DE2455389B2

DE2455389B2 - Vorrichtung zur Bestimmung des spezifischen Gewichts fester wasserunlöslicher Proben

Info

Publication number: DE2455389B2
Application number: DE2455389A
Authority: DE
Inventors: David Dale Swindon Wiltshire Appleford (Grossbritannien); David Philip Akron Ohio King (V.St.A.)
Original assignee: Monsanto Ltd
Current assignee: Monsanto Ltd
Priority date: 1973-11-28
Filing date: 1974-11-22
Publication date: 1978-09-28
Also published as: FR2252569A1; BE822621A; US3991619A; FR2252569B1; GB1443789A; AU7563374A; DE2455389C3; USB528401I5; DE2455389A1; CA1019974A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen des spezifischen Gewichts von scheiben- oder plattenförmigen Proben aus festem, wasserunlöslichem Material durch Wiegungen in Wasser und Luft, mit einer Gewichtsmeßanordnung, welche eine Wiegevorrichtung mit einem daran aufgehängten, einen Aufnahmeschlitz für eine Probe bildenden Aufnahmebügel und einen Wasserbehälter aufweist, welcher zwischen einer oberen Stellung, in welcher der Bügel in den Behälter eintaucht, und einer unteren Stellung verstellbar ist.

Eine solche Vorrichtung ist aus der US-PS 26 50 494 bekannt.

Diese bekannte Vorrichtung ist jedoch nicht für eine selbsttätige Messung mehrerer aufeinander folgender Proben vorgesehen und muß manuell bedient werden. Ferner können bei der Vorrichtung nach der US-PS 50 494 Nullpunktänderungen nur durch entsprechende Nacheichungen durchgeführt werden.

Aus der US-PS 33 80 597 ist es bekannt, selbsttätige Gewichtsmessungen durchzuführen und hierzu die zu messende Probe mittels eines schwenkbaren Übergabemechanismus zur Meßanordnung zu überführen.

Diese bekannte Vorrichtung ist jedoch nur auf e>o einfache Gewichtsbestimmungen für Kunststoffgranulat in einem Probenbehälter gestaltet. Darüber hinaus ist diese bekannte Wiegevorrichtung für Kunststoffgranulat nicht in der Lage, fortlaufend zugeführte Proben sämtlich zu messen und nach jedem Meßvorgang wieder an die richtige Stelle in der Probenfolge einzuordnen. Ferner sind bei der Vorrichtung nach der US-PS 33 80 597 für den Schwenkarm des Übergabemechanismus — abgesehen von dessen Kippbeweglichkeit zum jeweiligen Ausleeren des gemessenen Probenbehälters — zwei weitere Beweglichkeiten für den Schwenkarm erforderlich, nämlich eine Schwenkbeweglichkeit zum Überführen des Probenbehälters von der Rutsche über die Waage und eine vertikale Beweglichkeit zum Absetzen des Probenbehälters auf der Waage.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung dahingehend weiterzubilden, daß sie die selbsttätige Bestimmung des spezifischen Gewichtes mehrerer aufeinander folgender Proben auf einfache Weise durchführen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Lösung weist insbesondere folgende Vorteile auf:

Dadurch, daß in jeder Bereitstellungsposition des Tragrahmens eine seiner Schlitzaufnahmen, der Schwenkarm mit seiner Schwenkebene und der Aufnahmeschlitz des Aufnahmebügels der Wiegevorrichtung aufeinander ausgerichtet sind, kommt die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer bloßen Schwenkbeweglichkeit des Arms der Übergabevorrichtung aus.

Dadurch, daß die Betätigungsfolge der Antriebe für den Tragrahmen, den Übergabemechanismus und den Wasserbehälter so gesteuert ist, daß für jeden Meßvorgang eine Messung des Aufnahmebügels in Luft und Wasser und eine Messung des Aufnahmebügels mit Probe in Luft und Wasser erfolgt, werden Nullfehler der

Wiegevorrichtung kompensiert und darüber hinaus das Eigengewicht des Haltebügels bei jeder Messung berücksichtigt

Ferner werden durch die erfindungsgemäße Lösung fortlaufend zugeführte Proben sämtlich gemessen und nach jedem Meßvorgang wieder an die richtige Stelle in der Probenfolge eingeordnet.

