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Schalt-, Steuer-oder Regelorgan, das durch die Wirkung eines Luft-, Gas-oder Flüssigkeits- strahles betätigt wird
Die Erfindung betrifft ein Schalt-, Steuer-oder
Regelorgan, das durch die dynamische Kraft- wirkung eines, während des Betriebes kontinuier- lichen, praktisch gleichbleibenden Luft-, Gas- oder Flüssigkeitsstrahles betätigt wird. Das
Schaltorgan selbst kann ein elektrischer Kontakt, ein Ventil, ein Steuerschieber, ein magnetisches oder optisches Relais oder irgend ein anderes geeignetes Schaltelement sein. Die Wirkungs- weise ist folgende :
Der aus einer Düse austretende Strahl trifft auf ein Prallblech auf, das durch den Strahl- druck eine Veränderung seiner Lage erfährt und dadurch einen Schaltvorgang (z. B. Schliessen oder Öffnen eines elektrischen Kontaktes) bewirkt.
Durch eine äussere Ursache, z.
B. durch Eindringen eines festen Körpers zwischen Ausströmdüse und Prallblech kann der Strahl abgelenkt, bzw. abgeschirmt werden, wodurch das Prall- blech infolge Ausbleibens der dynamischen
Kraftwirkung des nunmehr unterbrochenen
Strahles zufolge seines Eigengewichtes oder einer anderen Rückzugskraft (z. B. durch die Kraft einer Rückzugsfeder) in seine Ruhelage zurückkehrt. Dadurch wird ein entgegengesetzter
Schaltvorgang (z. B. Öffnen oder Schliessen eines elektrischen Kontaktes) bewirkt, der zur Auslösung eines Signal-, Steuer-oder Regelvorganges in an sich bekannter Weise benutzt werden kann. Durch Wiederentfernung des Schirmkörpers, wie der zwischen Ausströmdüse und Prallblech eingeschobene feste Körper im folgenden kurz genannt werden soll, tritt der ursprüngliche Zustand wieder ein und der vorhin beschriebene Schaltvorgang wird wieder rückgängig gemacht.
Dient der Strahl selbst als elektrisch leitende Stromverbindung zwischen Ausströmdüse und Prallwand, dann kann diese unbeweglich angeordnet sein, weil ja durch jede Unterbrechung des Strahles der elektrische Steuerstrom von selbst unterbrochen wird. Besondere Kontaktelemente sind dann nicht notwendig. Der Schirmkörper wird dann zweckmässig aus einem elektrisch nicht leitenden Stoff hergestellt.
An Stelle des Prallbleches kann auch ein mit Flüssigkeit (z. B. Quecksilber) gefülltes, U-förmig gebogenes Rohr verwendet werden, in dessen eines Ende der Luftstrahl hineinbläst und dadurch den Flüssigkeitsspiegel in der abgewendeten Rohr- hälfte hebt und so einen Schaltvorgang, z. B. durch
Schliessen eines elektrischen Kontaktes, auslöst.
Der Gegenstand der Erfindung weist gegenüber den derzeit bekannten, dem gleichen Zweck dienenden Geräten und Einrichtungen mit mecha- nischer, elektrischer, magnetischer oder optischer
Auslösung des Schaltvorganges eine Reihe von wesentlichen Vorzügen auf. Der den Schalt- vorgang auslösende Schirmkörper ist im Hinblick auf seine mechanischen, physikalischen, che- mischen und thermischen Eigenschaften keiner
Einschränkung unterworfen, während dies bei den derzeit bekannten, ähnlich wirkenden Geräten sehr wohl der Fall ist.
Mechanisch betätigte
Schaltgeräte versagen infolge der auftretenden
Stosswirkung, wenn die Geschwindigkeit des
Schirmkörpers (Betätigungskurve) zu hoch wird, magnetisch betätigte Schaltgeräte versagen, wenn der Schirmkörper (Betätigungsorgan) unmagnetisch ist ; elektrisch betätigte Schaltgeräte versagen, sobald der Schirmkörper (Schleifkontakt) ein Nichtleiter ist bzw. aus chemischen oder thermischen Gründen nicht zur Stromleitung benutzt werden kann. Optisch betätigte Schaltgeräte (Selenzellen) versagen, wenn der Schirmkörper selbst glühend ist oder wenn in seiner Umgebung unkontrollierbare Quellen von strahlender Wärme sich befinden. Der Luftstrahl ist gegen alle diese physikalischen und chemischen Eigenschaften des Schirmkörpers unempfindlich.
