Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der Durchflussmengen von fliessenden Produkten insbesondere Schüttgütern, mit einem an einem Silo beziehungsweise Fallrohr angebrachten Verschluss regelbaren Durchlassquerschnittes für das Produkt, mit einer im Abstand unter dem Verschluss angeordneten, auf einem Waagebalken befestigten, geneigten Stossplatte, welche die beim Umlenken des um eine bestimmte gleichbleibende Strecke herabfallenden Produktes auftretende, der zeitlichen Abflussmenge desselben proportionale Impulskraft aufnimmt, ferner mit einem regulierbaren Krafterzeuger, der am der Stossplatte gegenüberliegenden, mindestens ein Gegengewicht tragenden Hebelarm des an einem festen Gestell angelenkten Waagebalkens angeordnet, im Sinne einer Regelung des Durchlassquerschnittes der Impulskraft entgegenwirkt,
wobei die aus dieser Wechselwirkung hervorgehende Abweichung zwischen Soll- und Istwert der zeitlichen Abflussmenge in ein vorzeichenbehaftetes Drucksignal als Stellbefehl für den Stellantrieb des Verschlusses umgewandelt wird.
Im Bestreben, die Produktabgabe aus Speicherzellen oder Verarbeitungsmaschinen in genau dosierten Mengen kontinuierlich und rationell zu gestalten, bediente man sich immer wieder der verschiedenen Ausführungsformen solcher mechanischen Hebel- oder Federwaagen. Bei Mengenreglern, denen diese Prinzipien zugrunde liegen, lässt man der auf der einen Seite des Reglers anlastenden Stosswirkung des fallenden Produktes die Kraft eines Gewichtes oder einer Feder auf der andern Seite desselben entgegenwirken. Hierbei kann entweder die Horizontal- oder die Vertikalkomponente der aus dem Stossvorgang resultierenden Impulskraft als die dem Istwert des Produktabflusses je Zeiteinheit verhältnisgleiche Grösse zur Regelung herangezogen werden.
Eine Abweichung von der Gleichgewichtslage wird entweder mechanisch direkt oder durch Umformung in ein proportionales Druck- oder Spannungssignal, mitunter durch deren kombinierte Anwendung vorzeichenrichtig erfasst und als Stellbefehl dem Stellantrieb zugeführt.
Die zur Betätigung des letzteren notwendige Hilfsenergie weist meistens dieselben Erscheinungsformen auf, wie sie auch für die Signalübertragung zur Verwendung gelangen. Die Wirkungsweise des Reglers kann stetig (analog) oder unstetig (digital, schaltender Regler) sein.
Für die Regelgenauigkeit der am meisten verbreiteten Hebelarmanordnungen ist es in Anbetracht der zeitgemässen Tendenz zu einer immer mehr fortschreitenden Automatisierung des Produktions- und Verteilprozesses entscheidend, dass ein solcher Regler die Produktabgabe in seinem vorgesehenen vollen Leistungsbereich mit der gleichen Genauigkeit bewältigt.
Er sollte überdies im Fall eines Parallelbetriebes gleich genau wie seine Artsgenossen arbeiten.
Bei derartigen bekannten Vorrichtungen wirkt die der Impulskraft an der Stossplatte entgegengestellte Kraft eines Schiebegewichtes oder einer Feder je nach deren an einer Gewichtsskala erfolgten Einstellung unmittelbar auf den entsprechenden Hebelarm des Waagebalkens ein. Es gilt damit diese Sollwertstellung des Produktabflusses für eine bestimmte Gewichtsmenge je Zeiteinheit, wozu ein mit dem Schüttgewicht des Produktes gegensinnig veränderlicher Volumenstrom gehört. Es leuchtet ein, dass mit kleiner werdendem Durchsatz die Regelgenauigkeit immer mehr abnimmt.
Im Parallelbetrieb mehrerer Vorrichtungen einer solchen bekannten Bauart als Mischbatterie für verschiedene Produkte sind die für eine identische Sollwertstellung gelieferten Gewichtsmengen infolge der herstellungsbedingten Toleranzschwankungen nicht identisch.
Zweck der vorliegenden Erfindung war die Schaffung einer Vorrichtung genannter Art, welche eine dem jeweiligen
Leistungsbedarf schnell angepasste, genau dosierbare und erforderlichenfalls fernsteuerbare Produktabgabe ermöglicht.
Erfindungsgemäss erreicht die auf dem Hebelprinzip basierende Vorrichtung diesen Zweck dadurch, dass ein Hilfs balken am festen Gestell derselben getrennt angelenkt ist, dass dieser Hilfsbalken durch den regulierbaren Krafterzeuger belastet wird, und dass an ihm eine längsverstellbare Stützkante zum genau gewichteten Übertragen der vom Krafterzeuger herrührenden Belastung auf den Waagebalken befestigt ist.
