Massenstrommessung auf Förderbändern: Radiometrisch oder Bandwaagen
Massenstrommessung auf Förderbändern ist essenziell für Schüttgüter. Radiometrische Systeme bieten berührungslose, wartungsarme Präzision trotz höherer Anschaffungskosten, im Gegensatz zu Wägezellen.
Massenstrommessungen auf Förderbändern sind üblich und in vielen verschiedenen Branchen erforderlich. Von Bergwerken über Papierfabriken bis hin zu Kraftwerken bewegen Betreiber Materialien auf Förderbändern oder auf Schnecken- und Kettenförderern. Förderbänder sind auch ein beliebtes Mittel zum Beladen und Entladen von Lastwagen, Bargen und Eisenbahnwaggons in Anlagen.
Massenstrom wird kontinuierlich erfasst und an ein Automatisierungssystem übertragen. Dieses kann beispielsweise die Geschwindigkeit eines Förderbandes anpassen, um die Materialzufuhr für nachfolgende Prozessschritte zu steuern, etwa die Beschickung eines Brechers mit Erz oder die Zufuhr von Holzschnitzeln in einer Papierfabrik. Dieselbe Messtechnik kann auch zur Dosierung eines sekundären Materials in Mischsystemen zum Einsatz kommen.
Branchenkonsens ist, dass eine präzise und zuverlässige Massenstrommessung von zentraler Bedeutung ist. Während einige Betreiber auf radiometrische Messverfahren setzen, bevorzugen andere den Einsatz von Wägezellen-Systemen für Förderbänder.
Messprinzip Radiometrie
Das radiometrische Messsystem besteht aus drei Hauptkomponenten: einer radioaktiven Strahlenquelle, einem Strahlenschutzbehälter und dem Detektor. Das Präparat und der Detektor sind gegenüberliegend auf der Förderanlage montiert. In den meisten Anwendungen ist die Strahlenquelle oben und der Detektor unten montiert. Die Strahlenquelle sendet hochenergetische Gammastrahlung aus, die über definierte Strahlengänge auf den gegenüberliegenden Detektor trifft.
Wenn Strahlung Materie auf dem Förderband durchdringt, wird die Stärke der Gammastrahlung abgeschwächt. Ändert sich die Gesamtmasse pro Fläche auf dem Band- oder Schneckenförderer, so ändert sich die Menge der Strahlung, die den Detektor erreicht. Je größer die Beladung bzw. die Masse auf dem Förderband ist, desto geringer ist das Strahlungsfeld am Detektor. Die am Detektor gemessene Strahlungsmenge ist somit proportional zur Materialmenge auf dem Förderer und wird vom Detektor in ein Ausgangssignal umgewandelt.
Praktische Anwendung: Radiometrie
Radiometrische Massenstrombestimmung funktioniert am besten bei gleichmäßigen mittleren bis hohen Beladungen. Förderbandbreiten von etwa 0,5 bis 3,0 Metern können berücksichtigt werden, wobei breitere Bänder besser für eine Messung mit Wägezellen geeignet sind.
Die Elektronik des radiometrischen Sensors verfügt über einen analogen und digitalen Eingang zur Erfassung eines Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlsignals. Dieses Signal ist erforderlich, um die Transportgeschwindigkeit des Materials auf Förderbändern mit variabler Geschwindigkeit zu bestimmen. Auf dieser Basis kann die Elektronik den Massenstrom sowie die kumulierte Gesamttonnage des durchlaufenden Materials präzise berechnen.
Der Digitaleingang verarbeitet in der Regel ein Frequenzsignal, beispielsweise von einem Tachometer. Alternativ kann über den analogen Eingang ein 4 … 20‑mA‑Signal zur Geschwindigkeitsübertragung eingelesen werden.
Die radiometrische Massenstrombestimmung hat sich auch unter extremen Prozessbedingungen als äußerst zuverlässig erwiesen. Das berührungslose Messprinzip ist unempfindlich gegenüber Vibrationen, wie sie in Fördersystemen üblich sind, und wird von Umgebungstemperaturen bis etwa 60 °C nicht beeinflusst. Zusätzlich kann die Auswerteelektronik weitere Prozessparameter, wie Band oder Schneckengeschwindigkeit, kompensieren und die Messwerte zu einem Massenstrom oder einer Gesamttonnageausgabe verarbeiten.