Die Erfindung ist daher ganz besonders geeignet zur selbsttätigen Steuerung von Schaltvorgängen in Walzwerken, Ofenanlagen, Hüttenwerken usw., wo als auslösender Schirmkörper häufig glühende Bänder dienen, die mit grosser Geschwindigkeit an dem Schaltorgan vorbeibewegt werden.
Ausserdem befinden sich in diesen Anlagen an vielen Stellen heisse Körper, die Wärme und Licht ausstrahlen und daher das einwandfreie Funktionieren von Selenzellen unmöglich machen.
Wegen der hohen Temperaturen und der grossen Geschwindigkeit sind mechanische, elektrische oder magnetische Auslöseorgane ungeeignet.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung bei Anwendung in Hüttenwerken und Ofenanlagen mit grosser Wärmeentwicklung besteht darin, dass in den Betriebspausen, wo kein Schirmkörper
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vorhanden ist, das Schaltorgan durch den weiter- strömenden Luft-, Gas-bzw. Flüssigkeitsstrahl gekühlt wird. Der Verbrauch an Druckluft,
Druckgas oder Druckflüssigkeit ist nur gering und spielt kostenmässig keine Rolle gegenüber den erzielten Vorteilen der Automatisierung von
Arbeitsprozessen. Ausserdem kann ein unnützer
Luftverbrauch durch Absperren der Druckluft- leitung in den Betriebspausen vermieden werden.
Die Absperrung kann auch selbsttätig oder gemeinsam mit der Hauptsteuerung erfolgen.
Die Erfindung lässt sich weiters auch als selbsttätige Steuereinrichtung für die Durch- führung eines bestimmten Arbeitsprogrammes benutzen, wenn der Schirmkörper mit ent- sprechenden Ausnehmungen oder Öffnungen für den Durchtritt des Strahles ausgebildet wird. Es wird dann das Schaltorgan in einer vorgeschrie- benen Reihenfolge ein-und ausgeschaltet, wo- durch ein Hilfsstromkreis abwechselnd geschlossen oder unterbrochen wird, der in an sich bekannter
Weise zur selbsttätigen Steuerung von Arbeits- vorgängen benutzt werden kann. Abstand und
Grösse der Ausnehmungen bestimmen im Verein mit der Geschwindigkeit des Schirmkörpers den Rhythmus der Schaltvorgänge. Der Schirm- körper kann sowohl als hin-und hergehendes oder umlaufendes Band ausgeführt werden als auch als rotierende Kurvenscheibe oder als Hohlzylinder bzw. Hohlkegel mit entsprechenden Öffnungen.
Gibt man dem Schirmkörper zwei Bewegungsmöglichkeiten in verschiedener Richtung, in welche er gleichzeitig durch zwei voneinander unabhängige Ursachen, z. B. in Abhängigkeit vom Förderweg und von der Fördergeschwindigkeit bewegt werden kann und gestaltet man weiters die steuernde Kante des Schirmkörpers entsprechend dem Arbeitsprozess (z. B. in Abhängigkeit vom Fahrdiagramm) als stetig verlaufende Kurve, dann kann das Schaltorgan in an sich bekannter Weise als Regler (z. B.
Fördermaschinenregler) zur Erzwingung eines vorgeschriebenen Arbeitsverlaufes (z. B. durch selbsttätiges Anziehen der Fahrbremse) benutzt werden. Dasselbe Ergebnis erhält man, wenn man dem Schirmkörper bloss eine Bewegung erteilt, dafür aber auch die Düse und mit ihr das Schaltorgan in Abhängigkeit von einer zweiten Ursache relativ gegen den Schirmkörper bewegt.
Der Erfindungsgegenstand unterscheidet sich auch wesentlich von der bekannten Bolometeranordnung mit Luftkühlung der Widerstandselemente (z. B. nach der österr. Patentschrift Nr. 141779), indem an Stelle der bei der Bolometeranordnung ausgenützten thermischen Wirkung des Luftstrahles, dessen dynamische Kraftwirkung zur Betätigung der Schaltorgane benutzt wird.
Die technische Überlegenheit des Erfindunggegenstandes für eine Reihe von Anwendungen ergibt sich ohneweiters durch die weit grössere Unempfindlichkeit gegenüber Erschütterungen und unkontrollierbaren Wärmeeinflüssen.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung. 1 ist die Ausströmdüse, durch die der strichliert angedeutete Luft-, Gas-oder Flüssig- keitsstrahl in Pfeilrichtung austritt und durch eine Öffnung in der Schaltergrundplatte 4 auf das als drehbare Klappe 2 ausgebiidete Prallblech auftrifft. Die aus Isolierstoff (z. B. aus Hartpapier) hergestellte Klappe 2 ist um die Achse 3 schwenk- bar gelagert und besitzt an ihrem anderen Ende zwei aufgenietet metallische Plättchen 5 und 6.