Einfache konstruktive Massnahmen, wie die Anordnung des entlang einer Prozentskala verschiebbaren Krafterzeugers auf dem Hilfsbalken, die Möglichkeit zu einer Gewichtung der vom
Krafterzeuger herrührenden Belastung anhand der am Hilfs balken längsverstellbaren Stützkante, lassen eine erhöhte
Regelgenauigkeit und eine Unabhängigkeit von den Toleranz schwankungen erreichen. Die Stützkante kann in der Ebene durch die Gelenke des Waagebalkens und des Hilfsbalkens angeordnet werden. Durch eine solche Disposition lässt sich eine geringe Rollreibung bei der Bewegung der Stützkante auf dem
Waagebalken, somit eine hysteresefreie Arbeitsweise der
Vorrichtung erreichen.
Durch die Wahl eines Krafterzeugers mit Fernbetätigung ist eine von einem zentralen Kommandopult aus ferngesteuerte
Produktabgabe und zwar mit einem je nach Art des Kraft erzeugers unterschiedlichen Automatisierungsgrad möglich.
Zur Erhöhung der Zuverlässigkeit und Regelgenauigkeit ist eine Linearisierung der Funktionsabläufe zweckmässig. Es sind dann bei einem bestimmten Produktabfluss nur kleine Ampli tuden für die gegenseitige Auslenkung des Waagebalkens und des Hilfsbalkens aus der Gleichgewichtslage vorhanden.
Zu diesem Zweck wird eine an einer Druckmittelquelle sowie an einer Druckleitung zum Stellantrieb angeschlossene, am festen Gestell in der Bewegung des Waagebalkens orien tierte Steuerdüse verwendet, wobei der Düsenquerschnitt ausgehend vom Düseneingang zunächst in eine Drossel übergeht, nachher eine sprunghafte Erweiterung erfährt, sodann bis zum Düsenmund nicht wesentlich abnimmt und welcher ein Anschluss für die Druckleitung zum Stellantrieb sehr nahe an der Querschnittserweiterung, vorzugsweise unmittelbar danach zugeordnet ist.
Ausser dem, dass der Waagebalken bei einem fest einge stellten Durchsatz nur geringe Ausschläge vollführt, ist für die
Linearität noch erwünscht, dass sich die Wirkungslinien der an ihm wirksamen Kräfte auch bei Laständerungen nicht verschie ben, damit die Hebelarmlängen konstant bleiben, ferner dass sich die aus dem Stossvorgang resultierende Impulskraft diesen
Laständerungen proportional verhält.
Um eine Fälschung der Durchsatzistmenge zu vermeiden, ist die Beherrschung der Reibung beim Stossvorgang unerläss sich.
Bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art sind die
Massnahmen für die Gewährleistung örtlich unveränderter
Wirkungslinien sowie eines proportionalen Verhaltens der
Kräfte, und für die Beherrschung der Reibung beim Stoss entweder gar nicht, oder nur in bescheidenem Umfang feststell bar, sodass deren Genauigkeit zu wünschen übrig lässt.
In einer ebenfalls bekannten, auf dem Federwaageprinzip basierenden Vorrichtung speziell bleibt zwar die Genauigkeit durch die sich verschiebende Wirkungslinie der Impulskraft unbeeinflusst, jedoch wird die Proportionalität der Federkraft durch die Vorspannung bei einer Lasteinstellung beeinträchtigt.
Zumal fehlen die Massnahmen zur Erfüllung der übrigen erwähnten Bedingungen für die Regelgenauigkeit auch hier.
Es ist ferner zweckmässig, eine Sicherheitsfunktion für Betriebsstörungen vorzusehen. In vorteilhafter Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes können die örtliche Konstanz der
Wirkungslinien und die Proportionalität der Kräfte bei einer auf ein Mindestmass reduzierten Reibung beim Stossvorgang verwirklicht werden, indem der Stellantrieb aus einem durch eine Gegenkraft belasteten, reibungslos arbeitenden Zylinder Membransystem grossen Volumens besteht, der Verschluss eine rotationssymmetrische Geometrie mit in Richtung des Waagebalkens orientierten Achsen aufweist und die Stossplatte eine veränderliche Neigung und eine auf die Reibungsverhältnisse günstig auswirkende Oberflächenbeschaffenheit besitzt.
Ein zwischen der Steuerdüse und dem Stellantrieb angeschlossenes Notschlussorgan kann die Sicherheitsfunktion übernehmen.
Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen beispielsweise erläutert.
Fig. 1 stellt die erfindungsgemässe Vorrichtung schematisch in Richtung des Pfeils I in Fig. 2 angesehen dar, während
Fig. 2 die Seitenansicht derselben ist, wobei ein Längsschnitt durch den Stellantrieb in der Ebene II-II in Fig. 1 gelegt wurde.
