DE2342668C2 - Mengenregler für fließende Produkte, insbesondere Schüttgüter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mengenregler für fließende Produk'.e. insbesondere Schüttgüter, gcmaß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der US-PS 15 58 668 ist ein hiermit vergleichbarer Mengenregler bekannt, bei dem an einem Arm des Waagebalkens eine Stoßplatte befestigt und am anderen Arm des Waagebalkens ein verstellbares Gegengewicht als Krafterzeuger vorgesehen ist. Bei diesem Mengenregler wird allerdings der Stellbefehl für den Stellantrieb des Verschlusses rein mechanisch direkt von der Lage des Waagebalkens abgeleitet.

Bei Mengenreglern dieser, auf dem Hebelwiigcnprinzip basierenden Art ist nachteilig, daß der auf die Produktdurchflußmenge bezogene Mengenfehlcr mil abnehmender Durchflußmenge zunimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

Mengenregler der eingangs genannten Art zu schaffen.

der schnell an geänderte Produktmengen anpaßbar isl.

mit hoher Genauigkeit arbeitet und erforderlichenfalls fernsteuerbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Mengenregler er-

findungsgemäß so ausgebildet, wie im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegeben.

Da bei der Erfindung der regulierbare Krafterzeuger auf den Hilfsbalken wirkt und die Kraftübertragung vom Hiäfsbalken auf den eigentlichen Waagebalken mittels der Stützkante an einer vom eingestellten Durchsat/, unabhängigen Stelle erfolgt, ist die Genauigkeit des Mengenreglers nicht mehr von der Größe des eingestellten Durchsatzes abhängig und liegen günstigere Verhältnisse ff-rdie Verstellung des Solldurchsatzes vor. Die Längsverstellbarkeh der Stützkante ergibt eine genauigkeitssteigernde Eichmöglichkeit zum Ausgleich etwaiger HerstellungsuDgenauigkeiien von Reglerbestandteilen.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 14 beansprucht

Die Maßnahme gemäß Anspruch 4 führt zu einer besonders geringen Rollreibung zwischen dem Waagebalken unti der Stützkante und damit zu einer hysteresefreien Arbeitsweise des Mengenreglers.

Die Maßnahmen gemäß Anspruch 7 und 8 dienen dazu, derr Mengenregier mit nur geringen Schwankungsausschlägen des Waagebalkens und des Hilfs'ialkens arbeiten zu lassen und so den Funktionsablauf zu linearisiercn.

Die Maßnahmen gemäß Ansprüchen 9 bis 11 dienen einer praktisch reibungslosen Arbeitsweise der Verschlußverstellung und der Schaffung derartiger geometrischer Verhältnisse am Verschluß, daß die von der Stoßplatte aufgenommene Impulskraft nicht durch ein Wegwandern der Schwerelinie des Produktstroms vom Gelenk des Waagebalkens bei geänderter Produktmenge beeinflußt wird.

Die Maßnahmen gemäß Ansprüchen 12 bis 14 zielen ab auf eine weitest mögliche Ausschaltung von genauigkeitsbeeinträchtigenden Fehlern aufgrund unterschiedlicher Fallhöhen der einzelnen Produktstromfäden oder aufgrund von Reibung an der Stoßplatte.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.

Es zeigt

F i g. 1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Mengenreglers, gesehen in Richtung des Pfeils I in Fig.2;

Fig.2 eine Seitenansicht des Mengenreglers von Fig. I mh längs Ii-Il in Fig. 1 geschnittenem Stellantrieb;

F i g. 3 eine Detaildars'.ellung der konstruktiven Gestaltung der Steuerdüse des Mengenreglers von Fig. 1 und 2;

F i g. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Mengenregler^, der für Fernsteuerung ausgelegt ist:

Fig.5 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Mengenreglers, der ebenfalls für Fernsteuerung ausgelegt ist.

In F i g. 1 sind ein Waagebalken 6 und ein Hilfsbalken 1 an einem nicht dargestellten festen Gestell mittels je zweier als Kreuzfederbänder ausgebildeter 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 4 auf einem unterhalb der Gleitbahn des Reguliergewichtes 2 befindlichen und dazu parallelen Schraubstock 5 in der Längsrichtung dec Hilfsbalkens 1 fein verstellbar angeordnet. Die Stützkante 4 stützt sich auf den vom Produkiabfluß nicht beaufy.hlagten Hebelarm des Waagebalkens 6 ab. Dieser Hebelarm ist mit einem einstellbaren Gegengewicht 61 ausgerüstet und an seinem gegenlastseitigert Ende als Staufläche vor dem Düsenmund 93 einer darunter am festen Gestell aufgebauten Steuerduse 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

ίο die Regelgenauigkeit des Mengenreglers einen wesentlichen Einfluß. F i g. 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 Flächenverhäknis Drossel 92 : Erweiterung 94 = 1 :4 als geeignet. Es zeigte sich ferner, daß die Druckleitung 11 mit Vorteil unmittelbar an der Querschnittserweiterung 94 angeschossen wird.

