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Dosierbandwaage mit einem zweiarmigen, abgekröpften Waagebalken Die
Erfindung betrifft eine Dosierbandwaage mit einem zweiarmigen, abgekröpften und
an einem Kreuzbandgelenk aufgehängten Waagebalken, an welchem an einer Seite das
Wägeband mit seiner dem Abwurfende zugeordneten Achse und an der anderen Seite ein
Antriebsmotor sowie ein Laufgewichtswaagebalken angeordnet ist, sowie mit einer
von der Waage gesteuerten Zuführvorrichtung.
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Um in verfahrenstechnischen Anlagen Schüttgüter über längere Zeiträume
in konstanten Mengen zu dosieren, verwendet man z. B. Ausschüttwaagen. Bei diesen
werden in gleichbleibenden Zeitabständen gleiche Mengen des Schüttgutes abgewogen,
ausgeschüttet und der Anlage zugeführt. Dieser diskontinuierliche Mengenstrom muß
über Schüttelrinnen oder Mischer ausgeglichen werden. Der Nachteil einer solchen
Dosierung besteht darin, daß in kurzen Zeitabschnitten kein gleichmäßiger Mengenstrom
erreichbar ist. Bei Verfahren, die gegen solche Schwankungen empfindlich sind, ergeben
sich dadurch Schwierigkeiten.
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Andere Nachteile der bekannten Waagen sind ihre Anfälligkeit gegen
Verschmutzung, die das Dosieren von pulverförmigen oder zu elektrostatischer Aufladung
neigenden Schüttgütern erschwert, wenn nicht gar unmöglich macht, sowie die Anwendung
mechanisch bewegter Teile und Kontakte, die der Abnutzung und Verschmutzung unterliegen.
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Bekannt ist eine kleine Dosierbandwaage mit einem Regelbereich von
0,2 bis 4 kg pro Stunde, welche die genannten Nachteile aufweist. Nachteilig bei
dieser Waage ist außerdem das verhältnismäßig hohe Gewicht, das vor allem durch
die zugehörige, sehr verwickelt aufgebaute Schaltung bedingt ist.
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Bekannt ist weiterhin eine Bandwaage, bei der die Teile im Grundriß
U-förmig angeordnet sind und ein Ausgleichsgewicht verwendet wird. Da bei dieser
Ausführungsform mehrere Gelenkachsen notwendig sind, müssen zur staubfreien Abdichtung
im Gehäuse zahlreiche Durchführungen vorgesehen werden, wodurch die Reibung der
Waage erhöht wird. Es können daher sehr kleine Mengen nicht mehr mit der notwendigen
Genauigkeit gewogen werden, und der Dosierbereich der Waage vermindert sich.
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Außerdem wird die Schwingungsdauer der Waage durch das Ausgleichsgewicht
bzw. die dadurch bedingte Vergrößerung des Trägheitsmoments erhöht, so daß kurzzeitige
Schwankungen der Bandbelegung mit Schüttgut nicht schnell genug berücksichtigt werden
und die Regeleinrichtung zu träge arbeitet.
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Es war die Aufgabe dier Erfindung, die genannten Schwierigkeiten
und Nachteile zu vermeiden und eine
kontinuierlich arbeitende Wägeeinrichtung für
Schüttgut zu entwickeln, die einen großen Dosierbereich und eine schnelle Regelung
bei wechselnden Gutmengen aufweist.
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Diese Aufgabe wird nun dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß das Wägeband
und der Laufgewichtswaagebalken, im Grundriß gesehen, je einen Schenkel eines Z
bilden, während die Verbindung der beiden Schenkel durch die nach einer Seite verlängerte,
dem Abwurfende des Wägebandes zugeordnete und in Lagern geführte Achse gebildet
ist, unterhalb welcher der Antriebsmotor in an sich bekannter Weise koaxial angeordnet
ist und an welcher die Kreuzbandgelenke angreifen, und daß in an sich bekannter
Weise die verlängerte Achse mit dem Antriebsmotor sowie der Laufgewichtswaagebalken
mit seiner Abtastvorrichtung in einem staubdichten, unter Überdruck stehenden Gehäuse
eingebaut sind.
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Die Abtastvorrichtung für den Ausschlag des Laufgewichtswaagebalkens
ist in an sich bekannter Weise als Differentialtransformator ausgebildet.
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Die Zuführvorrichtung ist durch einen elektronischen, von der Waage
betätigten Pl-Regler steuerbar.
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Von dem Differentialtransformator ist ein Anzeigleinstrument anstewerbar.