Fig. 3 veranschaulicht die konstruktive Gestaltung der Steuerdüse.
Es zeigen weiters:
Fig. 4 eine erste Ausführungsvariante für Fernsteuerung und
Fig. 5 ein zweites Beispiel für Fernsteuerbetrieb.
In Fig. 1 sind ein Waagebalken 6 und ein Hilfsbalken 1 an einem nicht dargestellten festen Gestell mittels je zweier als Kreuzfederbänder ausgebildeten Gelenke 7 und 8 voneinander unabhängig angelenkt. Der Hilfsbalken 1 trägt ein Reguliergewicht 2, das sich längs einer dort selbst befestigten Prozentskala 3 verschieben lässt. Ebenfalls am Hilfsbalken 1 ist eine Stützkante auf einem unterhalb der Gleitbahn des Reguliergewichtes 2 befindlichen und dazu parallelen Schraubstock 5 in der Längsrichtung des Hilfsbalkens 1 fein verstellbar angeordnet. Die Stützkante 4 stützt sich auf den vom Produktabfluss nicht beaufschlagten Hebelarm des Waagebalkens 6 ab. Dieser Hebelarm ist mit einem einstellbaren Gegengewicht 61 ausgerüstet und an seinem gegenlastseitigen Ende als Staufläche vor dem Düsenmund 93 einer darunter am festen Gestell aufgebauten Steuerdüse 9 ausgebildet.
Die letztere weist einen von einer nicht gezeigten Druckmittelquelle ankommenden Anschluss 10, sowie einen solchen für eine abgehende Druckleitung 11 auf.
Die konstruktive Gestaltung der Steuerdüse 9 hat auf die Regelgenauigkeit des Mengenreglers einen wesentlichen Einfluss.
Fig. 3 legt den ermittelten Düsenquerschnitt dar. Dem
Düseneintritt 91 schliesst sich eine Drossel 92 an, gefolgt von einer sprunghaften Erweiterung 94 bis zum Düsenmund 93. Bei diesem Sprung erwies sich ein Flächenverhältnis Drossel 92: Erweiterung 94 = 1:4 als geeignet. Es zeigte sich femer, dass die Druckleitung 11 mit Vorteil unmittelbar an der Querschnittserweiterung 94 angeschlossen wird.
In Fig. 1 und 2 ist eine Stossplatte 14 am lastseitigen Hebelarm des Waagebalkens 6 befestigt.
Die Formgebung und die Oberflächenbeschaffenheit derselben spielen beim Erreichen der geforderten Regelgenauigkeit eine wichtige Rolle. Durch geeignete Wahl der Neigung kann die bei Laständerungen auftretende Nichtlinearität durch unterschiedliche Fallhöhe der einzelnen Produktstromfäden eliminiert und durch entsprechende Oberflächengestaltung die Reibung beim Stossvorgang beherrscht werden.
Es wurde festgestellt, dass der Neigungswinkel a der Stossplatte 14 gegenüber der Horizontalen vorteilhaft zwischen 504 . . 70"liegt, während die Auslaufpartie 141 derselben unter ss= 45 zur Plattenebene geneigt ist. Gleichzeitig verbessert ein auf der Platte aus rostfreiem Stahl aufgetragener Gleitüberzug 16 aus Polytetrafluoräthylen die Reibungsverhältnisse wesentlich. Diese Kombination gewährleistet einen sowohl während, als auch nach der Abnützung des Belages konstant bleibenden Reibungskoeffizienten.
Ein Verschluss 13 ist als Stellglied im Abstand über der
Stossplatte 14 mit in Richtung des Waagebalkens 6 orientierter
Rotationsachse 133 am festen Gestell angeordnet. Er besteht aus einem Auslauf, dessen Durchlassöffnung 131 auf dem
Mantel eines um die Rotationsachse 133 geschriebenen imaginären Zylinders liegt und sich gegen die Stossplatte 14 hin trapezförmig verjüngt, ferner aus einem zylindrischen Dreh schieber 132, welcher unter dem Durchlass 131 um dieselbe
Drehachse 133 vorbeiläuft. Der dem Waagebalken 6 im wesentlichen parallele Verlauf der Drehachse 133 ergibt einen bei jeder Belastung gleichbleibenden Hebelarm der Impuls kraft.
Fig. 2 zeigt ein Zylinder- Membransystem als einen am festen Gestell aufgebauten Stellantrieb 12 mit einer gross flächigen Membran 121, mit einer an dieser sowie am Zylinder gehäuse befestigten Rückstellfeder 122 und mit dem Gestänge
123, mit dessen Hilfe Stellantrieb 12 und Verschluss 13 gekoppelt werden. Die Druckleitung 11 führt von der Steuer düse 9 zum Stellantrieb 12 und passiert dabei ein handbetätig tes Notschlussventil 15 (vgl. Fig. 1).