Dadurch, daß der Tragrahmen relativ zum Übergabemechanismus in mehrere Bereitstellungspositionen entsprechend der Anordnung der Schlitzaufnahmen ;n Tragrahmen angetrieben bewegbar ist, kann die relative Anordnung des Übergabemechanismus und der Gewichtsmeßanordnung gleich bleiben während jedoch der Tragrahmen und der Übergabemechanismus relativ zueinander beweglich sind, so daß der Übergabemechanismus seinerseits jede Probe für die Überführung in die Gewichtsmeßanordnung auswählen kann.

Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht mit gewissen Teilen im Schnitt, wobei der Tragrahmen, der Übergabemechanismus und die Gewichtsmeßanordnung jeweils in der Gesamtheit durch die Buchstaben A, Sund Cbezeichnet sind,

F i g. 2 einen Schnitt entlang der Linie D-D in F i g. 1 durch den Tragrahmen und seinen zugeordneten Vorschubmechanismus,

F i g. 3 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf den Übergabemechanismus in der Richtung E-Em F i g. 1,

F i g. 4 eine Draufsicht auf einen Teil des Übergabemechanismus,

Fig.5 einen Schnitt durch die Gewichtsmeßanordnung entlang der Linie F-Fin F i g. 1 und

Fig.6 ein Ablaufschaubild für die Betätigungsvorgänge der Vorrichtung.

Gemäß F i g. 1 ist der Tragrahmen 1 so ausgebildet, daß durch ihn eine Reihe von scheiben- oder plattenförmigen Proben 2 gehalten werden können, so daß ihre Stirnseiten auf den Übergabemechanismus gerichtet sind. Der Tragrahmen 1 ist auf Winkelstützen 3 gleitbar, die über Abstandshalter 4 an einer Grundplatte 5 befestigt sind. Ein Schlitz in der Grundplatte nimmt einen besser aus F i g. 2 ersichtlichen Vorschubmechanismus 6 für den Tragrahmen 1 auf. F i g. 2 zeigt die Basisplatte 7 des Tragrahmens 1, in welcher eine Reihe von Schlitzen 8 ausgebildet sind, die für den Eingriff einer federbelasteten Klinke 9 (mit senkrecht nach oben wirkender Federkraft) vorgesehen sind, deren unteres Ende gleitbar in einer Aussparung in einem Block 10 aufgenommen ist. Der Block 10 ist an das äußere Ende einer Kolbenstange 11 geschraubt, welcher zur Hin- und Herbewegung des Blockes 10 zwischen einer zurückgezogenen und einer vorgeschobenen Stellung ein Zylinder 12 und ein nicht gezeigter Kolben innerhalb des Zylinders 12 zugeordnet sind. Ein stationärer Block 13, welcher an der Seite der Schlitze 8 an der Grundplatte 5 befestigt ist, ist mit einer federnd vorgespannten Klinke 14 gleich der Klinke 9 versehen und derart angeordnet, daß der seitliche Abstand der Klinken 14 gleich dem Abstand benachbarter Schlitze 8 voneinander ist, wenn sich der Block 10 in seiner am weitesten vorgeschobenen Stellung befindet. Dieser stationäre Block 13 verhindert eine Rückbewegung des Tragrahmens 1, wenn der Block 10 zurückgezogen wird.

