DE2224139B2

DE2224139B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung des Druckes unterhalb eines Flüssigkeitsspiegels, insbesondere von geschmolzenen Aluminiumlegierungen

Info

Publication number: DE2224139B2
Application number: DE2224139A
Authority: DE
Inventors: Hynek Dipl.-Ing. Prag Cernoch
Original assignee: Vihorlat Np Snina (tschechoslowakei)
Current assignee: Vihorlat Np Snina (tschechoslowakei)
Priority date: 1971-05-17
Filing date: 1972-05-17
Publication date: 1974-03-21
Also published as: DE2224139C3; GB1388630A; CS175565B1; FR2137959A1; CH546979A; IT955569B; DE2224139A1; FR2137959B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung des Druckes unterhalb eines Flüssigkeitsspiegels, insbesondere von geschmolzenen Aluminiumlegierungen, durch die Steuerung des Druckes eines gasförmigen Mediums oberhalb des Flüssigkeitsspiegels.

Bei der Arbeit mit Flüssigkeiten ergibt sich oft die Notwendigkeit, unter dem Spiegel einer Flüssigkeit unabhängig von der Flüssigkeitsmenge im Gefäß einen ständigen hydrostatischen Druck einzuhalten, gegebenenfalls diesen Druck nach Bedarf zu ändern. Einem solchen technischen Problem begegnet man z. B. bei der Beförderung von Flüssigkeiten aus Gefäßen, wo es notwendig ist, den Flüssigkeitsdurchfluß in gewünschten Grenzen zu halten oder zu regeln. In

ίο solchen Fällen wird der Druck der Flüssigkeit oft durch den Druck der Luft oberhalb des Flüssigkeitsspiegels, gegebenenfalls durch den Druck eines anderen gasförmigen Mediums geregelt. Falls es sich jedoch um Flüssigkeiten, die aggressiv wirken, insbesondere aber um geschmolzene Aluminiumlegierungen handelt, war es bisher ein bedeutendes technisches Problem, den Druck unterhalb des Flüssigkeitsspiegels zu regehi und eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen, da die Aggressivität der Umgebung und die Einwirkung von hohen Temperaturen es unmöglich machen, die Druckmessung unterhalb des Flüssigkeitsspiegels mit Hilfe der üblichen Druckabnehmer durchzuführen, die die Lagenänderungen kleiner Kolben oder die Deformation elastischer Glieder unter Druckeinfluß ausnutzen.

Für solche Fälle, wie vorstehend angeführt, wurden zwar Druckab.nehmer zum Einsatz unter dem Flüssigkeitsspiegel entwickelt, es handelte sich jedoch ausschließlich um Lösungen, die das Prinzip von Verbundgefäßen benutzen und so das Grundproblem auf das Proolem der Höhenmessung des Flüssigkeitsspiegels im Meßrohr übertrugen. Dies ist keine befriedigende Lösung, da die Organe zum Erfassen des Spiegels der aggressiven Flüssigkeiten noch immer eine Reihe von Nachteilen besitzen, wie eine allzu große Kompliziertheit oder Unverläßlichkeit und geringe Lebensdauer. Dabei beschränkt die bedeutende Trägheit der Flüssigkeitssäule im Meßrohr die Anwendbarkeit dieser '--ekannten Einrichtung bloß auf langsame Vorgänge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung dieser Nachteile ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung des Druckes unterhalb eines Flüssigkeitsspiegels, insbesondere von geschmolzenen Aluminiumlegierungen, durch die Steuerung des Druckes eines gasförmigen Mediums oberhalb des Flüssigkeitsspiegels anzugeben, wofür keine empfindliche Komponenten benötigt werden, die bei den bisherigen Vorrichtungen die Ursache einer langsamen und unzuverlässigen Funktion waren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zufuhr des gasförmigen Mediums in einen geschlossenen Raum oberhalb der Flüssigkeit durch Kraftwirkungen der Flüssigkeit und des gasförmigen Mediums auf ein in die Flüssigkeit getauchtes, geschlossenes Parallelepiped gesteuert wird, die durch Kraftwirkungen des Drucks des gasförmigen Mediums auf eine dem Querschnitt des Parallelepipeds gleiche Fläche erhöht werden, und daß der gewünschte Wert des Druckes unterhalb des Flüssigkeitsspiegels durch Einführung einer äußeren Kraft in dieses System eingestellt wird.
Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens umfaßt erfindungsgemäß einen in ein geschlossenes Gefäß einmündenden Verteiler des gasförmigen Mediums, der mit einem in die Flüssigkeit getauchten Körper gleichbleibenden Querschnitts und

mit einer druckempfindlichen Einrichtung verbunden ist, deren Einstellung durch das Produkt des Drucks im gasförmigen Medium im Gefäß und der Querschnittsfläche des Körpers gegeben ist.