Die Arbeitsweise der erfindungsgemässen Vorrichtung wird erklärt wie folgt.
Vor der Inbetriebnahme ist eine einmalige Eichung durchzuführen, da die Sollwertstellung des Produktabflusses anhand des Reguliergewichtes 2 längs der Skala 3 auf dem
Hilfsbalken 1 nur prozentual erfolgt. Für eine bestimmte, innerhalb der Leistungsspanne des Mengenreglers beliebige, zeitliche Gewichtsmenge wird das Reguliergewicht 2 an die
100% - Marke eingestellt. Die hierdurch entstandene Gegen belastung zum Produktabfluss gewichtet man sodann durch
Verstellen der Stützkante 4 auf dem Schraubstock 5 solange, bis die verlangte Gewichtsmenge je Zeiteinheit an der nachge schalteten Eichwaage gemessen wird.
Soll die Produktabgabe im Betrieb nur ein Teil der geeich ten hundertprozentigen Gewichtsmenge betragen, so wird das
Reguliergewicht 2 an die entsprechende Marke der Prozent skala 3 geschoben. Im Falle von mehreren solchen parallel betriebenen Vorrichtungen einer Mischbatterie wird jedes
Gerät in der oben beschriebenen Weise für die hundertprozentige Abgabemenge geeicht. Der gewünschte Prozentsatz einer jeden Mischkomponente kann anschliessend am entspre chenden Gerät durch Verschieben des Reguliergewichtes 2 auf einfache Art eingestellt werden.
Diese Methode ist besonders in Getreidemühlen vorteilhaft, da diese für eine konstante Durchsatzmenge ausgelegt sind. Die
Eichung der Geräte ist nur einmal erforderlich. Selbstver ständlich kann eine Vorrichtung dieser Art auch für andere
Schüttgüter und Flüssigkeiten Verwendung finden.
Ausser dieser Zuordnung beliebiger Gewichtsmengen zur prozentualen Sollwertstellung ermöglicht diese Vorrichtung eine Dehnung des Einstellbereiches bei kleinen Durchsatz mengen um den Faktor 10, somit eine wesentlich erhöhte
Regelgenauigkeit.
Mit der Eichung wird der Einfluss der unumgänglichen, ;fabrikatorisch bedingten Toleranzschwankungen von Regler bestandteilen ausgeschaltet, wodurch sich deren Herstellung vereinfacht und verbilligt.
Es sind ferner Mittel zur Sicherstellung eines praktisch reibungslosen Zusammenwirkens der Stützkante 4 mit dem 1Waagebalken 6, d. i. einer hysteresefreien Funktionsweise des
Mengenreglers, vorhanden.
Ein erstes Mittel stellt die Anordnung der Stützkante 4 in der horizontalen Ebene durch die beiden Gelenke 7 bzw. 8 des
Waagebalkens 6 bzw. des Hilfsbalkens 1 dar.
Ein zweites solches ist durch die konstruktive Gestaltung der Steuerdüse 9 realisiert. Die in Fig. 3 veranschaulichte
Formgebung derselben, insbesondere die Verlegung des
Steueranschlusses für den Stellbetrieb 12 an diejenige Stelle 94.
wo die grössten Druckunterschiede auftreten, schaffen die Voraussetzung dafür, dass das Druckmittel bereits bei einer geringen Entfernung des Waagebalkens 6 vom Düsenmund 93 ohne Rückstau aus demselben herausströmt. Dies ruft in der Druckleitung ii zum Stellantrieb 12 - die Rückstellkraft der Zugfeder 122 unterstützend - einen kräftigen Sog hervor.
Das durch diese push-pull - Wirkung gegebene Digitalverhalten erwirkt eine Begrenzung der Amplituden der betriebsmässigen Waagebalkenschwankungen derart, dass der gesamte Steuerweg des Waagebalkens 6 nur einige Zehntelmillimeter beträgt. Die Bewegung der Stützkante 4 auf dem mit geringfügigen Ausschlägen pendelnden Waagebalken 6 ist dann ein reines Abrollen mit vernachlässigbarer Reibung.
Die digitale Arbeitsweise bringt noch zwei weitere Vorteile mit sich. Einerseits werden allfällige Schwankungen des Systemdruckes am Düseneingang 91 unterdrückt und bleiben somit ohne Einfluss auf die Regelgenauigkeit. Andererseits ist eine direkte Betätigung des Stellantriebes 12 auf diese Weise ohne Zwischenverstärkung möglich.
Der grossflächige Membran motor arbeitet als Stellantrieb 12 reibungslos. Mit seinem grossen Volumen wirkt er ausserdem wie ein Digital-Analogumformer, so dass der Verschluss 13 als Stellglied ein analoges Regelverhalten zeigt.
