_

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. Eine verbesserte Wägeeinrichtung ist in der Anmeldung WO2006/105679 (Dl) beschrieben. Dort wird die von den Stützen getragene Last eines Silos ermittelt über die elastische Dehnung der die Stützen bildenden Rohre.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Kraftmesseinrichtung für Silos, mit deren Hilfe bestehen- de Silos rasch und kostengünstig nachgerüstet werden können, ohne vor der Aufgabe zu stehen, solche Silos - allenfalls in vollem Zustande - auch noch vom Boden abzuheben. Ferner ist es die Aufgabe der Erfindung, rasch sich ändernde Temperaturen des den Silo tragenden Gestells von änderungen des Silogewichtes zu unterscheiden.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist wiedergegeben im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 hinsichtlich der grundlegenden Merkmale, in den weiteren Ansprüchen hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausbildungen und in Anspruch 10 hinsicht- lieh des Messverfahrens.

Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung auf der Grundlage eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen

_ _

Fig. 1 einen Silo nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 vier _^ Stützen eines Silos mit schematisch dargestellten Messvorrichtungen,

Fig. 3 eine erfindungsgemässe Messvorrichtung im Schnitt,

Fig. 4a, b Signalverläufe zweier Messvorrichtungen bei Laständerung und rascher Temperaturabnahme der Stützen,

Fig. 5 ein Logikschema von Signalentscheidungen.

Ein in Fig. 1 schematisch dargestellter Silo 1 nach dem Stand der Technik für Schüttgüter, wie Streusalz, Zement, Chemika- lien, Getreide, 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 Fassungsvermögen bis etwa 200 Tonnen ausgeführt sein. Bei Dosiereinrichtungen nach dem so genannten 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 ro- buste primäre Deformationskörper in Verbindung mit hochauflösenden Mess-Systemen. Die Nachteile solcher Einrichtungen liegen einerseits im grossen aparativen 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 SiIo- stützen - an Stelle von Lastmesszellen nachträglich Dehnmessstreifen (DMS) anzubringen ist ausserordentlich aufwendig. Es müssen die relevanten gewichtsproportionalen Druckspannungen von den Biegespannungen separiert werden, was nur durch den

Einsatz zahlreicher DMS gelingt. Das korrekte Anbringen von DMS an im Gebrauch stehenden Silos ist - wegen der dabei einzuhaltenden Umgebungsbedingungen - nahezu aussichtslos. Selbst wenn diese Bedingungen geschaffen und eingehalten wer- den können, ist der zu treibende Aufwand gross.

Die hier vier Stützen 5 sind aus Rohren mit kreisförmigem Querschnitt hergestellt.

Das Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens ist dargestellt in den Fig. 2 bis 5. In Fig. 2 sind die vier Stützen 5 (hier mit Stützen 51, 52, 53, 54 bezeichnet)- ohne den von ihnen getragenen Silo 1 - dargestellt. Da die ganze Silo-Konstruktion ein im Wesentlichen statisch bestimmtes System ist, steht der Silo vorwiegend auf zwei einander in der Diagonalen dl oder der Diagona- len d2 gegenüberliegenden Stützen, also auf Stützen 51 und 53 oder Stützen 52 und 54.

Die Stützen 51, 54 sind mit Messvorrichtungen versehen, welche den durch die Last des Silos elastisch aufgeweiteten Durchmesser dieser Stützen 51, 54, beispielsweise nach dem Dokument Dl messen. An den Stützen 51, 54 angebrachte Gehäuse 6 enthalten zumindest Teile solcher Messvorrichtungen. An den Stützen 52, 53 sind weitere Messvorrichtungen angebracht, von denen wiederum mindestens Teile in weiteren Gehäusen 7 untergebracht sind. Eine solche Messvorrichtung ist in Fig. 3 dargestellt.

