DE2455389C3 - Vorrichtung zur Bestimmung des spezifischen Gewichts fester wasserunlöslicher Proben - Google Patents
Vorrichtung zur Bestimmung des spezifischen Gewichts fester wasserunlöslicher ProbenInfo
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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 Aufnahrneschlitz
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 t>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 cjo-i ι? -j** uv/ >j:7/ tür ucn oC
rgavcnicchanismus
— 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 Bereitstellungspositioaen
entsprechend der Anordnung der Schlitzaufnahmen in Tragrahmen angetrieben bewegbar ist, kann die relative
Anordnung des Obergabemechanismus und der Gewichtsmeßanordnung gleich bleiben während jedoch
der Tragrahmen und der Obergabemechanismus relativ zueinander beweglich sind, so daß der Obergabemechanismus 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, Bund 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 Ε-£ϊη F i g. 1,
F i g. 4 eine Draufsicht auf einen Teil des Übergabemechanismus,
Fig.5 einen Schnitt durch die Gewiehtsmeßanordnung 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 Übcgabemechanismus
gerichtet sind. Der Tragrahmen 1 ist auf Winkelstützen 3 gleitbar, die über Abstandshalter 4 an einer
Grundplatte 5 befestigt sind. Ein Schlitz in der a> 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 t>o
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 b5
stationäre Block 13 verhindert eine Rückbewegung des Tragrahmens 1, wenn der Block 10 zurückgezogen wird.
»τ t*- uuo uCn ι ι g. ι uiiu
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 37 trägt ein Kegelzahnrad 20 an seinem Außenende. 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
Zylinderbüchse 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
Fig.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 Kopf element 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 F i g. 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
aiciiiiiuu, wciai uci L^iiuau iui rvaaaci uuu ctutiii uüciluui τι vcisciicn,
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. Ober 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 Obergabemechanismus 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 Obergabemechanismus 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 Obergabemechanismus zurück
zum Tragrahmen 1, wo bei 143 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 Übergabemechanis
mus 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:
W2 = Eigengewicht des Probenhalters in Wasser +
Probengewicht in Wasser und
dann ist das
W — W
spezifische Gewicht = w w' ° —·
10 2 3
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 kurzen Wiegezyklus vernachlässigt werden können.
Weitere Faktoren, die zu ungenauen Werten für das
spezifische Gewicht fuhren könnten, sind das Anfangs-Eigengewicht W0 (O-Fehler) und der Auftrieb durch das
Wasser beim Wiegen der Schale W3. Diese werden
gemessen und berücksichtigt so daß gewährleistet ist, daß der wahre Wert für das spezifische Gewicht
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 Elektromolor zum Antreiben des Übergabemechanismus verwendet werden.
Die Vorrichtung kann in Verbindung mit einer elektronischen Programmsteuerung und einem Rechner-
und Ausgabesystem verwendet werden.
Hier/u 4 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. 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 Aufnah- ι ο mebügel 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 Schlitzaufnahmer 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 (1) angetrieben überführenden Schwenkarm (15) mit an
seinem freien Ende angeordneter Proben-Greifeinrichtung (28, 30) aufweist, daß der Tragrahmen (1)
relativ zum Obergabemechanismus in mehrere 2r> 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 j<
> 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 Obergabemechanismus
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.
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