Wie aus den Fig. 1 und 3 ersichtlich, weist der

Übergabemechanismus einen Zylinder 15 als Schwenkarm, auf, welcher für eine Schwingbewegung um eine Querachse mittels zweier Wellenzapfen 16 und 17 abgestützt ist, welche an entgegengesetzten Seiten der Außenwand des Zylinders 15 festgelegt sind. Die Wellenzapfen 16,17 sind drehbar in Lagerplatten 18 und 19 gelagert, welche an entgegengesetzten Seiten eines nicht gezeigten Schlitzes in der Grundplatte 5 angeordnet sind. Der Wellenzapfen 17 trägt ein Kegelzahnrad 20 an seinem Außencnde. Dieses Kegelzahnrad 20 greift in ein horizontales Kegelzahnrad 21 ein, welches zweimal soviel Zähne als das Rad 20 hat und welches an einer vertikalen Welle festgelegt ist, die von einem um 90° verdrehbaren Antriebsmechanismus 22 angetrieben ist, welcher an der Unterseite der Grundplatte 5 angeordnet ist.

Der Zylinder 15 weist Anschlüsse 23 und 24, einen Kolben 25 und eine Kolbenstange 26 auf, welche sich durch eine Stopfbüchse in der vorderen Stirnwand 27 des Zylinders 15 erstreckt An seinem außerhalb der Zylinderbüchse liegenden Ende trägt die Kolbenstange 26 ein gewölbtes Kopfelement 28 mit einem Durchmesser, der ungefähr gleich dem Innendurchmesser der Zylinderbuchse ist. Die Anordnung ist derart, daß das Kopfelement 28 eine zurückgezogene Stellung wie in F i g. 3 gezeigt oder eine vorgeschobene Stellung, wie in F i g. 4 gezeigt, einnehmen kann. Der Bewegungsweg des Kopfelements 28 in der Vorwärtsrichtung ist durch Auflaufen eines Anschlages 29 gegen die Innenfläche der Wand 27 begrenzt.

Das Kopfelement 28 wirkt mit der Proben-Greifeinrichtung zusammen, welche durch zwei Blattfedern 30 gebildet ist, die an ihren Innenenden an entgegengesetzten Seiten der Stirnfläche einer Stopfbüchsenmutter 30a aufgestiftet sind und derart geformt sind, daß ihre vorderen Teile konvergierend aufeinander zu verlaufen und in Richtung aufeinander zu vorgespannt sind. Wie aus F i g. 4 ersichtlich, sind bei in seiner vorgeschobenen Stellung befindlichem Kopfelement 28 die Blattfedern 30 voneinander weg in einer geöffneten Stellung gehalten, in welcher eine Probe zwischen den freien Enden der Blattfedern 30 aufgenommen werden kann.

Die Gewichtsmeßanordnung, die aus den F i g. 1 und 5 ersichtlich ist, weist eine Kraftmeßdose 31 auf, die an einer Plattform 32 sitzt, welche durch Ständer 33 abgestützt ist. Ein als Drahtrahmen ausgebildeter Probenhalter 34 hängt unter der Kraftmeßdose 31 an einer Stange 35, welche durch eine öffnung in der Plattform 32 hindurchläuft, und an einem Block 36. Der Probenhalter 34 weist Seitenarme 37 auf, deren oberen Enden zur Aufnahme in entgegengesetzten Enden einer Diagonalbohrung durch den Block 36 einwärts gerichtet sind, während die unteren Enden an den Mittelpunkten der Langseiten eines rechteckigen Bügels 38 befestigt sind. Der Bügel 38 ist im wesentlichen horizontal angeordnet und so bemessen, daß eine Probe 2 an den kürzeren Rechteckseiten aufliegt, wobei ein kleines Segment der Probe 2 unterhalb des Bügels 38 liegt.