Ein Zug- oder Druckelement 8, beispielsweise in der Form einer Stange, durchsetzt die Stütze 5 durch zwei Löcher 9 und bildet mit der Längsachse 10 der Stütze 5 einen Winkel α. Auf der einen Seite ist das Zug- oder Duckelement 8 gesichert, beispielsweise durch eine Mutter 11, welche auf einer aussen an der Stütze 5 angeschraubten ersten Ankerplatte 12 aufsitzt. Auf der der ersten Ankerplatte 12 schräg gegenüberliegenden Seite der Stütze 5 ist eine zweite Ankerplatte 13 e- benfalls aussen an der Stütze 5 angeschraubt. Das Zug- oder Druckelement 8 läuft dort ohne Berührung durch ein Führungselement 14 und mündet in einem Wandler 15, welcher das durch das Zug- oder Druckelement 8 übertragene Kraftsignal in ein diesem entsprechendes elektrisches Signal wandelt.

Das Zug- oder Druckelement 8 ist so vorgespannt, dass der ganze durch den Wandler 15 zu messende Kraftbereich erfasst wird. Geschützt gegen äussere Einflüsse, wie Staub, Feuchtigkeit, Sonneneinstrahlung ist der Wandler 15 durch das Gehäuse 7. Als Wandler 15 kommen alle bekannten Wandler in Frage, welche Kräfte 'in elektrische Signale mit der notwendigen Auflösung und Reproduzierbarkeit wandeln können, wie DMS- Anordnungen, optische Kraftwandler und Schwingsaitenwandler. Ein schematisch dargestelltes Kabel 16 dient zur Stromversor- gung des Wandlers und zur übermittlung der elektrischen Signale an weiterverarbeitende Einheiten wie Rechner, übermittlungsvorrichtungen, sofern diese nicht im Wandler bereits integriert sind. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt der Winkel α im Wesentlichen 45°.

Wird der Silo 1 zusätzlich zur bestehenden Last belastet, so wird die Stütze 5 elastisch verkürzt, gleichzeitig das die Stütze 5 bildende Rohr elastisch aufgeweitet. über die Pois- son-Relation μ = (dimensionslos) wo μ = Poisson-Zahl

δd = Aufweitung der Stütze 5 d = Durchmesser der Stütze 5

δ£ = Längenänderung der Stütze 5 I = Länge der Stütze 5,

wo μ für Stahl etwa 0,3 beträgt, ergibt sich, dass die Längenänderung etwa dreimal so gross ist, wie die Durchmesseränderung. Mit anderen Worten: bei Zu- oder Abnahme des Siloge- wichts ist die Längenänderung der Stütze dreimal so gross wie die entsprechende Aufweitung oder Durchmesserabnahme der Stütze. Das Zug- oder Druckelement 8 wird durch die oben genannte zusätzliche Belastung des Silos 1 also trotz gewichtsbedingter Aufweitung der Stütze entlastet. Dieser Zusammen- hang ist in einem Auswertegerät, welches im Wandler 15 integriert, oder aber in einem externen Rechner 20 enthalten sein

kann, als Kennlinie gespeichert, zusammen mit weiteren apparativen Parametern des Wandlers, wie an sich bekannt. Eine Zug-Messanordnung, welche nur die Aufweitung des die Stütze 5 bildenden Rohres misst (so z.Bsp die oben beschrie- benen Messanordnugen an den Stützen 51,54), stellt im Gegensatz dazu eine Kraftzunahme fest.

Mit der beschriebenen Anordnung kann nicht bloss das Gewicht des Silos 1 bzw. sein Füllstand ermittelt werden, sondern es ist ebenfalls möglich, transiente Temperaturänderungen der Stützen 5 von echten Wägeresultaten zu unterscheiden. Damit ist es möglich, beispielsweise mittels Diskriminatorschaltun- gen Gewichtsveränderungen von transienten Temperaturänderungen der Stützen 51 bis 54 zu unterscheiden. Damit ist es auch möglich, aus transienten Temperaturänderungen sich ergebende Mess-Signale von der Ermittlung des Silogewichtes so lange auszuschliessen, bis sich das Temperaturgleichgewicht von Stütze 5 und Zug- odex Druckelement 8 wieder eingestellt hat. Solche transienten Temperaturänderungen treten in aller Regel als Abkühlung auf, insbesondere dann, wenn starke Regenfälle in Gewittern die vorher sonnenbestrahlten Stützen abkühlen.