Das in der Druckleitung 11 zwischen der Steuerdüse 9 und dem Stellantrieb 12 eingebaute Notschlussventil 15 ist für das sofortige Abstellen der Regelvorrichtung im Störungsfall vorgesehen. Beim Einleiten eines Notschlusses wird die Druckleitung 11 blockiert, während sich der Druck im Stellantrieb 12 an die Atmosphäre entspannen kann, wobei der Verschluss 13 durch die Rückstellfeder 122 geschlossen wird.
Da der Produktabfluss damit wegfällt, schliesst die vom Reguliergewicht 2 herrührende Gegenbelastung die Steuerdüse 9.
Nach dem Aufheben des Notschlusses steht dann das in der Druckleitung 11 aufgebaute Drucksignal als ein Öffnenbefehl am Stellantrieb 12 solange an, bis der Waagebalken 6 unter der Stosswirkung des rasch zunehmenden Produktabflusses kippt und das Spiel um die Gleichgewichtslage seinen Fortgang nimmt.
Die Anordnung des Verschlusssystems 13 mit seinem zylindrischen Drehschieber 132 und zylindrisch-trapezförmigen Durchlass 131 um die dem Waagebalken 6 im wesentlichen parallel verlaufende Drehachse 133 gewährleistet, dass der Abstand der Schwerlinie aller Produktstromfäden vom Gelenk 7, zugleich auch derjenige der Wirkungslinie der aus dem Stossvorgang resultierenden Impulskraft bei jeder beliebigen Lasteinstellung konstant bleiben.
Die Formgebung der Stossplatte 14 mit den in der Beschreibung zu Fig. 2 angegebenen Neigungswinkeln trägt zum Erzielen einer den Laständerungen proportionalen Verhaltensweise der Impulskraft entscheidend bei. Es geht aus Fig. 2 hervor, dass die Weglängen, entlang denen die Stromfäden des fallenden Produktes zwischen dem ersten und dem zweiten Aufprall eine nochmalige Beschleunigung erfahren, mit ansteigendem Durchsatz abnehmen. Die Fallhöhenunterschiede der Stromfäden werden hierdurch ausgeglichen.
Einen weiteren Beitrag zur Linearisierung liefert der Gleitüberzug 16 aus Kunststoff durch Verringerung der Reibung.
Ein rationeller Einsatz solcher erfindungsgemässen Vorrichtungen im Parallelbetrieb als etwa eine Mischbatterie für mehrere Produkte ist nur in einer von einem zentralen Kommandopult aus ferngesteuerten Betriebsweise denkbar.
Die Fig. 4 und 5 zeigen zwei Ausführungsvarianten für solche Anwendungsfälle. Stellantrieb 12, Verschluss 13, Stossplatte 14 und Druckleitung 11 mit Notschlussventil 150 sind hier weggelassen. Die gleichen Hinweisziffern bezeichnen gleiche oder äquivalente Bestandteile. Betreffend deren
Beschreibung wird auf die Fig. 1 bis 3 hingewiesen.
In Fig. 4 wird die Wirkung des Reguliergewichtes 2 durch einen am festen Gestell angeordneten Membranantrieb 20 entweder verstärkt, oder verringert, oder aber vollständig ersetzt. Im letzten Falle muss das Reguliergewicht 2 in die
Nullstellung gestellt sein. Die fernsteuerbare Druckkraft, welche auf die Membran 20 sowohl in positivem, als auch in negativem Sinne einwirken kann, wird mit Hilfe eines Gelenkes
21 auf den zusätzlichen Hebel 22 des Hilfsbalkens 1 übertra gen.
Fig. 5 stellt eine Ausführung mit einem fortgeschrittenen
Automatisierungsgrad dar. Die Membran 200 tritt hier anstelle des Reguliergewichtes 2. Sie wird von einer am festen Gestell montierten Führungsschiene 17 getragen, welche über der
Prozentskala 3 angeordnet dem Hilfsbalken 1 im wesentlichen parallel verläuft. Ihre Verstellung längs der Skala 3 erfolgt mittels einer Spindel 18 und eines ferngesteuerten Elektro motors 19, welche beiden Antriebselemente ebenfalls am festen Gestell aufgebaut sind.
Zu den Ausführungen in den Fig. 4 und 5 ist ein Notschluss ventil 150 (vgl. Fig. 1) mit Fernbetätigung vorgesehen.
The invention relates to a device for regulating the flow rates of flowing products, in particular bulk goods, with a closure that can be regulated on a silo or downpipe for the product, with an inclined impact plate arranged at a distance under the closure and attached to a balance beam, which the Deflecting the product falling by a certain constant distance, which absorbs the impulse force proportional to the temporal flow rate of the same, furthermore with an adjustable force generator, which is arranged on the lever arm of the balance beam hinged on a fixed frame, opposite the shock plate, which carries at least one counterweight, in the sense of a regulation of the Cross-section counteracts the impulse force,
The deviation between the setpoint and actual value of the temporal discharge volume resulting from this interaction is converted into a signed pressure signal as a control command for the actuator of the closure.
