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Niveauregeleinrichtung für Flüssigkeiten, insbesondere Klebstoff-
und Farbflüssigkeiten in Papierverarbeitungs- und Druckmaschinen Die Erfindung bezieht
sich auf eine Niveauregeleinrichtung für Flüssigkeiten, insbesondere von Klebstoff-
und Farbflüssigkeiten in Papierverarbeitungs-und Druckmaschinen.
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Bis heute ist es üblich, bei derartigen Maschinen die genannten Flüssigkeiten
entweder je nach Bedarf von Hand in die Entnahmebehälter zu gießen oder mittels
einer Pumpe kontinuierlich im überschuß aus einem Vorratsbehälter in die Entnahmebehälter
zu pumpen, aus denen die zuviel geförderte Flüssigkeit durch ein überflußrohr dem
Vorratsbehälter wieder zuströmt.
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Bei der Handbeschickung hängt der richtige Flüssigkeitsstand von der
Aufmerksamkeit der Bedienungsperson ab, und es ist klar, daß die Aufrechterhaltung
eines annähernd konstanten Flüssigkeitsniveaus auf diese Weise praktisch nicht erreichbar
ist, da dies ein ständiges Nachfüllen von Flüssigkeit bedeuten würde, weil die Kleister-
bzw. Farbwalzen ständig Flüssigkeit aus dem Behälter entnehmen. Insbesondere kann
es dabei durch Unachtsamkeit sehr leicht eintreten, daß der Flüssigkeitsstand einen
zu niedrigen Wert erreicht und somit Ausschuß in der Maschine entsteht.
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Bei der Pumpenförderung mit Rückführung des zuviel geförderten Mediums
durch eine überflußleitung macht sich bei Klebstoffen der Umstand äußerst störend
bemerkbar, daß die an einem von Hand einzustellenden Ventil in der Zuf(ußleitung
eingestellte Klebstoffzuflußmenge nicht konstant bleibt, sondern durch Zusetzen
des Ventils immer weniger wird. Es muß daher an diesem Ventil immer wieder nachgestellt
werden, so daß die Sicherstellung des erforderlichen Klebstoffniveaus wiederum von
der Aufmerksamkeit der Bedienungsperson abhängig ist, was einerseits durch die Anlage
vermieden werden sollte und andererseits oft zu Ausschuß führen kann, indem das
Klebstoffniveau unter den Sollwert absinkt.
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Ein weiterer Nachteil bei der Niveauregelung durch ein überflußrohr
ist die dabei auftretende Abhängigkeit von der Viskosität des Mediums. Je dicker
die Flüssigkeit ist, um so höher baut sich das Flüssigkeitsniveau an dem überlaufrohr
auf, so daß eine Verstellung der Höhe des überlaufrohres bei Flüssigkeiten verschiedener
Viskosität zur Einhaltung eines vorgeschriebenen Flüssigkeitsstandes erforderlich
ist.
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Bei sehr zähflüssigen Klebstoffen macht sich bei dem überlaufsystem
sogar der Umstand störend bemerkbar, daß der zur Aufrechterhaltung eines an der
von der Klebstoffeinlaufstelle entfernt liegenden Seite des Klebstoflbehälters ausreichenden
Klebstoffstandes zugeführte Klebstoff nicht schnell genug zu dem ebenfalls entfernt
liegenden überflußrohr fließt, so daß sich an der Einlaufstelle eine unzulässige
Klebstoffanhäufung ergibt, die zum überfließen über die Behälterwand führen kann.
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Zur Behebung dieser Mängel der bekannten Flüssigkeitszufuhrverfahren
bei der Papierverarbeitung hat sich der Erfinder die Aufgabe gestellt, einen Flüssigkeitsniveautaster
zu schaffen, der dazu benutzt wird, das Flüssigkeitsniveau konstant zu halten, indem
ein Signal gegeben, eine Zufuhrpumpe eingeschaltet oder ein in einer Zufuhrleitung
liegendes Ventil geöffnet wird, wenn der Flüssigkeitsspiegel sinkt.
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Die bekanntesten Flüssigkeitsniveautaster arbeiten mit Schwimmern.
Ein Schwimmer läßt sich jedoch bei Klebstoff oder Farbe nicht anwenden, da diese
Medien an dem Schwimmer antrocknen und dessen Gewicht verändern, so daß seine Anzeige
nicht mehr stimmt. Außerdem benötigen Schwimmer verhältnismäßig viel Raum für ihre
Anwendung.