Durch die dynamische Wirkung des Strahles wird die Klappe unter Überwindung des Eigengewichtes bzw. der Kraft der Feder 10 so lange geschwenkt, bis, wie in der Zeichnung dargestellt, das Plätt- chen 5 eine leitende Verbindung zwischen den beiden Kontakten 7 herstellt.
Durch diese
Kontaktverbindung wird der Stromkreis der
Spule des Schützes 11 geschlossen, das Schütz spricht an und kann mit Hilfe von in der Zeichnung nicht dargestellten, an sich bekannten Ein- richtungen einen Arbeitsvorgang bewirken. Dieser
Zustand bleibt so lange aufrecht, bis der Schirm- körper 9 vor die Düse tritt und damit den Strahl abschirmt oder ablenkt. Durch das Ausbleiben der dynamischen Kraftwirkung des Strahles geht die Klappe 2 infolge der Wirkung des
Eigengewichtes oder der Kraft der Rückzug- feder 10 in ihre strichliert angedeutete Ruhelage zurück. Dadurch öffnet sich der Kontakt 7, während der Kontakt 8 geschlossen wird. Die
Spule des Schützes 11 wird stromlos, der Schütz fällt ab und an seiner Stelle wird der Schütz 12 eingeschaltet, wodurch wieder ein gewünschter
Schalt-, Steuer-oder Regelvorgang eingeleitet werden kann.
Dieser Zustand bleibt so lange aufrecht, bis der Schirmkörper aus dem Raum : zwischen Ausströmdüse 1 und Klappe 2 entfernt wird, wodurch der Strahl von neuem die Klappe 2 anhebt und den Kontakt 7 schliesst, während der
Kontakt 8 geöffnet wird.
Die Erfindung kann in mannigfache Weise J abgeändert werden, ohne dass dadurch das Wesen der Erfindung beeinflusst wird. So kann z. B. die Form der Klappe 2 in verschiedenster Weise ausgebildet werden und sowohl ähnlich gestaltet sein wie die Schaufel eines Wasserrades oder einer Turbine, als auch entsprechend den Flügeln eines Ventilators oder Propellers. An
Stelle einer drehbaren Klappe kann auch eine parallel verschiebbare Wand oder ein bewegtes Flügelrad treten. Es ist weiters möglich, die 1 Klappe 2 aus Metall statt aus Isolierstoff herzustellen, wenn man die Drehachse 3 oder die Schaltergrundplatte 4 in geeigneter Weise isoliert.
Es kann dann die Stromzuführung durch die Drehachse der Klappe erfolgen, die beiden 1 Plättchen 5 und 6 sind dann überflüssig und statt der Doppelkontakte 7 und 8 können Einfachkontakte verwendet werden, wie dies in Fig. 3 schematisch angedeutet ist. Weiters kann die Klappe zur Betätigung eines Hilfsventiles, eines 1 Steuerschiebers oder irgend eines anderen Schaltelementes an Stelle des elektrischen Kontaktes verwendet werden. Wird der Strahl selbst
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zur Stromführung benutzt, dann wird das
Prallblech als feststehendes, elektrisch leitendes
Kontaktelement ausgebildet. Ebenso kann der
Schirmkörper jede erdenkliche Gestalt (z. B.
Wand, Band, Stab, Schablone, rotierende Scheibe, Rotationshohlkörper usw. ) annehmen und aus jedem beliebigen festen Werkstoff hergestellt sein und irgend einen, gerade gegebenen mecha- nischen, thermischen, elektrischen, magnetischen oder chemischen Zustand aufweisen, wenn er nur imstande ist seine Aufgabe zu erfüllen und einen Luft-, Gas-oder Flüssigkeitsstrahl zu unterbrechen.
In Fig. 2 (Aufriss) und Fig. 3 (Grundriss) ist als Ausführungsbeispiel die Verwendung der Erfindung als Steuerorgan für die Steuerung eines vorgeschriebenen Arbeitsprogrammes dar- gestellt. Der Schirmkörper 9 ist als ein mit
Aussparungen versehenes Band ausgebildet, das vor der Ausströmdüse 1 vorbeigeführt wird.