In F i g. 1 und 2 ist eine Stoßplatte 14 am lastseitigen Hebelarm des Waagebalkens 6 befestigt

Die Formgebung und die Oberflürhenbeschaffenheit derselben spielen beim Erreichen 6tr 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 λ der Stoßplatte 14 gegenüber der Horiiontalen vorteilhaft zwischen 50° ... 70° liegt, während die Auslaufpartie 141 derselben unter β = 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 Abs'and über der Stoßplatte 14 mit in Richtung des Waagebalkens 6 orientierter Rotationsachse 133 am festen Gestell angeor-'jiet 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 Drehschieber 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 Impulskraft.

Fig.2 zeigt ein Zylinder-Membransystem als einen am festen Gestell aufgebauten Stellantrieb 12 mit ein^r großflächigen Membran 121, mit einer an dieser sowie am Zylindergehäuse befestigten Rückstellfeder 122 und mit dem Gestänge 123, mit dessen Hilfe Stellantrieb 12 und Verschluß 13 gekoppelt werden. Die Druckleitung U führt von der Steuerdüse 9 zum Stellantrieb 12 und passiert dabei ein handbetätigtes Notschlußventil 15 (vgl. F i g. 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 Hilfsbalkdn 1 nur prozentual erfolgt. Für eine bestimmte, innerhalb der Leistungsspanne des Mengenreglers beliebige, zeitliche Gewichtsmenge wird das Re-

guliergewicht 2 an die 100%-Marke eingestellt. Die hierdurch entstandene Gegenbelastung zum Produktabfluß gewichtet man sodann durch Verstellen der Stützkante 4 auf dem Schraubstock 5 solange, bis die verlangte Gewichtsmenge je Zeiteinheit an der nachgeschalteten Eichwaage gemessen wird.

Soll die Produktabgabe im Betrieb nur ein Teil der geeichten hundertprozentigen Gewichtsmenge betragen, so wird das Reguliergewicht 2 an die entsprechende Marke der Prozentskala 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 entsprechenden 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. Selbstverständlich 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 Durchsatzmengen um den Faktor 10, somit eine wesentlich erhöhte Regelgenauigkeit.

Mit der Eichung wird der Einfluß der unumgänglichen, fabrikatorisch bedingten Toleranzschwankungen von Reglerbestandtcilen ausgeschaltet, wodurch sich deren Herstellung vereinfacht und verbilligt.

Es sind ferner Mittel zur Sicherstellung eines praktisch reibungslosen Zusammenwirkens der Stützkante 4 mit dem Waagebalken 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 Stellantrieb 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 Il zum Stellantrieb 12 - die Rückstellkraft der Zugfeder 122 unterstützend einen kräftigen Sog hervor.

Das durch diese »nush-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 Schwan- ω kungen 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 Membranmotor 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 Regelvorhalten zeigt.

Das in der Druckleitung 11 zwischen der S.'euerdüse 9 und dem Stellantrieb 12 eingebaute Notschlußventil 15 ist für das sofortige Absteilen der Regelvorrichtung im Störungsfall vorgesehen. Beim Einlciien 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 Produkiabfluß damit wegfällt, schließt die vom Reguliergewicht 2 herrührende Gegeribelastung die Stcuerdüse 9.

Nach dem Aufheben des Notschlusses steht dann das in der Druckleitung 11 aufgebaute Drucksignal als ein öffnenbefehl am Stellantrieb 12 solange ab, bis der Waagebalken 6 unter der Stuüwirkung des rasch zunehmenden Produktabflusses kippt und das Spiel um die Gleichgewichtslage seinen Fortgang nimmt.

Γ}ίρ AnnrHnijnu H*»c V^rSChl'JÜS^StCfns 13 mfi ü'jine.'"

zylindrischen Drehschieber 132 und zylindrisch-irapezförmigen 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 Lastcinstellung konstant bleiben.

Die Fct'"igebung der Stoßplatte 14 mit den in der Reschreibung zu F i g. 2 angegebenen Neigungswinkeln trägt zum Erzielen einer den Laständerungen proportionalen Verhaltensweise der Impulskraft entscheidend bei. Es geht aus F i g. 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,
x 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 Leitstand 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 F ι _έ. 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 übertragen.

F i g. 5 stellt eine Ausführung mit einem fortgeschrittenem 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 Spin-

del 18 und eines ferngesteuerten Elektromotors 19, welche beiden Antriebselemente ebenfalls am festen Gestell angeordnet sind.