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Eine Abtastung mittels Fotozelle wäre erstens recht aufwendig und
zweitens wegen des Anhaftens des Klebstoffes oder der Farbe an einem Fenster, mit
dem die Behälterwand versehen sein muß, nicht anwendbar. Eine Abtastung auf kapazitivem
Wege erfordert verhältnismäßig große Flächen-Elektroden und eine dementsprechend
große Flüssigkeitsfläche, die ein entsprechend ebenes Niveau aufweist, so daß diese
Art der Abtastung erstens platzmäßig Schwierigkeiten macht und zweitens in den vorliegenden
Fällen kaum anwendbar ist, da die Entnahmewalzen das Flüssigkeitsniveau sehr stark
ungleichmäßig gestalten,
so daß die Voraussetzungen für eine kapazitive
Abtastung nicht gegeben sind.
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Es ist auch schon bekanntgeworden (britische Patentschrift 663 297)
den einen Pol eines schwachen Stromkreises an die Klebstoff Flüssigkeit und den
anderen Pol an eine in eine an der Auftragsstelle sich bildende Klebstoff ahne eintauchende
Elektrode zu legen.
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Sobald die Elektrode bei ausbleibendem Klebstoff diesen nicht mehr
berührt, wird der Stromkreis unterbrochen, was zur Auslösung eines Sekundärstromkreises
ausgenutzt wird.
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Durch eine in eine an der Auftragsstelle entstehende Flüssigkeitsfahne
eintauchende Elektrode kann man zwar feststellen, wenn der Klebstoffstand in dem
Entnahmebehälter so weit gesunken ist, daß überhaupt keine Klebstoffentnahme mehr
stattfindet und bereits Ausschuß entsteht. Eine Konstanthaltuäg des Niveaus, die
sich der Erfinder zur Aufgabe gestellt hat, ist in dieser Weise nicht erreichbar.
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Eine entsprechend der bekannten Technik in der Höhe des Soll-Niveaus
angeordnete, stillstehende Elektrode läßt sich jedoch nur bei Flüssigkeiten anwenden,
die sich von der Elektrode sauber ablösen, so daß die Elektrode tatsächlich zur
Unterbrechung des Stromkreises von der Flüssigkeit völlig freigegeben wird. Flüssigkeiten,
die an der Elektrode fadenbildend hängenbleiben bzw. dieselbe überziehen und an
ihr eine Kruste bildend antrocknen, können in dieser Weise bezüglich ihres Niveaus
nicht abgetastet werden. Dies ist aber bei allen Klebstoffen und den dickeren Farben
der Fall.
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Der Erfinder hat nun weiter dieses Hindernis für die Anwendung einer
stillstehenden Elektrode bei viskosen und klebenden Flüssigkeiten überwunden und
schlägt erfindungsgemäß vor, die Elektrode rotieren zu lassen, wodurch beim Absinken
des Flüssigkeitsspiegels die an der Elektrode anhaftende Restflüssigkeit abgeschleudert
wird, so daß einerseits der Stromkreis mit Sicherheit sofort unterbrochen wird und
andererseits die Elektrode nicht verkrustet, was die Kontaktgabe beim Wiederansteigen
des Flüssigkeitsspiegels verhindern könnte und außerdem die das Niveau bestimmende
Länge der Elektrode verändern würde.
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Als besonders zweckmäßig hat sich eine Eintauchelektrode in Nadelform
erwiesen, wobei deren Umdrehungszahl mit sinkender Adhäsionskraft der abzutastenden
Flüssigkeit gesenkt und bei einer ideal ablösenden Flüssigkeit auch Null werden
kann.
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Nachstehend ist die Erfindung an einem in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiel innerhalb eines Klebstoffversorgungssystems mit mehreren zentral
beschickten Klebstoffentnahmestellen eingehend erläutert. Im einzelnen zeigt Fig.1
eine Gesamtansicht der erfindungsgemäß ausgestatteten Klebstoffversorgungsanlage,
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie A -B in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab, Fig.
3 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles C in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab und Fig.
4 einen Plan der elektrischen Schaltung zu der Einrichtung nach Fig. 1.