In the endeavor to make the product discharge from storage cells or processing machines in precisely dosed quantities continuously and efficiently, the various embodiments of such mechanical lever or spring balances were used again and again. In the case of volume controllers based on these principles, the impact of the falling product on one side of the controller is counteracted by the force of a weight or a spring on the other side. Either the horizontal or the vertical component of the impulse force resulting from the impact process can be used as the variable that is proportional to the actual value of the product outflow per unit of time for regulation.
A deviation from the equilibrium position is recorded either mechanically directly or through conversion into a proportional pressure or voltage signal, sometimes through their combined application with the correct sign, and fed to the actuator as a control command.
The auxiliary energy required to operate the latter mostly has the same appearance as those used for signal transmission. The mode of operation of the controller can be continuous (analog) or discontinuous (digital, switching controller).
For the control accuracy of the most widespread lever arm arrangements, it is crucial, in view of the contemporary trend towards more and more progressive automation of the production and distribution process, that such a controller manages the product delivery in its intended full performance range with the same accuracy.
Furthermore, in the case of a parallel operation, he should work exactly like his peers.
In such known devices, the force of a sliding weight or a spring opposing the impulse force on the thrust plate acts directly on the corresponding lever arm of the balance beam, depending on the setting made on a weight scale. This setpoint setting of the product outflow is therefore valid for a specific weight amount per unit of time, including a volume flow that changes in opposite directions with the bulk weight of the product. It is clear that the lower the throughput, the lower the control accuracy.
When several devices of such a known type are operated in parallel as a mixer tap for different products, the weight quantities supplied for an identical setpoint setting are not identical due to the manufacturing-related tolerance fluctuations.
The purpose of the present invention was to provide a device of the type mentioned, which one the respective
Power requirement enables quickly adapted, precisely metered and, if necessary, remotely controllable product delivery.
According to the invention, the device based on the lever principle achieves this purpose in that an auxiliary beam is articulated separately on the fixed frame thereof, that this auxiliary beam is loaded by the adjustable force generator, and that it has a longitudinally adjustable support edge for precisely weighted transfer of the load from the force generator is attached to the balance beam.
Simple design measures, such as the arrangement of the force generator, which can be moved along a percentage scale, on the auxiliary bar, the possibility of weighting the
Load resulting from the force generator based on the longitudinally adjustable support edge on the auxiliary beam, leave an increased
Achieve control accuracy and independence from tolerance fluctuations. The support edge can be arranged in the plane through the joints of the balance beam and the auxiliary beam. Such a disposition allows a low rolling friction when moving the support edge on the
Balance bar, thus a hysteresis-free operation of the
Reach device.
By choosing a power generator with remote control, one is remotely controlled from a central control panel
Product dispensing, with a different degree of automation depending on the type of power generator.
To increase the reliability and control accuracy, it is advisable to linearize the functional processes. There are then only small amplitudes for the mutual deflection of the balance beam and the auxiliary beam from the equilibrium position at a certain product outflow.
For this purpose, a control nozzle connected to a pressure medium source and a pressure line to the actuator and oriented on the fixed frame in the movement of the balance beam is used, the nozzle cross-section initially merging from the nozzle inlet into a throttle, then experiencing a sudden expansion, then up to Nozzle mouth does not decrease significantly and to which a connection for the pressure line to the actuator is assigned very close to the cross-sectional expansion, preferably immediately thereafter.
Apart from the fact that the balance beam only performs small swings at a fixed throughput, this is for the
Linearity is still desired, so that the lines of action of the forces acting on it do not shift even when the load changes, so that the lever arm lengths remain constant, and that the impulse force resulting from the impact process adapts them
Load changes behaves proportionally.
In order to avoid a falsification of the actual throughput, it is essential to control the friction during the pushing process.
In the known devices of this type are
Measures to ensure locally unchanged
Lines of action as well as a proportional behavior of the
Forces, and for the control of the friction during impact either not at all or only to a modest extent, so that their accuracy leaves something to be desired.
In a likewise known device based on the spring balance principle, the accuracy remains unaffected by the shifting line of action of the impulse force, but the proportionality of the spring force is impaired by the preload when a load is set.
Especially since the measures to fulfill the other mentioned conditions for the control accuracy are missing here too.
It is also advisable to provide a safety function for operational disruptions. In an advantageous development of the subject matter of the invention, the local constancy of the
Lines of action and the proportionality of the forces with a friction reduced to a minimum during the impact process can be achieved by the actuator consisting of a smoothly working cylinder, membrane system of large volume loaded by a counterforce, the closure having a rotationally symmetrical geometry with axes oriented in the direction of the balance beam and the impact plate has a variable inclination and a surface quality which has a favorable effect on the friction conditions.