Die Ausnehmungen im Band geben den Strahl frei, während an Stellen mit vollem Bandquer- schnitt der Strahl abgeschirmt wird. Je nachdem, ob vor der Ausströmdüse eine Ausnehmung oder der volle Bandquerschnitt vorhanden ist, wird das Schaltorgan in dem einen oder anderen
Sinn betätigt.
In Fig. 3 ist das Schaltorgan als einpoliger elektrischer Umschalter mit Stromzuführung durch die Drehachse 3 der Klappe 2 eingezeichnet.
Die als Blende für den Luftstrahl ausgebildete
Schaltergrundplatte 4 ist für die Wirkung unwesentlich und kann auch entfallen. An Stelle der Aussparungen können auch Löcher im
Schirmkörper ausgeführt werden. Schliesslich kann an Stelle des geradlinig bewegten Bandes auch eine rotierende Scheibe oder ein Rotationshohlkörper treten, welcher nach Vollendung einer vollen Umdrehung den gleichen Arbeitsprozess von neuem einleitet.
In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Der Schirmkörper 9 ist als rotierende Kurvenscheibe ausgebildet, welche über die Zahnräder 13 und 14 von der Welle 15 angetrieben wird. Die Achse 16 der Kurvenscheibe ist in einem um die Welle 15 schwenkbaren Hebel 17 gelagert, dessen Stellung durch die am Bolzen 19 angreifende Zugstange 18 festgelegt ist. Die vor der Kurvenscheibe 9 befindliche Ausströmdüse 1 ist in der Zeichnung bloss angedeutet, das nicht dargestellte Schaltorgan ist an der gleichen Stelle, hinter der Kurvenscheibe zu denken. Durch die schwenkbare Lagerung der rotierenden Kurvenscheibe ist es möglich, die Lage der steuernden Kante der Kurvenscheibe, von zwei voneinander unabhängigen Ursachen zu beeinflussen, u. zw. in Abhängigkeit von der Drehung der Welle 15 und in Abhängigkeit von der Stellung der Zugstange 18.
Verbindet man z. B. die Welle 15 mit der Antriebswelle einer Fördermaschine, so erfolgt die Drehung der Kurvenscheibe in Abhängigkeit vom Förderweg. Wird weiters die Zugstange 18 mit der Muffe eines Fliehkraftreglers, der die Förder- geschwindigkeit anzeigt, verbunden, dann kann bei entsprechender Ausbildung der steuernden
Kante der Kurvenscheibe, das Gerät in an sich bekannter Weise zur selbsttätigen Regelung der Fördergeschwindigkeit benützt werden. Um den Fliehkraftregler auch bei kleiner Förder- geschwindigkeit zur Steuerung der Stange 18 geeignet zu machen, kann man ihm über ein
Differentialgetriebe eine Grunddrehzahl erteilen, die bei Umkehr der Drehrichtung gleichfalls umgeschaltet werden muss.
Die Wirkungsweise des so erhaltenen Fahrt- reglers ist folgende : Durch die Drehung der
Kurvenscheibe im Pfeilsinn, rückt die steuernde
Kante immer mehr von der Ausströmdüse 1 weg.
Durch Erhöhung der Fördergeschwindigkeit wird die Zugstange 18 nach links bewegt und die steuernde Kante rückt wieder näher an die Ausströmdüse heran. Steigt die Geschwindigkeit zu rasch an, dann wird der Strahl unterbrochen, das Schaltorgan betätigt und ein Steuervorgang ausgelöst, der z. B. zum Anziehen der Fahrbremse benützt werden kann. Gegen Ende der Fahrt, wenn die andere Seite der Kurve zur Wirkung kommt, muss die Fahrgeschwindigkeit mit fortschreitendem Weg dauernd vermindert werden, damit nicht die Kurvenscheibe den Strahl abschirmt. Geschieht dies nicht in genügendem Ausmass, so wird die Fahrbremse selbsttätig eingeschaltet und die Ermässigung der Geschwindigkeit erzwungen.
Die vorhin beschriebene Regeleinrichtung kann natürlich auch zu anderen Zwecken verwendet werden, z. B. zum Einhalten eines bestimmten vorgeschriebenen Temperaturverlaufes beim Glühen, Vergüten bzw. Normalisieren von Stahl und anderen Werkstoffen.
Die Einrichtung kann in mannigfache Weise abgeändert werden, ohne dass dadurch das Wesen der Erfindung beeinträchtigt wird. So z. B. kann die Düse selbst von der zweiten Ursache i aus bewegt werden und die Kurvenscheibe bloss die rotierende Bewegung ausführen. Der Hebel 17
EMI3.1
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.