Die Gewichtsmeßanordnung umfaßt einen Innenbehälter 39, welcher zwischen einer oberen Stellung (wie in den Fig. 1 und 5 gezeigt) in welcher er das untere Ende des Probenhalters 34 umgibt und einer unteren Stellung bewegbar ist, in welcher er innerhalb eines Außenbehälters 40 angeordnet ist. Der Außenbehälter 40 ist unterhalb der Grundplatte 5 angeordnet, die eine geeignete Aussparung für den Durchtritt des Innenbehälters 39 aufweist. Der Außenbehälter 40 ist mit einem Einlaß für Wasser und einem Überlauf 41 versehen,

welcher zur Aufrechterhaltung eines konstanten Wasserspiegels in dem Behälter 40 dient. Eine Anzahl von Löchern 42 in den Seitenwänden des Innenbehälters 39 erlaubt den Durchtritt von Wasser aus dem Außenbehälter 40 in den Innenbehälter 39, wenn letzterer in seiner tieferen Stellung angeordnet ist, sowie das Abziehen des Wassers aus dem Innenbehälter 39 bis zu einem festgelegten Spiegel, wenn der Innenbehälter 39 angehoben ist und Wasser durch den Probenhalter 34 verdrängt wird.

Die oberen Enden der Wände des Innenbehälters 39 sind mit Flanschen 43,44 versehen, die den Ständern 33 benachbart sind und nach außen über diese hinausragen, wobei die Ständer 33 durch öffnungen in den Flanschen 43,44 hindurchlaufen. Eine Hülse 45, welche im Gleitsitz auf dem Ständer 33 sitzt, ist an jedem Flansch 43, 44 befestigt. Der Flansch 44 setzt sich in einen Arm 46 fort, an welchem ein Ende einer Kolbenstange 47 angreift. Die Kolbenstange 47 läuft durch eine Öffnung in der Grundplatte 5 hindurch und wird durch einen pneumatischen Zylinder 48 betätigt, welcher in senkrechter Richtung unterhalb der Grundplatte 5 angebracht ist.

Die Zylinder 12,15 und 48 und der Drehantriebsmechanismus 22 haben Einlaß- und Auslaßanschlüsse und sind an eine Druckluftquelle über eine Reihe von Parallelkreisen angeschlossen, von denen jeder über ein Zweiwegventil mit drei Anschlüssen gesteuert wird. Die Ventile können mechanisch oder mittels eines Hubmagneten gesteuert sein und die erforderliche Öffnungsund Schließfolge der Ventile kann mechanisch oder elektronisch zeitgesteuert sein. Eine bequeme Anordnung liegt in der Verwendung von durch Hubmagnete gesteuerten Ventilen in Verbindung mit nockengesteuerten elektrischen Schaltern.

Der Betätigungszyklus für die Bestimmung des spezifischen Gewichtes für jede Probe aus einem Probensatz wird am besten unter Bezug auf Fig.6 verständlich. Die schraffierten Teile in den Ablaufreihen der F i g. 6 bezeichnen jeweils den Betätigungszustand wie folgt: für Reihe 1 die Anordnung des Greifers über eine Probe im Tragrahmen, für Reihe 2 die geöffnete Stellung der Greifeinrichtung 28, 30, für Reihe 3 die angehobene Stellung des Innenbehälters 39 und für Fig.4 den Vorschub des Tragrahmens 1. Über den Ablaufreihen ist ein zugehöriger Zeitmaßstab angegeben. Zu Beginn eines Zyklus sind die Blattfedern 30 der Probengreifeinrichtung 28, 30 offen und jeweils eine Blattfeder 30 befindet sich an jeder Seite der Probe 2 im Tragrahmen 1. Der Innenbehälter 39 ist in seiner abgesenkten Stellung. Bei 1 Sekunde ist das Kopfelement 28 zurückgezogen, so daß die Probe 2 zwischen den Blattfedern 30 angeordnet von diesen ergriffen wird. Bei 2 Sekunden wird Luft dem Drehantriebsmechanismus 22 zugeführt, wodurch die Zylinderbüchse des Übergabemechanismus um 180° verschwenkt und die Probe 2 in den Probenhalter 34 der Gewichtsmeßvorrichtung abgesetzt wird. Bei 3 Sekunden ist die Probe 2 freigegeben und sie ruht auf dem Bügel 38. Bei 4 Sekunden schwingt der Übergabemechanismus zurück und hält über demjenigen Raum des Tragrahmens 1 an, aus welchem die Probe 2 herausgenommen wurde. Während des Zeitabschnittes von 0 bis 3 Sekunden wird durch das Signal der Kraftmeßdose 31 das Eigengewicht des Probenhalters 34 in Luft angezeigt Während des Zeitabschnittes von 3 bis 7 Sekunden zeigt das Signal der Kraftmeßdose 31 den Anstieg des Gewichtes aufgrund der im Probenhalter 34 abgesetzten Probe 2 an, d. h. das Gewicht der Probe 2 in Luft.

