Waiblingen, den 16. Dezember 1997 – Bei der Zementherstellung müssen aus ökonomischen und ökologischen Gründen die Prozeßparameter ständig überwacht und exakt aufeinander abgestimmt werden.

Die E. Schwenk KG produziert am Standort Allmendingen eine große Anzahl an Zementsorten von höchster Qualität. Dies wurde zuletzt durch den hohen Grad der Technisierung und Automatisierung erreicht. So wird die Brennerzuluftmenge, welche einen entscheidenden Einfluß auf die Eigenschaften des Endpunkts hat, automatische geregelt. Für die Messung der Zuluftvolumenströme werden hierzu Vortex-Strömungssensoren VA der Firma HÖNTZSCH eingesetzt.

Der Zementherstellungsprozeß beginnt mit dem Abbau von Kalkstein und Mergel im nahegelegenen Steinbruch. Das Gestein wird mit Schaufelladen und Schwerlastfahrzeugen zu den Brechanlagen befördert, wo es bis auf Faustgröße zerkleinert wird.

Anschließend werden die Grundsubstanz Kalkstein, Mergel, Sand und Eisenoxid rechnergesteuert den Mahltrocknungsanlagen zugeführt. Das Materialgemisch wird gemahlen und gleichzeitig durch Nutzung der Drehofenabwärme getrocknet.

Die so gewonnenen Rohmehle werden im Drehofen bei einer Temperatur von ca. 1.450 °C chemisch in verschiedene Zementklinker umgewandelt. Dieser Vorgang läuft kontinuierlich ab: Ständig wird das Rohgemisch zugeführt und durch die Rotation des leicht schräg gebauten 120 m langen Drehofens nach unten transportiert, um dann als körniger Zementklinker den Ofen abgekühlt wieder verlassen. Anschließend wird der Klinker mit Kalksteinmehl, Flugasche und Gips gemahlen. Auf diese Weise werden am Standort Allmendingen ca. 4.000 Tonnen Zement pro Tag produziert.

Beheizt wird der Drehofen durch eine Brennerlanze, die 20 m weit in den Ofen hineinragt. An der Lanzenspitze wird mit Hilfe eines starken Axialluftstroms Kohlenstaub eingeblasen und entzündet. Um eine gute Wärmeverteilung zu erzielen wird der Kohlenstaub durch einen Radialluftstrom verwirbelt. Das Verhältnis zwischen Axial- und Radialluftstrom beträgt ca. 3:1. Eine optimale Produktqualität läßt such nur dann gewährleisten, wenn das Verhältnis beider Luftströme und des Kohlenstaubs genau aufeinander abgestimmt wird.

Ein weiterer wichtiger Aspekt sind die hohen Sicherheitsanforderungen. So könnte es bei einer nicht optimalen Verbrennung zur Bildung von explosiven Kohlenmonoxid kommen. Es besteht dadurch die Gefahr, daß sich das Gas in den Elektrofiltern, welche durch eine Spannung von ca. 70 kV die Brennluft reinigen, durch Funkenbildung entzünden. Aus diesem Grunde wird neben der Brennerzuluft parallel auch die CO-Konzentration an verschiedenen Punkten gemessen.

Da ein unterbrechungsfreier Betrieb des Drehofens unbedingt notwendig ist, müßte für die Messung der Brennerluftzuströme eine Robuste, zuverlässige und genaue Volumenstrommessung installiert werden. Die Firma Schwank hat sich deshalb für zwei Vortex-Strömungssensoren vom Typ VA40/20 entschieden, welche in die Rohrleitungen der Axial- und Radialluftzufuhr eingebaut wurden. Der große Vorteil der Vortex-Strömungssensoren VA ist die hohe Zuverlässigkeit sowie die Unempfindlichkeit gegenüber Staubbeladungen und anderen Verunreinigungen.

Besonders hervorzuheben ist der Selbstreinigungseffekt des Sensors, der sich durch die Wirbelbildung und die damit verbundenen Druckschwankungen im Sensorkopf erklären läßt.

Die Auswertung der Frequenzsignale der beiden Vortex-Meßwertaufnehmer VA in zwei Umformern des Typs U2a realisiert. Dort werden die Sensorinformationen in strömungsproportionale Stromsignale umgeformt, welche im zentralen Leitstand visualisiert und auf die Unterscheidung eines Volumenstrom-Grenzwerts hin überwacht werden.

Das Vortex-Meßprinzip basiert darauf, daß sich im Vortex-Sensorkopf an einem Wirbelablöseelement – z.B. einem Dreikantsteg – eine Karmansche Wirbelstraße ausbildet. Die Wirbel modulieren ein stromab hinter dem Steg befindliches Ultraschallfeld, das von einem Piezoschwinger erzeugt wird. Das modulierte Ultraschallsignal wird von einer weiteren als Mikrofon fungierenden Piezokeramik aufgenommen. Da in einem großen Geschwindigkeitsbereich zwischen Wirbelablösefrequenz und Strömungsgeschwindigkeit geschlossen werden.

Der große Vorteil der Ultraschallabtastung der Wirbelstaße gegenüber anderen Abtastverfahren, die beispielsweise die Kraftwirkung auf den Störkörpern messen, ist, daß sehr kleine Strömungsgeschwindigkeiten schon ab 0,5 m/s erfaßt werden können!

Da der Sensor für die beschriebene Anwendung eigensicher ausgeführt sein muß, wird durch einen Ex-Umformer LDX das zur Strömungsgeschwindigkeit proportionale Frequenzsignal in ein davon galvanisch entkoppeltes Signal umgesetzt.

Dieses Signal wird dann in einem Umformer U2a in ein strömungsproportionales Analogsignal transformiert, das als Meßgröße für die Anlagensteuerungen und –überwachung zur Verfügung steht.