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Die Z-förmige Anordnung bringt den an sich bekannten- Vorteil mit
sich, Motor und Meßeinrichtung staubdicht vom Band trennen zu können, dabei aber
die Zahl der für die Durchführung der Teile nötigen Durchbrüche in der staubdichten
Gehäusewand zu beschränken, da nur eine einzige Durchbohrung für die das Drehmoment
und die Kräfte übertragende
Hohlwelle mit der in ihr befindlichen
Antriebswelle notwendig ist. Dadurch können die bei der Bewegung der Hohlwelle an
der Abdichtungsstelle entstehenden, die Messung fälschenden Reibungsmomente auf
ein sehr geringes Maß zurückgeführt werden.
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Diese Störungen sind, wie sich an zahlreichen so ausgebildeten Bandwaagen
gezeigt hat, auch deswegen sehr klein, verglichen mit bekannten Konstruktionen,
weil die Durchführung dicht bei der Gelenkachse angeordnet ist und daher nur geringfügig
bewegt wird. Das auch aus der Anordnung des schweren Motors nahe der Gelenkachse
resultierende kleine Trägheitsmoment der Waage ist eine weitere Voraussetzung für
eine schnelle Regelung der zu dosierenden Stoffmenge.
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Obwohl selbsttätig geregelte Bandwaagen in unterschiedlichen Ausführungen
bekannt sind, war es durchaus überraschend, durch die, im Grundriß gesehen, Z-förmige
Anordnung von Wägeband, Laufgewichtswaagebalken und Antriebsmotor D osierbereich
und Regelgeschwindigkeit wesentlich steigern und eine robuste und gegen Verstaubung
wenig anfällige Bauart erzielen zu können.
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Die Wiegebrücke des Bandes ist muldenförmig ausgebildet. Das untere
Trum des Bandes wird mit Leitblechen gegen herabfallendes Schüttgut abgedeckt.
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Dadurch wird es möglich, das Band verhältnismäßig hoch zu beschütten.
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Zwischen Motor und Antriebswelle ist ein Wechselgetriebe zur Wahl
von beispielsweise drei verschiedenen konstanten Bandgeschwindigkeiten angeordnet.
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Vor dem Band wird eine Zuführeinrichtung angeordnet. Besonders vorteilhaft
ist es, an den Differentialtransformator einen von der Waage betätigten elektronischen
PI-Regler anzuschließen, dessen Ausgangsstrom die Zuführeinrichtung steuert.
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Sehr günstige Regeleigenschaften ergeben sich auch dadurch, daß ein
hohes Rückstellmoment des Waagebalkens bei möglichst kleinem Trägheitsmoment gewählt
wird, damit die Schwingungsdauer der Waage klein gehalten werden kann. Damit sind
nicht nur niedere, sondern auch relativ hohe Bandgeschwindigkeiten zulässig, was
den großen Regelbereich ermöglioht.
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Die durch das hohe Rückstellmoment bedingte geringe mechanische Empfindlichkeit
wird durch den großen Verstärkungsgrad des elektronischen Reglers ausgeglichen.
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Da der Waagebalken nur sehr kleine Bewegungen macht, wird zweckmäßigerweise
die Abweichung der Waage von der Nullage durch ein empfindliches, an den Verstärker
angeschlossenes elektrisches Meßinstrument angezeigt.
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Die Z-förmige Ausbildung erlaubt es ferner, das Förderband mittels
einer Zwisohenwand von den übrigen schwingenden Teilen der Waage, die mittels einer
durchsichtigen Kunststoffhaube abgedeckt werden, zu trennen. Man verhindert dadurch
bei staubenden Gütern ein Verschmutzen der für die Gewichtsermittlung notwendigen
Waagenteile und eine dauernd zunehmende Verschiebung des Nullpunkts.
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Zusätzlich kann in den durch die Haube eingeschlossenen Raum unter
Überdruck stehende Luft eingeblasen werden. Man erreicht dadurch einen sicheren
Abschluß gegen Staub.
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Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert, wobei
F i g. 1 die gesamte Einrichtung in Seitenansicht, F i g.
2 die Einrichtung im Grundriß und Fig. 3 einen Schnitt durch das Band und die Wägebrücke
darstellt.
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In einem Rahmen 1 ist ein Wägeband 2 zwischen einer Umlenkrolle3
und einer zylindrischen Antriebsrolle 4 angeordnet. Die Umlenkrolle 3 ist ballig
ausgeführt, um ein seitliches Wandern des Förderbandes zu verhindern. Die Umlenkrolle3
ist in Lagern 5 und 6, die Antriebsrolle 4 in Lagern 7 und 8 festgelegt. Das Wägeband
2 wird von einem Motor 9 angetrieben. Das obere Trum des Wägebandes 2 läuft über
eine Mulde 10, wodurch gleichfalls ein seitliches Wandern des Bandes erschwert wird.
Außerdem wird dadurch die zulässige Schütthöhe auf dem Förderband vergrößert. Das
untere Trum ist durch die Leitbleche 29 abgedeckt.