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Aus einer mit Klebstoff bis zur erforderlichen Höhe gefüllten Klebstoffwanne
1 erfolgt die Entnahme des Klebstoffes in bekannter Weise durch eine Tauchwalze
2, von welcher der Klebstoff in der gewünschten Form abgenommen und auf die Werkstoffbahn
übertragen wird. Die rotierende Tauchwalze 2 bewirkt in der Klebstoffwanne 1 eine
Umwälzung der Klebstoff-Flüssigkeit, deren ungefähres Strömungsbild in Fig. 2 veranschaulicht
ist. Vor der Tauchwalze 2 bildet sich infolge der Drehung ein Wellenberg 3 und dementsprechend
dahinter ein Tal 4. Um die Stirnseiten der Tauchwalze 2 bildet sich, begünstigt
durch die Abrundungsbleche 5 (Fig. 3) in den Ecken der Klebstoffwanne 1, eine Rückströmung
5 a aus. Der Wellenberg 3 flacht in diesem Bereich zu einem Wellenkamm 6 ab, und
das Wellental 4 füllt sich durch den Rückstrom 5 a in diesem Bereich auf ein Niveau
7 an. Die Anbringung der bei der Niveauregelung verwandten Elektrode 8 erfolgt deshalb
am günstigsten an dieser Stelle, da dort die geringsten Schwankungen des Klebstoff-Flüssigkeitsspiegels
zwischen dem Betriebszustand und dem Ruhezustand auftreten und damit eine Zuvielförderung
im Betriebszustand, die im Ruhezustand gegebenenfalls zum überfließen der Wanne
führen kann, vermieden wird.
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Die Niveauregelung erfolgt durch eine vorzugsweise nadelförmige Elektrode
8, die in der Welle 9 eines kleinen Elektromotors 10, beispielsweise eines Wechselstrommotors,
befestigt ist. Der Wechselstrommotor 10 ist in einer Schelle 11 festgeklemmt,
die an der Innenseite mit einer Isolation versehen ist und den Motor dadurch isoliert
trägt. Die Schelle 11 ist in einem Längsschlitz 12 eines Halters 13 mittels einer
Flügelmutter 14 verschiebbar angeordnet. Durch Lösen der Flügelmutter 14 und Verschieben
der Schelle 11 im Längsschlitz 12 des Halters 13 kann die Höhe der nadelförmigen
Sonde 8 und damit gleichzeitig die Höhe des Klebstoff-Flüssigkeitsspiegels eingestellt
werden. Der Halter 13 ist mittels Schrauben 15 fest mit einer Seitenwand
16 der Maschine verbunden. Gleichfalls sind an der Seitenwand 16 und an der gegenüberliegenden
Seitenwand 17 (Fig. 1) mittels Schrauben 20, 21 Stützlager 18, 19 befestigt, auf
denen die Klebstoüwanne 1 verschiebbar angeordnet ist und durch Kegelgriffe 22,
23 festgeklemmt werden kann. Die Tauchwalze 2 ist mittels ihrer Achse in Flanschlagem
24, 25 drehbar gelagert, die in den Seitenwänden 16, 17 befestigt sind. Die Tauchwalze
2 wird von einem auf ihrer Achse befestigten Zahnrad 26 angetrieben, das in nicht
dargestellter Weise über Zwischenräder mit einem Antrieb in Verbindung steht.
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Kommt die mit einer entsprechend der Konsistenz des Klebstoffes ausreichenden
Drehzahl umlaufende nadelförmige Elektrode 8 bei eingeschalteter Niveauregelung
mit der Klebstoff-Flüssigkeit in Berührung, so wird ein Stromkreis geschlossen,
der über ein. Relais 50 (Fig. 4) einen Motor 27 (Fig. 1) zum Antrieb einer Klebstoffpumpe
28 außer Betrieb setzt. Die Pumpe 28 unterbricht die Förderung von Klebstoff, die
aus einem Vorratsbehälter 29 über eine Saugleitung 30 in eine Druckleitung 31 erfolgt,
die über die Leitungen 33, 34 beispielsweise direkt zur Kleb-Stoffwanne 1 führen
möge. Da im Betrieb durch die Tauchwalze 2 eine dauernde Entnahme von Klebstoff
aus der Klebstoffwanne erfolgt, sinkt die Höhe des Klebstoff-Flüssigkeitsspiegels
in der Klebstoffwanne 1 bald wieder ab, und der Stromkreis über die nadelförmige
Elektrode 8 und die Klebstoff-Flüssigkeit wird unterbrochen, wodurch der Motor 27
über das Relais 50 wieder eingeschaltet, die Pumpe 28 angetrieben und der Klebstoff
wieder aus dem Vorratsbehälter 29 in die Klebstoffwanne 1 gefördert wird,
bis
der Stromkreis durch die nadelförmige Elektrode 8 wieder geschlossen wird und die
Förderung wieder aussetzt.