Das Verhalten der Belastungen des Wandlers 15 und eines die Durchmesseränderung ermittelnden Wandlers 17, welcher in den Gehäusen 6 enthalten ist - oder ebenfalls im Rechner 20 enthalten sein kann - ist in Fig. 4a dargestellt. Die Signalän- derungen S _Dia für die transiente Temperaturänderungen berücksichtigende Messanordnung und S _D für eine, bloss die änderungen des Durchmessers des die Stütze 5 bildenden Rohres, sind gegenläufig bei Lastzunahme. Werden nun die. Stützen 5 plötzlich abgekühlt, beispielsweise durch starken Regen, so nimmt einerseits der Durchmesser S _D des Rohres aufgrund des Temperaturrückganges ab, anderseits verkürzt sich auch die Länge der Stütze 5 rasch, während das Zug- oder Druckelement 8 immer noch im Wesentlichen auf der ursprünglichen Temperatur sich befindet. Daher nimmt auch das Signal S _D i _a ab, bis sich nach einiger Zeit der Temperaturausgleich von Stütze 5 und Zug- oder Druckelement 8 eingestellt hat, wie in Fig. 4b, zusammen mit dem eigentlichen Tempera-

turverlauf, dargestellt ist. Kurzzeitig liegen bei beiden Signalen vorzeichenmässig gleichlaufende änderungen vor. Diese - vorzeichenmässig - gleichlaufende änderung beider Messgrössen S _n und S _D i _a kann nun dazu benutzt werden, um aus- zuschliessen, dass diese Signale je einzeln als Gewichtsoder Füllstands-Werte interpretiert werden, wie im Blockdiagramm gemäss Fig. 5 dargestellt ist.

Hier sind vier Rechner 20 dargestellt, welche aus der elastischen Deformation der Stützen 51, 52, 53, 54 je die Gewichts- Informationen ermitteln, wobei im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 an den Stützen 51, 54 die reinen Durchmesseränderungen und bei den Stützen 53, 55 durch die um den Winkel α schräggestellten Zug- oder Druckelemente 8 die überlagerten Längskompression und die Durchmesseränderungen gemessen werden. Die änderungen der Messresultate, also δS _D i _a der schräggestellten Zug- oder Druckelemente und die änderungen der Durchmesser δS _D jener Messvorrichtungen, welche die Durchmesser der Stützen 51, 54 ermitteln, werden von den Rechnern 20 an vier Diskriminatoren 21, 22, 23, 24 übermittelt. Jeder der Diskriminatoren 21 bis 24 bildet jeweils die Differenz der Messresultate (S (t) -S (t+δt ) , wobei δt eine vorgegebene Zeitdifferenz ist. Zu dieser schematisch dargestellten überprüfungsschaltung gehören ferner sechs UND-Tore 25 bis 30, wobei die Verknüpfung der Diskriminatoren 21 bis 24 ver- läuft, wie nachfolgend erläutert. Die Stützen 51, 53 liegen einander diagonal bezüglich der Anordnung der vier Stützen 51 bis 54 gegenüber. Entsprechendes gilt für die Stützen 52 und 54. Unter Berücksichtigung von Fig. 4a, b ergibt sich nun, dass bei einem Materialabfluss aus dem Silo 1 S _D (t)- S _D (t+δt)>0; analog ist S _Dia (t)- S _Dia (t+ δt) <0. Die Diskriminatoren 21 und 22 haben Ausgänge 31 (für >0) und 32 (für<0) und entsprechend 33 (für ≥O) und für 34 (für <0) . Für den beschriebenen Fall der Entlastung des Silos werden also die Ausgänge 31 von Diskriminator 21 und 34 von Diskriminator 22 aktiv. Diese Signale werden an ein UND-Tor 26 weitergeleitet und öffnen dieses: Es wird eine Wägung vorgenommen und weiterverarbeitet und weitergeleitet wie an sich bekannt. Analoges geschieht beim Beladen des Silos, wobei die Ausgänge 32

