anwendung findet, kann der zweite Hebel in Wirkverbindung mit dem Absperrorgan (z.B. eine verschiebbare Verschlussplatte) sein oder mit dem Absperrorgan in Wirkverbindung gebracht werden.

Aufgrund des Kniehebelgelenks ist somit eine Übertragung von ge ^¬ nug grossen Drehmomenten/Kräften möglich, so dass das Absperrorgan schnell bewegt werden kann.

Der erfindungsgemässe Stellantrieb findet bevorzugt bei einer Materialwaage Anwendung. Dabei ist das Absperrorgan bevorzugt als schwenkbare Klappe ausgebildet und steht mit wenigstens ei- ner Wägezelle in Wirkverbindung, so dass ein Gewicht von aufge ^¬ stautem Schüttgut mit der Klappe in einer Schliessposition ermittelt werden kann. Über eine Steuerung wird dann beim Erreichten des gewünschten Gewichts die Klappe in eine Freigabeposition gebracht. Stromaufwärts der Klappe kann eine Dosiereinrichtung vorhanden sein, welche die Menge an Schüttgut, welche zur Klappe gelangt, einstellen kann, so dass beispielsweise beim Erreichen des gewünschten Gewichtes und kurz vor dem Schwenken der Klappe in die Freigabeposition der Schüttgutfluss unterbrochen wird, so dass nur die abgewogene Menge an Schüttgut abgegeben werden kann .

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Dosieren und/oder Wiegen von Schüttgut umfassend wenigstens ein Schütt- gutabsperrorgan, welches von wenigstens einem elektromechani- schen Stellantrieb wie oben beschrieben betätigbar ist.

Insbesondere umfasst die Betätigung des Schüttgutabsperrorgans ein Öffnen und/oder Schliessen desselben.

Die oben bezüglich des erfindungsgemässen elektromechanischen Stellantriebs beschriebenen bevorzugten Aus- und Weiterbildungen sowie die damit verbundenen Vorteile sind somit entsprechend auf die erfindungsgemässe Vorrichtung anwendbar.

Bevorzugt ist die Vorrichtung als Schüttgutwaage ausgebildet, wobei das Schüttgutabsperrorgan als schwenkbare Klappe ausgebil ^¬ det ist. Die Aufgabe wird ferner von einem Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Stellantriebs für ein Schüttgutabsperrorgan gelöst . Bei dem elektromechanischen Stellantrieb handelt es sich bevorzugt um einen elektromechanischen Stellantrieb wie oben beschrieben . Der elektromechanische Stellantrieb umfasst einen Elektromotor, eine dem Elektromotor zugeordnete Steuerungs- und Antriebselekt ^¬ ronik sowie und Mittel zum Speichern von Energie.

Erfindungsgemäss wird beim Betätigen des Stellantriebes durch den Elektromotor Energie in den Mitteln zum Speichern von Energie gespeichert.

Insbesondere umfasst die Betätigung des Schüttgutabsperrorgans ein Öffnen und/oder Schliessen desselben.

Bevorzugt umfasst die Steuerungs- und Antriebselektronik die Mittel zum Speichern von Energie, welche als Mittel zum Spei ^¬ chern von elektrischer Energie ausgebildet sind, wobei die Ener ^¬ gie als elektrische Energie, bevorzugt in Superkondensatoren der Steuerungs- und Antriebselektronik (3) , gespeichert wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausfüh ^¬ rungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Es zeigen :

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Betätigungsmechanismus in der

Schliessposition;

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Betätigungsmechanismus in der

Freigabeposition;

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Schüttgutdosiervorrichtung; Fig. 4 eine Schnittansicht durch die Ebene A-A der Figur 3;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Stellantriebs;

Fig. 6 der Stellantrieb der Figur 5 ohne Gehäusedeckel;

Fig. 7 der Stellantrieb der Figur 5 ohne Gehäuse; und

Fig. 8 ein schematischer Ablauf der Leistungsaufnahme eines

Stellantriebs .

In den Figuren 1 und 2 ist Mechanismus 14 mit einem Kniehebelge ^¬ lenk 6 dargestellt, wobei das Gelenk 6 sich in einer Schliesspo- sition S bzw. in einer Freigabeposition F befindet.