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An Stelle der Klebstoffpumpe 27 kann bei Handbeschickung auch eine
Signalanlage durch das Relais 50 an- und abgeschaltet werden, so daß die Bedienungsperson
darauf aufmerksam wird, daß der Klebstoffspiegel unter »Normal« gesunken ist und
eine Nachfüllung erfolgen muß.
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Die oben beschriebene Anlage kann bei einer einzigen Klebstoffentnahmestelle
vorteilhaft arbeiten. Sollen jedoch mehrere Klebstoffentnahmestellen von einem einzigen
Pumpensystem zentral versorgt werden, so kann die Anlage - wie dargestellt -folgendermaßen
ausgeführt werden: _ Der Motor 27 ist an eine eigene Stromquelle angeschlossen,
die von der Gesamtanlage völlig getrennt ist (s. auch Fig. 4). Wird der Motor 27
durch einen Netzschalter 32 in Betrieb gesetzt, so treibt er ununterbrochen die
Pumpe 28 an. Die Förderung des Klebstoffes erfolgt wieder aus dem Vorratsbehälter
29 über eine Saugleitung 30 zur Pumpe 28 und weiter in die Druckleitung 31. Die
Druckleitung 31 ist mit einer Sammelleitung 33 verbunden, von der einzelne Speiseleitungen
34, 35, 36 zu den einzelnen Klebstoffentnahmestellen, von denen nur eine dargestellt
ist, weiterführen. Außerdem ist die Sammelleitung 33 an ein überdruckventil37 angeschlossen,
von dem eine Rohrleitung 38 zum Vorratsbehälter 29 zurückführt.
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Die Speiseleitung 34 führt an einem Manometer 39, das den jeweiligen
Betriebsdruck in der Leitung anzeigt, vorbei zu einem elektromagnetisch betätigbaren
Ventil 40 und weiter zur Klebstoffwanne 1. Die Speiseleitung 34 reicht mit ihrer
Austrittsöffnung noch unter den untersten Rand der Tauchwalze 2, so daß sie stets
in die Klebstoff-Flüssigkeit in der Klebstoffwanne 1 eintaucht. Ein Trockenwerden
des in der Speiseleitung 34 verbleibenden Klebstoffes ist damit ausgeschlossen.
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Die Niveauregelung erfolgt wieder durch die sich entsprechend der
Konsistenz des. Klebstoffes drehende nadelförmige Elektrode 8, die auf eine bestimmte
Höhe eingestellt ist. Bei Berührung der nadelförmigen Elektrode mit der Klebstoff-Flüssigkeit
wird ein Stromkreis geschlossen, der von einem Gleichrichter 51 (Fig. 4) ausgeht,
der von einer Sekundärwicklung 41 a eines Transformators 41 gespeist wird, dessen
Primärseite an Wechselspannung liegt. Dieser Stromkreis führt einerseits über die
Leitung 52 zu einem Relais 50, das weiter über die Leitung 53 mit dem Masseanschluß
44 der Klebstoffwanne 1 in Verbindung steht. Andererseits führt dieser Stromkreis
über die Leitungen 54, 55 und über einen Widerstand 56 zu dem Masseanschluß 43 an
dem Elektromotor 10. Das Relais 50, der Gleichrichter 51 und der Widerstand 56 sind
baulich zu einer in Fig. 4 strichpunktiert dargestellten Einheit 42 (s. auch Fig.
1) zusammengefaßt. Das Schließen des vorerwähnten Stromkreises ruft eine Schaltbewegung
des Relais 50 hervor, wobei dessen Ruhekontakte 57 einen zweiten Stromkreis öffnen,
der aus einer zweiten Sekundärspule 41 b des Transformators 41, dem Magnetventil
40, einem Schalter 58 und einem dazu parallel geschalteten Zeitrelais 45 sowie den
Leitungen 59 bis 66 gebildet wird.
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Das öffnen dieses zweiten Stromkreises führt an dem Magnetventil 40
zu einem Schließen der Speiseleitung 34 und bei dem Zeitrelais 45 zur Unterbrechung
seiner Erregung.