An emergency shut-off device connected between the control nozzle and the actuator can take over the safety function.
The invention is explained by way of example with reference to the accompanying drawings.
Fig. 1 shows the inventive device viewed schematically in the direction of arrow I in Fig. 2, while
FIG. 2 is the side view of the same, a longitudinal section being taken through the actuator in the plane II-II in FIG.
Fig. 3 illustrates the structural design of the control nozzle.
It also shows:
Fig. 4 shows a first variant for remote control and
5 shows a second example of remote control operation.
In Fig. 1, a balance beam 6 and an auxiliary beam 1 are articulated independently of one another on a fixed frame, not shown, by means of two joints 7 and 8 each designed as cross spring bands. The auxiliary bar 1 carries a regulating weight 2, which can be moved along a percentage scale 3 that is attached there itself. Also on the auxiliary beam 1, a support edge is arranged on a vice 5 located below the slide of the regulating weight 2 and parallel thereto in the longitudinal direction of the auxiliary beam 1, finely adjustable. The support edge 4 is supported on the lever arm of the balance beam 6 that is not acted upon by the product discharge. This lever arm is equipped with an adjustable counterweight 61 and, at its end on the counter-load side, is designed as a storage area in front of the nozzle mouth 93 of a control nozzle 9 built on the fixed frame below.
The latter has a connection 10 arriving from a pressure medium source, not shown, as well as such a connection for an outgoing pressure line 11.
The structural design of the control nozzle 9 has a significant influence on the control accuracy of the volume regulator.
Fig. 3 shows the nozzle cross-section determined
Nozzle inlet 91 is followed by a throttle 92, followed by a sudden widening 94 up to the nozzle mouth 93. For this jump, an area ratio of throttle 92: widening 94 = 1: 4 proved to be suitable. It was also found that the pressure line 11 is advantageously connected directly to the enlarged cross-section 94.
In FIGS. 1 and 2, a shock plate 14 is attached to the load-side lever arm of the balance beam 6.
The shape and the surface properties of the same play an important role in achieving the required control accuracy. With a suitable choice of inclination, the non-linearity that occurs when the load changes due to the different height of fall of the individual product flow threads can be eliminated and the friction during the impact process can be controlled by appropriate surface design.
It was found that the angle of inclination α of the impact plate 14 with respect to the horizontal is advantageously between 504. . 70 ", while the outlet section 141 of the same is inclined at ss = 45 to the plane of the plate. At the same time, a sliding coating 16 made of polytetrafluoroethylene applied to the plate made of stainless steel improves the friction conditions significantly. This combination ensures both during and after the wear of the covering constant friction coefficient.
A shutter 13 is as an actuator at a distance above the
Shock plate 14 with oriented in the direction of the balance beam 6
Axis of rotation 133 arranged on the fixed frame. It consists of an outlet, the passage opening 131 of which on the
The jacket of an imaginary cylinder written about the axis of rotation 133 lies and tapers trapezoidally towards the butt plate 14, and also consists of a cylindrical rotary slide 132, which under the passage 131 around the same
Axis of rotation 133 passes. The course of the axis of rotation 133, which is essentially parallel to the balance beam 6, results in a lever arm of the momentum force that is constant with every load.
Fig. 2 shows a cylinder membrane system as a built on the fixed frame actuator 12 with a large area membrane 121, with a return spring 122 attached to this and the cylinder housing and with the linkage
123, with the help of which actuator 12 and shutter 13 are coupled. The pressure line 11 leads from the control nozzle 9 to the actuator 12 and passes a manual emergency shut-off valve 15 (see FIG. 1).
The operation of the device according to the invention is explained as follows.
A one-time calibration must be carried out before commissioning, as the setpoint setting of the product outflow is based on the regulating weight 2 along the scale 3 on the
Auxiliary bar 1 is only made as a percentage. The regulating weight 2 is assigned to the weight quantity for a specific, arbitrary weight quantity within the power range of the quantity regulator
100% mark set. The resulting counter-load to the product outflow is then weighted through
Adjusting the support edge 4 on the vice 5 until the required amount of weight per unit of time is measured on the downstream calibration scale.
If the product output in operation is only part of the calibrated one hundred percent weight amount, this is the case
Regulating weight 2 pushed to the corresponding mark on percentage scale 3. In the case of several such devices operated in parallel, a mixer tap each
Device calibrated in the manner described above for the one hundred percent delivery rate. The desired percentage of each mixing component can then be easily set on the appropriate device by moving the regulating weight 2.