Zu den Ausführungen in den F i g. 4 und 5 ist ein Notschlußventil 150(vgl. Fig. I) mit Fernbetätigung vorgesehen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

10

20

30

35

40

45

50

55

60

65

Claims (14)

1. Patentansprüche:

   !. Mengenregler für fließende Produkte, insbesondere Schüttgüter, 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 auf den der Stoßplatte gegenüberliegenden Hebelarm dss an einem festen Gestell angelenkten Waagebalkens wirkt und im Sinne einer Regelung des Durchlaßquerschnittes der Impulskraft entgegenwirkt, wobei die aus dieser Wechselwirkung hervorgehende Abweichung zwischen Soli- und Istwert der zeitlichen Abflcüsienge in ein vorzeichenbehaftetes Drucksignai als Steübefehl für den Stellantrieb des Verschlusses umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hilfsbalken (1) am festen Gestell getrennt angelenkt ist, daß dieser Hilfsbalken durch den regulierbaren Krafterzeuger (2,20,200) belastet wird, und de 3 an ihm eine längsverstellbare Stützkante (4) zum genau gewichteten Übertragen der vom Krafterzeuger (2,20,200) herrührenden Belastung auf den Waagebalken (6) befestigt ist
2. 2. Vorrichtu.ig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der regulierbare i'rafterzeuger als ein am Hilfsbalken (1) verschiebbar angeordnetes Reguliergewicht (2) ausgeführt is:, das *jner linearen Prozentskala (3) entlanggleitet.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützkante (4) auf einem am Hilfsbalken (1) parallel der Skala (3) befestigten Schraubstock (5) feinverstellbar angeordnet ist.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützkante (4) im wesentlichen in der Ebene durch die Gelenke (7) bzw. (8) des Waagebalkens (6) bzw. des Hilfsbalkens (1) liegt.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein als regulierbarer Krafterzeuger dienender Übertrager (20; 200) einer fernsteuerbaren Druckkraft vorgesehen ist.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertrager (200) der fernsteuerbaren Druckkraft en'lang der Skala (3) auf dem Hilfsbalken (1) ferngelenkt längsverstellbar ist, indem er auf einem am festen Gestell angebauten Träger (17) gleitend mittels einer durch einen Getriebemotor (19) angetriebenen Spindel (18) verschoben wird.
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einer an einer Druckmittelquelle (10) sowie an einer Druckleitung (11) zum Stellantrieb (12) angeschlossenen, am festen Gestell in der Bewegungsrichtung des Waagebalkens (6) orientierten Steuerdüse (9), dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenquerschnitt ausgehend vom Düseneingang (91) zunächst in eine Drossel (92) übergeht, nachher eine sprunghafte Erweiterung (94) erfährt und sodann bis zum Düsenmund (93) nicht wesentlich abnimmt, und daß ein Anschluß für die Druckleitung (U) zum Stellantrieb (12) sehr nahe an der Erweiterung (94),

   vorzugsweise unmittelbar danach, angeordnet ist.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenquerschnitt nach der in bezug auf die Drossel (92) sprunghaft erfolgten Zunahme (94) bis zum Düsenmund (93) konstant bleibt
9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß der Stellantrieb (12) aus einem durch eine Gegenkraft (122) belasteten, leistungsfähigen Zylinder- und Membransyst^m besteht, am Verschluß (13) regelbaren Durchlaßquerschnittes (131) angebaut und diesem mittels eines Übersetzungsgestänges (123) angekoppelt ist
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet daß der Schieber (132) des Verschlusses (13) als ein Ausschnitt aus einem Zylindermantel ausgebildet ist und eine Auslaßöffnung (131) reguliert weiche auf dem Mantel eines mit dem Schieber konzentrischen imaginären Zylinders liegt und sich gegen die Stoßplatte (14) hin trapezförmig verjüngt.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß der Schieber (132) seine Stellbewegungen um eine, dem Waagebalken (6) im wesentlichen parallel angeordnete Drehachse (133) ausführt
12. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoßplatte (14) eine im wesentlichen parallel zum Waagebalken (6) verlaufende Prallfläche aufweist deren untere Auslaufpartie (141) gegen den Produktstrom hin angewinkelt ist
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel der Stoßplatte (14) gegenüber der Horizontalen λ = 60° ± 10' beträgt, während die Auslaufpartie (141) derselben unter einem Winkel β = 45° zur Plattenebene geneigt ist
14. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet daß die Stoßplatte (14) aus rostfreiem Stahl besteht und mit einem Gleitbelag (16) aus Polytetrafluorethylen ausgerüstet ist.