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Die Förderung des Klebstoffes aus der Sammelleitung 33 in die Klebstoffwanne
1 durch die Speiseleitung 34 ist durch das Schließen des Magnetventils 40 unterbrochen
worden. Da aber die Pumpe 28 ununterbrochen weiterfördert, entsteht ein Überdruck
in der Sammelleitung 33 und den einzelnen Speiseleitungen 34, 35, 36 bis zu deren
Magnetventilen, wenn alle Magnetventile gleichzeitig geschlossen sein sollen. In
diesem Fall öffnet sich das Überdruckventil 37, und der Klebstoff fließt durch die
Rohrleitung 38 in den Vorratsbehälter 29 zurück.
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Durch laufende Entnahme von Klebstoff aus der Klebstoffwanne 1 sinkt
der Klebstoff-Flüssigkeitsstand wieder ab, und der Stromkreis über die Elektrode
8 wird an dem Klebstoffspiegel unterbrochen, worauf das Relais 50 abfällt und über
die Ruhekontakte 57 den Stromkreis über das Magnetventil 40 mit parallel geschaltetem
Zeitrelais 45 bei geschlossenem Schalter 58 schließt, was bei dem Magnetventil 40
ein Öffnen der Speiseleitung 34 bewirkt und das Zeitrelais 45 erregt. Wenn das Zeitrelais
45 innerhalb der eingestellten Zeitdauer, die länger als die normale Dauer der jeweiligen
Klebstoffnachfüllung bemessen ist, über das Relais 50 nicht ausgeschaltet wird,
so schließt es über seinen Arbeitskontakt 67 einen dritten Stromkreis, der aus einer
Sekundärwicklung 46a eines mit seiner Primärwicklung an einer Wechselstromquelle
liegenden Transformators 46 und einer Signaleinrichtung, beispielsweise einer Hupe
47, und den Leitungen 68 bis 70 gebildet wird, und es ertönt ein Signal.
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Dieses Signal weist darauf hin, daß während der eingestellten Zeitspanne
der Klebstoffspiegel noch nicht wieder die vorgeschriebene Höhe erreicht hat und
eine Störung der Klebstoffzufuhr oder ein anderer Fehler aufgetreten ist.
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Der Antrieb der nadelförmigen Elektrode 8 erfolgt durch den Motor
10, wobei die Wicklung des Motors an eine Sekundärwicklung 48 a eines Transformators
48 angeschlossen ist, dessen Primärwicklung mit einer Wechselstromquelle verbunden
ist.
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Der über die Klebstoffwanne 1 und den Klebstoff zur Elektrode 8 geführte
Stromkreis ist selbstsicher, das heißt, er ist infolge des zwischengeschalteten
Widerstandes 56 so schwach, daß weder Funkenbildung noch eine störende Elektrolyse
in der Flüssigkeit auftreten können. Der sehr schwache, »selbstsichere« Strom des
ersten Stromkreises kann zur Betätigung des Relais 50, zweckmäßig durch einen in
Fig. 4 zur Vereinfachung nicht eingezeichneten Verstärker mit leistungsarmem Eingang
zuvor noch verstärkt werden.
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An dem Schalter 58 kann die betreffende Entnahmestelle von der weiteren
Klebstoffzufuhr von Hand abgeschaltet werden, wenn diese Entnahmestelle beispielsweise
für sich stillgesetzt werden soll oder man aus anderen Gründen keinen Klebstoff
mehr zugeführt haben will.
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Wenn der Klebstoffeinlauf, wie dargestellt, entfernt von der Elektrode
erfolgt, so wird ein zu schnell hintereinander erfolgendes An- und Abschalten der
Klebstoffzufuhr durch die Trägheit des Klebstoffes vermieden, da eine gewisse Zeit
vergeht, bis der Klebstoffspiegel an der Elektrode gestiegen ist. Umgekehrt steigt
der Klebstoffspiegel an der Elektrode aus dem gleichen Grunde nach der ersten Kontaktgabe
noch etwas nach, was einen kleinen Vorrat
schafft, der ein zu schnelles
Wiederanschalten der Klebstoffzufuhr verhindert. Durch Wahl des Abstandes des Einlaufpunktes
von der Elektrode kann man diese Dämpfungseigenschaft je nach Bedarf stärker und
schwächer in Erscheinung treten lassen.