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Das Wägeband 2 schwingt in bekannter Weise um die in der Nähe der
Abwurfstelle 11 liegenden Kreuzbandgelenke 12 und 28. Dies verleiht der Waage *günstige
Regeleigenschaften. Alle um diese Kreuzbandgelenke pendelnden Teile sind möglichst
leicht baut, um eine kleine Schwingungsdauer zu erreichen und die Geschwindigkeit
der Regelung zu erhöhen.
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Als Gegengewicht für das um das Kreuzbandgelenk schwingende Band
2 mit den zugehörigen Halteteilen dient ein Laufgewichtswaagebalken 13 auf der anderen
Seite der Gelenkachse, der mit Laufgewichten 14 und 15 versehen ist. Das schwingende
System der Waage besteht demnach aus dem Band 2, dem Motor 9 und dem Laufgewichtswaagebalken
13 und ist Z-förmig ausgebildet. Dadurch wird es möglich, das Band 2 durch eine
Zwischenwandl6 von den übrigen Teilen der Waage zu trennen. Diese werden durch Wände
17 abgeschlossen und so gegen Staub geschützt. Zwischenwand 16 und Wände 17 umschließen
einen Raum 19, in den Druckluft über eine öffnung 18 eingeblasen werden kann.
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Da mindestens die eine Lagerung der Waage staubgefährdet ist, wird
sie nicht, wie sonst bei Waagen üblich, von Pfannen und Schneiden gebildet, sondern
durch die vom Instrumentenban her bekannten schmutzunempfindlichen und reibungsfreien
Kreuzhandgelenke 12 bzw. 28 gebildet. Die Dämpfung des Regelkreises erfolgt durch
eine bekannte Wirbelstromdämpfung 20. Die Ausschläge der Waage werden von einem
Differentialtransformator 21 reibungsfrei abgetastet. Über einen elektronisch arbeitenden
PI-Regler 22 wird eine Zuführeinrichtung 23 proportional und integral verstellt.
Als Zuführeinrichtung verwendet man beispielsweise eine Vibrationsrinne 24, die
unter einem Behälter 25 angeordnet ist.
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Der elektronische Regler ist ein PI-Regler. Da die elektrische Verstärkung
sehr hoch gewählt ist, genügt eine geringe mechanisohe Empfindlichkeit der Waage.
Dies bedeutet, daß man die Rückstellkraft der Z-förmigen Anordnung groß und damit
die Schwingungsdauer der Waage klein halten kann. Die Folge davon ist eine schnell
wirkende Regelung, die nicht nur niedere, sondern auch hohe Bandgeschwindigkeiten
zuläßt. Dies wird dadurch erreicht, daß zwischen Motor 9 und der zylindrischen Antriebsrolle
4 ein Wechselgetriebe 26 mit drei Gängen im Untersetzungsverhältnis von je 1:5 angeordnet
ist.
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Da die Nutzlast des Bandes 2 im Verhältnis 1:10 verändert werden kann,
z. B. zwischen 10 und 100 g, ergibt sich insgesamt ein Regelbereich von 1:250, d.
h., man kann die stündlich zuzudosierende Menge zwischen
0,2 und
50 kg verändern. Der Sollwert wird durch die beiden Laufgewichte (14 fein, 15 grob),
deren Massen sich wie 1: 10 verhalten, voreingestellt.
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Die vom Differentialtransformator 21 kommende, jeweils oberhalb und
unterhalb der Gleichgewichtslage um 1800 phasenversohobene Wechselspannung wird
in einem zweistufigen Vorverstärker verstärkt.
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Der Proportionalanteil der Regelung wird erhalten, indem ein Leistungsverstärker
so gesteuert wird, daß die Änderung des Stromes im Zubringerorgan der Abweichung
der Waage proportional ist. Der Proportionalbereich ist stetig einstellbar. Die
Ausgangsspannung des Vorverstärkers steuert zugleich vorzugsweise einen Servomotor,
der über eine Rutschkupplung mit einem Regeiwiderstand verbunden ist.
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Der Widerstand liegt zusammen mit der Vibrationsrinne 24 im Ausgangskreis
des Leistungsverstärkers und bildet den integralen Anteil der Regelung. Die Regelung
(P- und I-Anteil) erfolgt demnach direkt durch Steuerung des Mengenstromes in der
Vibrationsrinne 24. Die hier beschriebene Anordnung und Schaltung zur Regelung ist
in der Zeichnung nicht dargestellt.
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Infolge der obenerwähnten geringen mechanischen Empfindlichkeit der
Waage wird die Abweichung von der Nullage durch einen mechanischen Zeiger am Wiegebalken
nur bei großen Ausschlägen ausreichend genau angezeigt. Deshalb wird nach dem Vorverstärker
und einer anschließenden phasenabhängigen Gleichrichtung ein elektrisches Instrument27
angeordnet, das die Null abweichung empfindlicher anzeigt.