Das Gelenk 6 umfasst einen ersten Hebel 7 und einen zweiten Hebel 11, welche jeweils drehbar an einer Getriebewelle 9 eines in den Figuren 3 bis 6 gezeigten Stellantriebs 1 bzw. einer

Schwenkachse SA einer Klappe 13 (sichtbar in der Figur 4) gela- gert ist.

Der erste und der zweite Hebel 7 bzw. 11 weisen jeweils einen exzentrisch angeordneten Achsstummel 8 bzw. 12 auf. Beide Achsstummel 8 bzw. 12 sind über eine Koppelstange 10 miteinander verbunden.

Eine Drehung des ersten Hebels 7 bewirkt über die Koppelstange 10 ebenfalls eine Drehung des zweiten Hebels 11. Wie aus der Figur 1 sichtbar, ist der Mechanismus 14 derart aus ^¬ gelegt, dass in der Schliessposition S der erste Hebel 7 über den oberen Totpunkt gedreht wird und die Koppelstange 10 an ei ^¬ nem Anschlagelement 22 (sichtbar in der Figur 7) anliegt. Somit können an dem zweiten Hebel 11 auftretende Drehmomente nicht eine Drehung des ersten Hebels 7 verursachen, da eine wei ^¬ tere Drehung des ersten Hebels 7 durch das bewegungseinschrän- kende Anschlagelement 22 verhindert wird und der Mechanismus 14 somit selbsthemmend wirkt.. Es ist somit nicht notwendig, das Gelenk 6 zusätzlich mit einer Bremse oder Verriegelung zu versehen . In den Figuren 3 und 4 ist eine Schüttgutdosiervorrichtung gezeigt, welche zwei Stellantriebe 1 und 1 ^λ mit je einem Mechanis ^¬ mus 14 umfasst. Ein Antrieb 1 oder 1 ^λ umfasst einen als Servomo ^¬ tor ausgebildeten Elektromotor 2, eine Steuerungs- und Antriebselektronik 3 mit einer Mehrzahl von Superkondensatoren 4 und ein Getriebe 5.

Eine Fliessrichtung des Schüttgutes ist schematisch mit dem Pfeil 15 dargestellt. Die Schüttgutdosiervorrichtung ist in ei ^¬ nem Gehäuse 16 angeordnet, welche in eine Schüttgutleitung anordenbar ist bzw. Teil einer Schüttgutleitung sein kann.

Die Schüttgutdosiervorrichtung umfasst zwei Klappen 13 und 13 welche jeweils um eine Schwenkachse SA bzw. SA ^X gelagert sind. Die Klappe 13 wurde nach unten geschwenkt und befindet sich so- mit in der Freigabeposition F. Die Klappe 13 ^λ befindet sich in der Schliessposition S und wirkt mit einer am Gehäuse 16 ange ^¬ ordneten Dichtung 17 zusammen, um den Schüttgutdurchgang in Fliessrichtung 15 zu unterbrechen. Beide Schwenkachsen SA und SA ^X sind parallel und nebeneinander angeordnet. Die Klappen 13 und 13 ^λ sind gegenläufig nach unten klappbar . Jede Klappe 13 oder 13 ^λ wird zwischen der Schliessposition S und der Freigabeposition F um 90° um die jeweilige Schwenkachse SA bzw. SA ^X geschwenkt. Wie aus den Figuren 1 und 2 sichtbar entspricht eine Schwenkung der Klappe 13 bzw. 13 ^λ einer Drehung um ebenfalls 90° des zweiten Hebels 11. Aufgrund des Übersetzungs ^¬ verhältnisses ist aber eine Drehung des ersten Hebels 7 um mehr als 90° notwendig, um die Klappe 13 bzw. 13 ^λ in die Freigabepo ^¬ sition F zu bringen. Im Bereich der beiden Schwenkachsen SA und SA ^X ist ein im Querschnitt dreieckiger Umlenkkörper 18 mit nach oben gerichteter Spitze angeordnet. Der Umlenkkörper 18 verhindert, dass Schütt ^¬ gut im Bereich der Schwenkachsen SA und SA ^X gelangt. In den Figuren 5 bis 7 ist der Stellantrieb 1 perspektivisch dargestellt, jeweils in einem Gehäuse 19, ohne einen Gehäusede ^¬ ckel 20 und eine Abdeckung 21 des Mechanismus 14, und ohne Ge ^¬ häuse 19. Der Mechanismus 14 der Figuren 1 und 2 ist in den Figuren 6 und 7 sichtbar und befindet sich in der Schliessposition S.