Bei 7 Sekunden wird durch Betätigung des Zylinders 47 der Innenbehälter 39 zum Eintauchen der Probe 2 ins Wasser angehoben, und während des Zeitabschnittes von 8 bis 11 Sekunden zeigt das Signal der Kraftmeßdose 31 das Gesamtgewicht der Probe 2 und des Probenhalters 34 in Wasser an. Bei 11 Sekunden wird der Innenbehälter 39 abgesenkt Bei 11,5 Sekunden wird dem Drehantriebsmechanismus 22 Luft zugeführt,

so daß der Übergabemechanismus zurückkehrt, bei 12,3 Sekunden wird die Probe 2 ergriffen und bei 13,5 Sekunden schwingt der Übergabemechanismus zurück zum Tragrahmen 1, wo bei 14,5 Sekunden die Probengreifeinrichtung 28,30 öffnet, so daß die Probe 2 in den Tragrahmen 1 zurückgesetzt wird. Bei 14 Sekunden während des Umschwenkens des Übergabemechanismus wird der Innenbehälter 39 erneut angehoben, wodurch der Bügel 38 und die unteren Teile des Probenhalters 34 eintauchen, und während des Zeitabschnittes von 15 bis 18 Sekunden zeigt die Kraftmeßdose 31 das Eigengewicht dieses Systems in Wasser an. Der Innenbhälter 39 wird bei 18 Sekunden abgesenkt. Bei 18,5 Sekunden wird durch Betätigung des Drehantriebsmechanismus 22 der Übergabemechanismus von dem Tragrahmen 1 weggeschwenkt, bei 19 Sekunden wird der Tragrahmen 1 um eine Stelle vorgeschoben durch Zufuhr von Luft zum Zylinder 12, so daß die nächste Probe 2 dem Übergabemechanismus präsentiert wird, welcher (mit geöffneten Blattfedern

jo 30) bei 20 Sekunden zurückkehrt.

Das spezifische Gewicht der Probe 2 wird wie folgt abgeleitet von den verschiedenen Wiegungen während der Betätigungsfolge:
Wenn:

Eigengewicht des Probenhalters in Luft

Eigengewicht des Probenhalters in Luft + Probengewicht in Luft

Eigengewicht des Probenhalters in Wasser + Probengewicht in Wasser und

Eigengewicht des Probenhalters in Wasser, dann ist das

spezifische Gewicht =

₁- W₀

W-Wo)-(W₂-W₃Y

Die in der Gewichtsmeßanordnung verwendete Kraftmeßdose ist eine solche mit geringem Ausschlag, die so gesteuert ist, daß die natürliche Frequenz der Kraftmeßdose verhältnismäßig hoch ist, damit die Einrichtzeit (Wiegezeit) möglichst gering ist Halbleiter-Spannungsmesser können verwendet werden, um eine hohe Empfindlichkeit und eine lineare Kennlinie zu haben. Außerdem können Temperatur-Kompensationsnetze einbezogen werden, um die Nullabweichung zu verringern.

Die Vorteile des Systems bestehen darin, daß die Ergebnisse unabhängig von der absoluten Genauigkeit der Kraftmeßdose sind, da die relativen Gewichte in Luft und Wasser als Verhältnis ausgedrückt werden und die Ansprechänderungen während des sehr kurzer Wiegezyklus vernachlässigt werden können.