Der in die Flüssigkeit getauchte Körper kann mit dem Deckel des Gefäßes über eine nachgiebige Dichtung, z. B. über eine Membran oder einen Faltenbalg, verbunden sein, dessen effektive Fläche dem Querschnitt des Körpers gleich ist, und durch diese Dichtung kann direkt die notwendige druckempfindliche Einrichtung gebildet werden.

Der in die Flüssigkeit getauchte Körper kann weiter mit einer Betätigungseinrichtung zur Einstellung des gewünschten Druckwerts unterhalb des Flüssigkeitsspiegels verbunden sein.

Die Betätigungseinrichtung kann mit einer Hand-Eiastellvorrichtung und im weiteren mit einem Stellantrieb und mit einem Zeitrelais verbunden sein.

Die Betätigungseinrichtung kann durch eine Feder gebildet werden, die Hand-EinstellvorricMung kann durch eine Schraube und eine Mutte · und der Stellantrieb durch kleine Kolben gebildet werden, die über einen Steuerschieber mit einer Druckgasleitung verbunden sind.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung besitzt eine Reihe von Vorteilen. Sie ist einfach, verläßlich und wirkt schnell. Sie ist auch für die Arbeit mit aggressiven Flüssigkeiten, insbesondere mit geschmolzenen Aluminiumlegierungen anwendbar, da mit der Flüssigkeit nur ein Körper von einfacher Form in Berührung kommt, der keine anderen besonderen Eigenschaften besitzen muß, als im gegebenen Arbeitsmilieu seine Form einzuhalten. Damit hängen auch die niedrigen Fertigungskosten dieser Vorrichtung zusammen. Im Vergleich mit den Vorrichtungen, deren Bestandteil ein Geber der Höhe des Flüssigkeitsspiegels im Meßrohr bildet, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung bedeutend schneller und präziser, da na.ch dem Stand der Technik die Fähigkeit einer schnellen Reaktion auf die Abweichung des Drucks unterhalb des Flüssigkeitsspiegels von dem Sollwert des Drucks durch Trägheitswirkungen einer langen Flüssigkeitssäule im Meßrohr beschränkt ist, wogegen bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung die Trägheitseinwirkungen des in die Flüssigkeit getauchten Körpers durch die geringe Länge des Körpirs bedeutend herabgesetzt sind und durch die Ausbildung des Körysrs aus einem Material mit kleinerem spezifischem Gewicht als dem der Flüssigkeit noch weiter herabgesetzt werden können.

Zwei Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung £,ε-miäß der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt; darin zeigt

F i g. 1 die Grundausführung der Vorrichtung gemäß der Erfindung und

F i g. 2 die Vorrichtung in einer detaillierten Ausführung.

So besteht z.B. nach Fig. 1 die Vorrichtung aus einem Gefäß 6, in dem sich eine Flüssigkeit 4 und oberhalb des Flüssigkeitsspiegels ein gasförmiges Medium 2 befinden. In die Flüssigkeit 4 ist ein Körper 3 getaucht, der mit einem Verteiler 1 des gasförmigen Mediums 2 und mit einer druckempfindlichen Einrichtung 5 verbunden ist. Der Raum oberhalb des Spiegels der Flüssigkeit4 ist mit dem Verteiler 1 des gasförmigen Mediums 2 und mit der Einrichtung 5 verbunden. Dur Querschnitt des Kolbens der Einrichtung 5 ist so gewählt, daß die direkten Druckwirkungen des gasförmigen Mediums 2 auf die Einrichtung 5 und auf den Körper 3 sich gegenseitig aufheben, als ob das gasförmige Medium auf den Körper 3 bluß über die Flüssigkeit 4 einwirken würde. Falls ä sich die Menge der Flüssigkeit 4 im Gefäß 6 ändert oder falls sich der Druck des gasförmigen Mediums 2 ändert, so ändert sich der Druck unterhalb de» Spiegels der Flüssigkeit 4, wodurch über die Verbindung des Körpers 3 mit dem Verteiler 1 das Einlassen oder

ίο Ablassen des gasförmigen Mediums 2 in das Gefäß 6 im Sinn und in der Größe der Druckänderung unterhalb des Spiegels der Flüssigkeit 4 hervorgerufen wird. Dieses beschriebene System verhält sich automatisch so, daß jede Störung des Gleichgewichts der auf den Körper 3 einwirkenden Kräfte unmittelbar die Druckänderung des gasförmigen Mediums 2 im Gefäß 6 ausgleicht, gaaz gleich, ob sie durch den Druckabfall des gasförmigen Mediums 2 oder durch die Abnahme der Flüssigkeit 4 oder durch Einfüh-