Ersichtlich ist die Anordnung des Elektromotors 2 mit einem als Winkelgetriebe ausgebildeten Getriebe 5. Die Steuerungs- und An- triebselektronik 4 ist direkt an der Elektromotor-Getriebe- Einheit befestigt. Die Steuerungs- und Antriebselektronik 4 um- fasst ferner eine Mehrzahl von Superkondensatoren 4. Der gesamte Stellantrieb 1 ist in dem Gehäuse 19 geschützt aufgenommen. Durch die Superkondensatoren 4 ist es einerseits möglich, dass elektrische Energie zurückgewonnen und gespeichert wird, z.B. wenn die Klappe 13 in die Freigabeposition F lediglich durch Schwerkraft geschwenkt wird. Ferner kann damit die beim Betätigen des Absperrorgans kurzzei ^¬ tig benötigte hohe Leistung aus den Superkondensatoren 4 bezogen werden. Somit sind keine hohen Spannungen zur Versorgung des Stellantriebs 1 notwendig. Grosse Kabelquerschnitte sind eben ^¬ falls nicht notwendig.

In der Figur 8 ist schematisch und beispielhaft der Ablauf eines Öffnungs- uns Schliessvorganges eines als Klappe ausgebildeten, erfindungsgemässen Absperrorganes wie oben beschrieben.

Die Abszissenachse stellt eine dimensionslose Zeitangabe dar, die Ordinatenachse zeigt skalenlos die vom Stellantrieb aufge ^¬ nommene und erzeugte Leistung in Watt.

Eine Linie, welche ein Rechtecksignal approximiert, stellt die Position der Klappe dar.

Wie aus dem Verlauf der Linie P ersichtlich, wird beim Bewegen der Klappe 13 in die Freigabeposition F zunächst Leistung benötigt, um die Selbsthemmung des Mechanismus 14 zu überwinden (erster Hebel 7 muss über den oberen Totpunkt bewegt werden) . Dies ist an einem Anstieg der Linie P erkennbar. Da die Klappe 13 jedoch, nachdem der erste Hebel 7 den oberen Totpunkt pas- siert hat, allein durch Schwerkraft öffnet, wird eine negative Leistung erzeugt, welche durch den Abfall der Linie P sichtbar ist. Das bedeutet dass der Elektromotor 2 Leistung erzeugt. Wie aus der Figur 8 ersichtlich, beträgt die netto erzeugte Leistung beim Bewegen der Klappe 13 in die Freigabeposition F P2 (Watt) .

Diese Leistung P2 wird in Form von elektrischer Energie in den Superkondensatoren 4 des Stellantriebs 1 gespeichert. Beim Schwenken der Klappe 13 in die Schliessposition S wird demgegenüber Leistung benötigt, da die Klappe 13 entgegen der

Schwerkraft bewegt werden muss. In der Figur 8 ist dies am An ^¬ stieg der Linie P ersichtlich. Die netto benötigte Leistung be- trägt gemäss Figur 8 PI (Watt) .

Wenn die Klappe 13 sich in der Freigabeposition F oder in der Schliessposition S befindet (horizontaler Verlauf des „Rechtecksignals") , wird keine Leistung benötigt (der Elektromotor 2 ist stromlos) . Dies ist am horizontalen Verlauf der Linie P er ^¬ kennbar

Da die erzeugte Leistung in den Superkondensatoren 4 gespeichert wird, kann diese bei einem erneuten Schwenken der Klappe 13 in die Schliessposition S verwendet werden. Die Nettoleistung, welche zum Betreiben des Stellantriebs 1 benötigt wird beträgt so ^¬ mit P1-P2 (Watt) pro Öffnungs- und Schliessvorgang. Da jedoch ein Öffnungs- und Schliessvorgang lediglich 10 bis 20 % der Zeit eines Arbeitszyklus AZ beträgt und der Elektromotor 2 sonst stromlos ist, sind gegenüber Stellantriebe aus dem Stand der Technik sehr grosse Energieeinsparungen möglich.