Weitere Faktoren, die zu ungenauen Werten für das spezifische Gewicht führen könnten, sind das Anfangs-Eigengewicht Wo (0-Fehler) und der Auftrieb durch da; Wasser beim Wiegen der Schale W* Diese werder gemessen und berücksichtigt, so daß gewährleistet ist daß der wahre Wert für das spezifische Gewich' erhalten wird.

Abwandlungen des beschriebenen Apparates können durchgeführt werden, indem ein drehbarer kreisförmiger Tragrahmen verwendet wird, der kontinuierlich oder intermittierend von einem Elektromotor über geeignete Getriebe angetrieben wird. Außerdem kann

ein Elektromotor zum Antreiben des Übergabemechanismus verwendet werden.

Die Vorrichtung kann in Verbindung mit einer elektronischen Programmsteuerung und einem Rechner- und Ausgabesystem verwendet werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Bestimmen des spezifischen Gewichts von scheiben- oder plattenförmigen Proben aus festem, wasserunlöslichem Material durch Wiegungen in Wasser und Luft, nr.it einer Gewichtsmeßanordnung, welche eine Wiegevorrichtung mit einem daran aufgehängten, einen Aufnahmeschlitz für eine Probe bildenden Auf nahmebügel und einen Wasserbehälter aufweist, welcher zwischen einer oberen Stellung, in welcher der Bügel in den Behälter eintaucht, und einer unteren Stellung verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Gewichtsmeßanordnung und einem Probentragrahmen (1) mit einer Mehrzahl von Schlitzaufnahmen für mehrere Proben begrenzenden Querunterteilungen ein Übergabemechanismus angeordnet ist, der einen die Proben aus dem Tragrahmen (1) einzeln in die Gewichtsmeßanordnung und zurück in den Tragrahmen (t) angetrieben überführenden Schwenkarm (15) mit an seinem freien Ende angeordneter Proben-Greifeinrichtung (28, 30) aufweist, daß der Tragrahmen (1) relativ zum Übergabemechanismus in mehrere Bereitstellungspositionen entsprechend der Anordnung der Schlitzaufnahmen im Tragrahmen (1) angetrieben bewegbar ist, so daß in jeder Bereitstellungsposition des Tragrahmens (1) eine seiner Schlitzaufnahmen, der Schwenkarm (15) mit seiner jo Schwenkebene und der Aufnahmeschlitz des Aufnahmebügels (37, 38) der Wiegevorrichtung aufeinander ausgerichtet sind, daß der Wasserbehälter (39) in seine Stellungen über einen Antrieb (47, 48) bewegbar ist und daß die Betätigungsfolge der Antriebe für den Tragrahmen (1), den Übergabemechanismus und den Wasserbehälter (39) so gesteuert ist, daß für jeden Meßvorgang eine Messung des Aufnahmebügels (37, 38) in Luft und Wasser und eine Messung des Aufnahmebügels (37, 38) mit Probe in Luft und Wasser erfolgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkarm (15) in einer vertikalen Ebene verschwenkbar ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkarm einen Zylinder (15) aufweist, welchem ein Kolben (25) und eine Kolbenstange (28) zugeordnet ist, die eine Verlängerung außerhalb des Zylinders (15) aufweist, welche zwischen einer vorgeschobenen und einer zurückgezogenen Stellung hin und her bewegbar ist, und daß die Greifeinrichtung (28, 30) zwei Blattfedern (30) aufweist, die jeweils an einer Seite des Zylinders (15) über dessen Vorderende hinausragend, angeordnet sind und in Richtung aufeinander zu vorgespannt sind, und daß die Verlängerung der Kolbenstange (26) in Form eines Kopfelements (28) in ihrer vorgeschobenen Stellung zwischen den Blattfedern (30) benachbart dem Vorderende des Zylinders (15) liegt, so daß die freien Enden der Blattfedern (30) um einen Abstand voneinander entfernt gehalten sind, welcher zur Aufnahme einer Probe zwischen den Blattfedern (30) ausreicht.