2u rung einer äußeren Kraft ii^-i der Betätigungseinrichtung 9 hervorgerufen wurde. Mittels der Einstellvorrichtung 10 wird in aas System über die Betätigungseinrichtung 9 eine Kraft entsprechend dem geforderten Druckwert unterhalb des Spiegels der Flüssig-Reit 4 eingeführt. Im Bedarfsfall wird die Betätigungseinrichtung 9 durch ein Zeitrelais 12 über einen Stellantrieb 11 betätigt, und dadurch nimmt der Druck unterhalb des Spiegels der Flüssigkeit 4 einen der zwei Werte gemäß dem Programm und der Einstellung des Zeitrelais 12 an.

Eine andere beispielsweise Ausführung der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist in F i g. 2 dargestellt, wo sich in einem durch einen Deckel 8 verschlossenen Gefäß 6 eine Flüssigkeit 4 befindet. Der Raum oberhalb des Spiegels der Flüssigkeit 4 ist über den Verteiler 1 mit der Druckgas!eitung 17 verbunden. Der in die Flüssigkeit 4 getauch's Körper 3 ist mit dem Deckel 8 über eine nachgiebige Dichtung 7 verbunden, die in Form eines FaJtenbalgs gestaltet ist. Die effektive Fläche der nachgiebigen Dichtung?, die durch das Verhältnis der Änderung des durch die nachgiebige Dichtung? abgeschlossenen Raums und der entsprechf iden Auslenkung der Verbindungsstelle mit dem Körper 3 gegeben ist, wird so gewählt, daß sie dem Querschnitt des Körpers 3 gleich ist. Dadurch wird der Ausschluß der direkten Einwirkung des Druckes des gasförmigen Mediums 2 auf den Verteiler 1 erreicht, soweit es sich nicht um die Wirkung des Drucks des gasförmigen Mediums 2

über die Flüssigkeit 4 auf den Körper 3 und weiter auf den Verteiler 1 handelt. Dieses System regelt den Druck unterhalb des Spiegels der Flüssigkeit 4 mit Hilfe der Regelung des Druckes im gasförmigen Medium 2 im Gefäß dadurch, daß das Gleichgewicht der auf den Körper 3 einwirkenden Kräfte automatisch erneuert wird. In der Ruhelage des Steuerschiebers 18 stützt sich die Schraube 14 gegen die kleinen Kolben 16, die sich ebenfalls in Ruhelage befinden, und durch Einstellung der Mutter 15 auf der Schraube 14 wird mittels der Feder 13 die notwendige Kraft für den geforderten .Druckwert unterhalb des Spiegels der Flüssigkeit 4 eingestellt. Durch Verstellung des Steuerschiebers IiJ in den Arbeitszustand wird der Raum unterhalb der kleinen Kolben 16 mit der Druckgasleitung 17 verbunden, und dadurch führen die kleinen Kolben 16 einen Hub nach Bedarf und entsprechend der Einstellung aus, drücken über die Schraube 14 und die Mutter 15 die Feder 13 zusam-

men und bewirken weiter eine Erhöhung der äußeren Krafteinwirkung auf den Körper 3 und durch die Einwirkung des Verteilers 1 und des gasförmigen Mediums 2 auf den Spiegel der Flüssigkeit 4 eine Erhöhung des Drucks unterhalb des Spiegels der Flüssigkeit 4. Durch die Wirkung des Zeitrelais 12 kehrt nach der eingestellten Zeitspanne der Steuerschieber 18 in die Ruhelage zurück, aus dem Raum oberhalb der kleinen Kolben 16 wird die Luft in die umgebende Atmosphäre abgelassen, und dadurch entstehen eine Entspannung der Feder 13 und eine Herabsetzung des Drucks unterhalb des Spiegels der Flüssigkeit 4.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Druckregelung unterhalb des Flüssigkeitsspiegels hat viel breitere Möglichkeiten der Formgestaltung, als in den Beispielen angeführt wurde. Insbesondere dort, wo eine Fernsteuerung gefordert wird, kann die Verbindung des Körpers 3 mit dem Verteiler 1 indirekt mit Hilfe von für eine Fernübertragung von Signalen geeigneten Kreisen, wie z.B. von elektrischen, pneumatischen, hydraulischen oder gemischten Kreisen, durchgeführt werden, die gegebenenfalls darüber hinaus die dynamischen Eigenschaften der Vorrichtung nach Bedarf korrigieren können. Analog kann die Betätigungseinrichtung 9 auf einem anderen physikalischen Prinzip aufgebaut werden, als oben beschrieben wurde, und kann nicht nur in Form einer Programmsteuerung, sondern auch einer Folgesteuerung nach einer anderen physikalischen Größe, insbesondere entsprechend den Druckwirkungen unterhalb des Flüssigkeitsspiegels auf einen zusammenhängenden technologischen Prozeß, betätigt werden.

Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung lösen das technische Problem der Regelung und Einstellung der geforderten Druckwerte unterhalb des Flüssigkeitsspiegels, insbesondere bei geschmolzenen Aluminiumlegierungen. Unter den angeführten Arbeitsbedingungen besteht die vorteilhafte Wirkung insbesondere in der Einfachheit und

ίο schnellen Tätigkeit, in der hohen Betriebsverläßlichkeit und den niedrigen Fertigungskosten. Der Erfindungsgegenstand ist überall dort anwendbar, wo es nötig ist, den Druck unterhalb des Flüssigkeitsspiegels zu regeln und einzustellen, insbesondere zwecks Beförderung der Flüssigkeit mit einer geforderten Geschwindigkeit und Dosierung derselben in einem vorgegebenen Zeitintervall. Dies ist z. B. der Fall im Gießereiwesen, insbesondere beim Druckgießen, wo die Dosierung in einem vorgegebenen Zeitintervall

ao eine wichtige technologische Forderung darstellt, die die bisherigen Verfahren und Vorrichtungen nicht richtig erfüllen konnten. In dem angedeuteten Beispiel hilft die Ausnutzung des Erfindungsgegenstandes, die Arbeitsbedingungen zu verbessern, die Qua-

»5 lität und. die Produktion zu erhöhen und die Produktionskosten herabzusetzen, da gegenwärtig die Dosierung überwiegend von Hand aus bzw. gegebenenfalls mit Hilfe von Vorrichtungen durchgeführt wird, die unzuverlässige und langsam arbeitende Organe zum

Messen der Flüssigkeitssäule im Meßrohr enthalten oder womit die Dosierungszeit untragbar von der Menge der Schmelze im Dosierungsofen abhängig ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

•t. Patentansprüche:

1. Verfahren zur Regelung des Druckes unterhalb eines Flüssigkeitsspiegels, insbesondere von geschmolzenen Aluminiumlegierungen, durch die Steuerung des Druckes eines gasförmigen Mediums oberhalb des Flüssigkeitsspiegels, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr des gasförmigen Mediums (2) in einen geschlossenen Raum oberhalb der Flüssigkeit (4) durch Kraftwirkungen der Flüssigkeit und des gasförmigen Mediums auf ein in die Flüssigkeit getauchtes, geschlossenes Parallelepiped (3) gesteuert wird, die durch Kraftwirkungen des Drucks des gasförmigen Mediums auf eine dem Querschnitt des Parallelepipeds gleiche Fläche erhöht werden, und daß der gewünschte Wert des Drucks unterhalb des Flüssigkeitsspiegels durch Einführung einer äußeren Kraft in dieses System eingestellt wird.

2. Verfahren zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein in ein geschlossenes Gefäß (6) einmündender Verteiler (1) des gasförmigen Mediums (2) mit einem in die Flüssigkeit (4) getauchten Körper (3) gleichbleibenden Querschnitts verbunden ist, welcher Körper weiter mit einer druckempfindlichen Einrichtung (z. B. 5) verbunden ist, deren Einstellung durch das Produkt des Drucks im gasförmigen Medium (2) im Gefäß (6) und der Querschnittsfläche des Körpers (3) gegeben ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper ( >) mit einem Dekkel (8) über eine nachgiebige Dichtung (7), z. B. über eine Membran oder einen Faltenbalg, verbunden ist, dessen effektive Fläche dem Querschnitt des Körpers (3) gleich ist, wobei diese nachgiebige Dichtung (7) die druckempfindliche Einrichtung bildet.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (3) mit einer Betätigungseinrichtung (9) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß" die Betätigungseinrichtung (9) mit einer Einstellvorrichtung (10) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung (9) mit einem Stellantrieb (11) und mit einem Zeitrelais (12) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung (9) durch- eine Feder (13), die Einstellvorrichtung (10) durch eine Schraube (14) und eiiie Mutter (15) und der Stellantrieb (11) durch kleine Kolben (16) gebildet werden, die über einen Steuerschieber (18) mit einer Druckgasleitung (17) verbunden sind.