von Diskriminator 21 und 33 von Diskriminator 22 aktiv sind, wodurch ein weiteres UND-Tor 27 geöffnet wird: Eine Wägung wird vorgenommen . Wird jedoch das aus den Stützen 51 bis 54 bestehende Gestell des Silos 1 bei hoher Umgebungstemperatur plötzlich, beispielsweise durch einen Gewitterregen, abgekühlt, so bleibt, wie bereits gesagt, das Zug- oder Druckelement 8 in den Stützen 52, 53 zunächst auf der hohen Umgebungstemperatur, während die Temperaturen der Stützen 51 bis 54 rasch abnehmen. Dies führt dazu, dass die Ausgänge 32, 34 der Diskriminatoren aktiv werden. Diese Signale werden einem weiteren UND-Tor zugeleitet, welches damit geöffnet wird und die Weiterverarbeitung der Wägung verhindert, bis die Resultate der Diskriminatoren 21, 22 dies wieder zulassen. In völliger Analogie zu den Diskriminatoren 21, 22 sind weitere Diskriminatoren 23, 24 geschaltet, welche wiederum in völliger Analogie UND-Tore 28, 29, 30 ansteuern. Mit diesen verfahrensmässigen Massnahmen wird bewirkt, dass nur reale Vorgänge, wie Beladen und Entladen des Silos 1 als wägetechnisch relevante Vorgänge zugelassen und verarbeitet werden. Insbesondere wird verhindert, dass plötzliches Abkühlen der Stützen 51 - 54 beispielsweise durch Gewitterregen als Entleerungsvorgang interpretiert werden. Mit einer solchen Interpretation würde über Fernmeldemittel, wie bekannt, ein Nachfüllen bzw. eines Lieferung des silierten Schüttgutes in die Wege geleitet, . dies auf Grund eines nun als Artefakt erkannten Fehlsignales.

Eine weitere Verfahrensmöglichkeit solche Temperatursprünge von der Interpretation als Gewichtssprünge auszuschliessen, liegt in der Differenzbildung der Signale vor: Die die änderung des Durchmessers S _D erfassenden Sensoren und die erfin- dungsgemässen, mit den unter dem Winkel α die Stützen 5 durchsetzenden Zug- oder Druckelementen 8 verbundenen Wandler 15 liefern am*Ausgang der Wandler im Wesentlichen die glei- chen Signale. Die Differenz dieser Signale wird also im Wesentlichen =0 sein. Damit entfällt ein Diskriminierungsverfahren. Eine so geartete Differenzbildung kann mit einer - an sich bekannten - Differenzialschaltung vorgenommen werden.

Bei Silos mit bloss drei Stützen 5 wird in aller Regel eine der drei Stützen 5 sowohl mit einem Wandler 15 an einer um den Winkel α geneigten Zug- oder Druckelement- 8 eingesetzt, zusätzlich zu einem den Durchmesser der Stütze 5 erfassenden Sensor. Die Differenzbildung der Signale erfolgt dann zwischen den Signalen an der gleichen Stütze, während die beiden anderen Stützen je mit einem unter dem Winkel α gemessenen und einem den Durchmessers S ₀ erfassenden Signal zur Differenzbildung herangezogen werden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind alle Stützen 5 sowohl mit Messanordnungen ausgerüstet, welche nach dem Stande der Technik die änderung des Durchmessers S _D (t) messen, als auch mit solchen, welche die Stützen 5 unter einem Winkel α durchsetzen und somit S _D i _a messen. Vorzugsweise sind die zuge- hörigen Wandler 15 in den genannten Gehäusen 7 untergebracht.