This method is particularly advantageous in grain mills, as these are designed for a constant throughput rate. The
Calibration of the devices is only required once. Of course, a device of this type can also be used by others
Find bulk materials and liquids use.
In addition to this assignment of any weight quantities to the percentage setpoint setting, this device enables the setting range to be extended by a factor of 10 for small throughput quantities, thus significantly increasing it
Control accuracy.
With the calibration, the influence of the unavoidable, manufacturing-related tolerance fluctuations of controller components is eliminated, which simplifies their manufacture and makes them cheaper.
There are also means for ensuring a practically smooth interaction of the support edge 4 with the balance beam 6, i. i. a hysteresis-free functioning of the
Flow regulator, available.
A first means is the arrangement of the support edge 4 in the horizontal plane through the two joints 7 and 8 of the
Balance beam 6 or the auxiliary beam 1.
A second such is implemented by the structural design of the control nozzle 9. The illustrated in Fig. 3
Shaping the same, in particular the laying of the
Control connection for the actuating mode 12 at that point 94.
where the greatest pressure differences occur create the prerequisites for the pressure medium to flow out of the nozzle mouth 93 without back pressure even at a small distance between the balance beam 6 and the nozzle mouth 93. This causes a powerful suction in the pressure line ii to the actuator 12 - supporting the restoring force of the tension spring 122.
The digital behavior given by this push-pull effect has the effect of limiting the amplitudes of the operational balance beam fluctuations in such a way that the entire control path of the balance beam 6 is only a few tenths of a millimeter. The movement of the support edge 4 on the balance beam 6, which oscillates with slight deflections, is then pure rolling with negligible friction.
The digital way of working has two other advantages. On the one hand, any fluctuations in the system pressure at the nozzle inlet 91 are suppressed and thus have no effect on the control accuracy. On the other hand, direct actuation of the actuator 12 is possible in this way without intermediate amplification.
The large membrane motor works smoothly as an actuator 12. With its large volume, it also acts like a digital-to-analog converter, so that the shutter 13 as an actuator exhibits an analog control behavior.
The emergency shut-off valve 15 built into the pressure line 11 between the control nozzle 9 and the actuator 12 is provided for the immediate shutdown of the control device in the event of a fault. When an emergency connection is initiated, the pressure line 11 is blocked, while the pressure in the actuator 12 can relax to the atmosphere, the closure 13 being closed by the return spring 122.
Since the outflow of product is eliminated, the counter-load resulting from the regulating weight 2 closes the control nozzle 9.
After the emergency shutdown is canceled, the pressure signal built up in the pressure line 11 is then available as an opening command on the actuator 12 until the balance beam 6 tilts under the impact of the rapidly increasing product outflow and the game about the equilibrium position continues.
The arrangement of the locking system 13 with its cylindrical rotary slide 132 and cylindrical-trapezoidal passage 131 around the axis of rotation 133, which runs essentially parallel to the balance beam 6, ensures that the distance of the center of gravity of all product flow threads from the joint 7, at the same time that of the line of action resulting from the impact process Impulse force remains constant at any load setting.
The shape of the shock plate 14 with the angles of inclination given in the description of FIG. 2 contributes decisively to achieving a behavior of the impulse force proportional to the load changes. It can be seen from FIG. 2 that the path lengths along which the flow filaments of the falling product experience a further acceleration between the first and the second impact decrease with increasing throughput. This compensates for the differences in the height of fall of the stream filaments.
The sliding cover 16 made of plastic makes a further contribution to linearization by reducing the friction.
A rational use of such devices according to the invention in parallel operation as, for example, a mixer tap for several products is only conceivable in an operating mode that is remote-controlled from a central command desk.
FIGS. 4 and 5 show two design variants for such applications. Actuator 12, lock 13, thrust plate 14 and pressure line 11 with emergency shut-off valve 150 are omitted here. The same reference numbers indicate the same or equivalent components. Regarding theirs
Description is made to FIGS. 1 to 3.
In Fig. 4, the effect of the regulating weight 2 is either reinforced or reduced or completely replaced by a diaphragm drive 20 arranged on the fixed frame. In the latter case, the regulating weight 2 must be in the
Be set to zero. The remotely controllable pressure force, which can act on the membrane 20 both in a positive and in a negative sense, is achieved with the aid of a joint
21 on the additional lever 22 of the auxiliary beam 1 transfer conditions.
Fig. 5 shows an embodiment with an advanced one
Degree of automation. The membrane 200 occurs here instead of the regulating weight 2. It is carried by a guide rail 17 mounted on the fixed frame, which over the
Percentage scale 3 arranged the auxiliary bar 1 runs essentially parallel. Their adjustment along the scale 3 takes place by means of a spindle 18 and a remote-controlled electric motor 19, which two drive elements are also built on the fixed frame.
4 and 5, an emergency shut-off valve 150 (see FIG. 1) with remote control is provided.