Zwar ist dieses Messverfahren in der Anschaffung meist kostenintensiver, es bietet jedoch eine äußerst stabile Messlösung mit minimalem Wartungsaufwand. Die typische Messgenauigkeit liegt bei etwa ±1 % und ist unabhängig von Staub, Korrosion oder Materialverschüttung.
Die Installation ist relativ einfach, da das Messsystem mit einem Rahmen geliefert wird, der direkt am Förderband montiert wird. Zudem kann das System mit geringem Aufwand umgesetzt und auch an geneigten Förderbändern eingesetzt werden, ohne die Messgenauigkeit zu beeinträchtigen.
Die Inbetriebnahme erfordert Banddurchläufe mit leerem und beladenem Förderband zur Kalibrierung des Systems. Hierfür stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung, darunter eine HART Schnittstelle, ein integriertes Anzeige und Bedienmodul oder eine DTM basierte Inbetriebnahme.
Radiometrische Detektoren verfügen üblicherweise über mehrere Ausgangssignale für die direkte Anbindung an Automatisierungssysteme. Typische Schnittstellen sind analoge 4 … 20 mA Ausgänge mit oder ohne HART sowie digitale Feldbussysteme wie Profibus PA oder Foundation Fieldbus.
Wägezellen für Förderbänder
Wägezellen-Systeme für Förderbänder ersetzen einen Abschnitt der Bandabstützung durch eine speziell gelagerte Tragrolle. Über die gemessene Gewichtskraft des Schüttguts und die Bandgeschwindigkeit wird der Massenstrom berechnet, wobei das Eigengewicht des Bandes berücksichtigt wird. Die hierfür notwendige Auswerteelektronik ist meist Bestandteil des Systems.
Diese Systeme sind vergleichsweise kostengünstig in der Anschaffung und eignen sich für ein breites Spektrum an Materialgewichten sowie sehr breite Förderbänder. Für die Installation wird jedoch eine lange, gerade und mechanisch stabile Bandstrecke benötigt. Nach der Montage sind Änderungen am Einbauort nur mit erheblichem Aufwand möglich.
Aufgrund der Variabilität der Riemenspannung und der Auswirkungen von Vibration auf das Wiegesystem müssen Bediener häufig Kalibrierungsprüfungen durchführen, die oft Prüfgewichte und erhebliche Ausfallzeiten erfordern. Eine Kalibrierung ist bei Anwendungen mit geringer Förderbandbeladung häufiger erforderlich, da nur eine geringe Gewichtsmenge gemessen werden muss.
Vergleich der beiden Methoden in einer konkreten Anwendung
Ein Kalksteinbruch transportierte ihr Produkt über mehrere hundert Meter auf einem Förderband und nutzte zur Prozessoptimierung ein Wägezellen-System zur Massenstrommessung. Aufgrund hohem Wartungsaufwand suchte der Betreiber nach Alternativen. Eine Radiometrie-Lösung von VEGA überzeugte durch deutlich geringere Betriebskosten, wobei eine ROI-Analyse eine Amortisation von unter einem Jahr ergab.
Bedenken hinsichtlich des radioaktiven Präparats wurden durch Informationen zur geringen Aktivität, der wirksamen Abschirmung und dem Vergleich mit natürlicher Hintergrundstrahlung ausgeräumt. Nach Abwägung von Kosten und Nutzen entschied sich der Steinbruch für das radiometrische Messverfahren. Installation und Kalibrierung erfolgten innerhalb von vier Stunden dank DTM-Bedienung.
Das System übertraf die Erwartungen. Die Investition amortisierte sich innerhalb von acht Monaten und der Wartungsaufwand wurde deutlich reduziert. Aufgrund der positiven Erfahrungen betreibt der Steinbruch inzwischen mehrere radiometrische Messsysteme.
Fazit
Wägezellen eignen sich für breite Förderbänder und stark variierende Lasten, erfordern jedoch einen hohen Wartungsaufwand. Radiometrische Messsysteme sind teurer in der Anschaffung, bieten dafür eine berührungslose, robuste und langfristig wirtschaftliche Lösung. Welche Technologie die bessere Wahl ist, hängt von den jeweiligen Anwendungsbedingungen ab. Viele Anwender entscheiden sich aufgrund der Einsparungen für ein radiometrisches Messsystem.
Erfahren Sie mehr über die radiometrischen Lösungen von VEGA:
