DE3818760A1 - Verfahren zum einhalten eines konstanten mischungsverhaeltnisses bei der zufuhr eines sekundaermediums in einen primaermediumstrom und einrichtung zu seiner durchfuehrung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei einem solchen Verfahren besteht die der Erfindung zugrunde­ liegende Aufgabe darin, ein vorgebbares, insbesondere konstan­ tes, Mischungsverhältnis von Sekundär- zu Primärmedium auf verfahrenstechnisch möglichst einfache und sicher wirkende Weise selbsttätig aufrechtzuerhalten. Gelöst wird diese Aufgabe durch die Verfahrensschritte nach dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1.

Dieses Verfahren ermöglicht es, auf recht geschickte und ein­ fache Weise die Zufuhrmenge an Sekundärmedium in Abhängigkeit der Größe des Primärmedium-Volumenstromes zu steuern, indem einmal aufeinander abgestimmte Einheitssignale für den Primär­ medium-Volumenstrom und die Förderzeit des Sekundärmediums je­ weils gemessen und miteinander verglichen werden. Dabei wird das Einheitssignal für die Förderdauer des Sekundärmediums bei jedem Förderstart von seinem unteren Grenzwert ausgehend bis zu seinem oberen Grenzwert ansteigend neu aufgebaut, und zwar pro­ portional zur jeweils angelaufenen Förderzeit. Die beiden Ein­ heitssignale sind so aufeinander abgestimnt, daß bei maximalem Primärmengenstrom das Sekundärmedium pausenlos mit einem durch die Förderanlage einstellbar vorgebbaren während des Förderns gleichen Volumenstrom dem Primärmedium zugeführt wird.

Für den Fall, daß der Primär-Volumenstrom abnimmt, muß sich proportional dazu die Förderzeit des Sekundärmediums ver­ ringern. Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird dies dadurch erreicht, daß das die erfaßte Förderdauer jeweils angebende Einheitssignal laufend darauf hin überprüft wird, wann es den Wert des den Primärmediumstrom anzeigenden Einheitswert erreicht hat. Sobald Übereinstimmung erreicht ist, wird die Förderzeit unterbrochen. Der Unterbrechungszeitraum richtet sich dabei nach der Differenz zwischen der für den maximalen Primärmediumstrom erforderlichen Förderzeit des Sekundärmediums und der jeweils bei Gleichheit der Signalwerte bereits tatsäch­ lich abgelaufenen Förderzeit. Dies bedeutet zwangsläufig, daß es bei maximalem Primärmediumstrom keine Förderunterbrechung geben kann.

Das Verfahren lä8t sich dabei einrichtungsmäßig so auslegen, daß bei Einhaltung eines gleichen Mischungsverhältnisses und gleicher Volumenströme von Sekundär- und Primärmedium die ab­ soluten Förder- und Pausenintervalle für die Sekundärmedium­ zufuhr verändert werden können. Entscheidend ist lediglich, daß das Verhältnis zwischen Förder- und Nicht-Förderzeit jeweils gleich bleibt. Im Zusammenhang mit der Beschreibung eines Aus­ führungsbeispieles wird dies noch näher erläutert werden.

Die beiden für das Verfahren notwendigen Einheitssignale lassen sich insbesondere pneumatisch erzeugen und vergleichen.

Das Verfahren wird gemäß Anspruch 2 zweckmäßigerweise so durch­ geführt, daß das Förderzeiten-Einheitssignal gleichzeitig zwei Komparatoren zugeführt wird, bei denen in einem durch direkten Vergleich dieses Einheitssignales mit dem Primärmediumstrom- Einheitssignal das jeweilige Förderzeitende und in dem anderen das folgende Pausenzeitenende bestimmt wird.

Die Förderzeiten-Einheitssignale lassen sich bei pneumatischem Verfahrensbetrieb auf recht einfache Weise durch einen nach Anspruch 4 aufgebauten Rampengeber erzeugen, dem ein Selbst­ halterelais nach Anspruch 5 vorgeschaltet ist.

Der Aufbau von die Durchführung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens auf besonders günstige Weise ermöglichenden Einrich­ tungen ist Gegenstand der weiteren Unteransprüche.

Ein besonderer Vorteil des Verfahrens und der zu seiner Durch­ führung vorgesehenen Einrichtungen besteht darin, daß sämtliche für die Bestimmung und die Zumischung des Sekundärmediums er­ forderliche Energie pneumatisch einsetzbar ist. Dadurch ist es möglich, diese Energie dem Primärmedium selbst zu entziehen, wenn dieses ein gasförmiges Medium ist. Günstig ist dies vor allem in Fällen, in denen zum Beispiel elektrische Energie nicht zur Verfügung steht oder aus Sicherheitsgründen nicht eingesetzt werden soll.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild für die Steuerung der Zufuhr des Sekundärmediums zu einem Primärmediumstrom,

Fig. 2 ein Diagramm mit dem von dem Primärmengenstrom abhängigen Einheitssignal (A _qp ),

Fig. 3 ein Diagramm mit dem von der Förderzeit des Sekundär­ mediums abhängigen Einheitssignal (A _t ),

Fig. 4 ein Diagramm der Förderperioden einer oszillierend arbeitenden Sekundärmedium-Fördereinrichtung,

Fig. 5 eine Zusammenfassung der Diagramme nach den Fig. 2 und 3 mit unterschiedlich lang vorgegebenen 100%-Förderzeiten,

Fig. 6 und 7 Diagramme über die Verteilung der Förderbetriebs- und Pausenzeiten bei unterschiedlich langen 100%- Förderzeiten,

Fig. 8 und 9 Diagramme nach den Fig. 5, 6 und 7 mit einer alter­ nativen 100%-Förderzeit und

Fig. 10 ein Schaltbild eines pneumatischen Zeitgebers (Rampengebers).

In der Förderkammer (1) einer Dosierpumpe (2) oszilliert ein Arbeitskolben (3), der starr mit dem Antriebskolben (4) eines Pneumatik-Stellzylinders (5) verbunden ist. Über nicht dar­ gestellte Ventile fördert die Dosierpumpe (2) einen spezi­ fischen Sekundär-Volumenstrom (q _s ) in einen spezifischen Primärmedium-Volumenstrom (q _p ). Die dem Primärstrom zugeführte Menge an Sekundärmedium ist durch Veränderung der Anzahl der Förderhübe des Arbeitskolbens (3) der Dosierpumpe je vorge­ gebener Zeiteinheit variierbar.

Durch Zufuhr von Druckluft (DL) wird der Pneumatik-Stell- Zylinder (5) über ein Impulsventil (6) in Betrieb gesetzt. Das Impulsventil kann mit Hilfe eines berührungslosen, nach dem Düse-Prallplatte-Prinzip arbeitender Endschalter, umgesteuert werden. Die Druckluft (DL) gelangt in dem Stellzylinder (5) in die Kammer (7) und setzt den Antriebskolben (4) in Bewegung, während gleichzeitig die Kammer (8) über das Impulsventil (6) entlastet wird. Der Antriebskolben (4) bewegt sich dabei in der durch den Pfeil (9) angegebenen Richtung. Sobald ein auf der Verbindungsstange von Arbeits- und Antriebskolben (3 bzw. 4) fest installiertes Paßstück (10) eine mit einem Strömungsmedium beaufschlagte Düse (11) abdeckt, baut sich zwischen dieser und einer vorgeschalteten Drossel (12) ein Druck auf, der das Impulsventil (6) zur Beaufschlagung der Kammer (8) umschaltet.

Dadurch wird der Antriebskolben (4) nunmehr in Richtung des Pfeiles (13) bewegt, wodurch das Sekundärmedium (q _s ) von der Dosierpumpe (2) dem Primärstrom (q _p ) zugeführt wird.

Am Ende eines Förderhubes deckt das Paßstück eine weitere mit einem Strömungsmedium beaufschlagte Düse (14) ab, der eine Drossel (15) vorgeschaltet ist. Mit dem sich bei der abge­ deckten Düse (14) aufbauenden Druck wird das Impulsventil (6) umgesteuert.

Durch das Abdecken der Düse (11) durch das Paßstück (10) wird gleichzeitig mit dem Impulsventil (6) auch noch ein pneuma­ tisches Selbsthalte-Relais (16) umgesteuert, das wiederum ein pneumatisches Schaltsignal von (beispielsweise 1,4 bar) zum Start eines Rampengebers (17) auslöst. Dieser Rampengeber (17) erzeugt ein zeitabhängiges Einheitssignal (A _t ). Dieses Ein­ heitssignal wird jeweils derart aufgebaut, daß es mit zunehmen­ der Zeit kontinuierlich ansteigt. Entsprechend der Darstellung in Fig. 10 sind Aufbau- und Arbeitsweise des Rampengebers (17) wie folgt.

Ein über einen Signalgeber (21) auf einem bestimmten Druck gehaltenes Gas steht an einem als Addierer (22) bezeichneten Druckerhöhungsgerät als Wert (E 1) an. Durch von außen auf den Addierer (22) wirkende Energie (E 2) wird der Gasdruck (E 1) auf den Ausgangswert (A=p 1) erhöht. Mit diesem Druck steht das Gas an einer Drossel (23) an, deren Druckminderungswirkung einstellbar ist. Nach der Drossel (23) besitzt der Gasdruck einen gegenüber (p 1) verminderten Wert, mit dem das Gas auf den Eingang des Addierers (22) mit einem gegenüber dem Ausgangs­ druck bei (E 1) höher liegenden Wert zurückgeführt wird. Solange das Gas an dieser Stelle über das Ventil (24) mit dem Signal­ geber (21) verbunden ist, bleibt der Anfangs- bzw. Basisdruck­ wert (E 1) unverändert, und zwar bedingt dadurch, daß der innere Widerstand der Drossel (23) um ein Vielfaches über demjenigen des Signalgebers (21) liegt. Wird nun beim Starten des Rampen­ gebers (17) durch Schließen des Ventiles (24), das hier durch das Selbsthalte-Relais (16) gebildet ist, die Verbindung zwischen Addierer (22) und Signalgeber (21) unterbrochen, so erhöht sich der Addierer-Eingangs-Druckwert (E 1) laufend. Auf diese Weise erhöhen sich am Ausgang der Drossel die Druckwerte (p 2) proportional zu der seit dem Schließen des Ventils (24) vergangenen Zeit, d.h. der von dem Druck (p 2) abgeleitete Ausgang (A _t ) des Rampengebers (17) ist als Zeiteinheitssignal, und zwar konkret als Förderzeit-Einheitssignal (A _t ) verwendbar.

Der Primärmediumstrom (q _p ) wird über einen Durchflußtransmitter (18) als Einheitssignal (A _qp ) gemessen, das einem Komparator (19) zugeführt wird. In diesem Komparator wird es mit dem in dem Rampengeber (17) erzeugten Einheitssignal (A _t ) verglichen. Sobald (A _t ) gleich oder größer (A _qp ) ist, wird die zwischen der Düse (11) und dem Impulsventil (6) verlaufende pneumatische Steuerleitung unterbrochen, wodurch der Pneumatik-Stellzylinder (5) außer Betrieb gesetzt wird.

Das Einheitssignal (A _t ) wird parallel zu dem Komparator (19) zusätzlich noch zu einem weiteren Komparator (20) geleitet. Dort wird es mit einem vorgebbaren oberen Grenzwert (K=100%) des Einheitssignals (A _t ) verglichen. Sobald (A _t ) den eingestellten Wert (K) erreicht hat, wird ein Impuls zur Aufhebung des Selbsthalts des Relais (16) ausgesandt. Dadurch sinkt der Druck in dem Rampengeber (17) auf den Ausgangs­ betriebsdruck ab. Als Folge davon fällt das Einheitssignal (A _t ) auf seinen unteren Grenzwert von 0% und löst damit in dem Komparator (19) ein erneutes Schließen der das Impulsventil (6) mit der Düse (11) verbindenden Steuerleitung aus. Durch ihre dadurch zurückerhaltene Steuerfunktion startet die Düse (11) den Pneumatik-Stellzylinder (5) über das Impulsventil (6), so daß ein neues Arbeitsspiel beginnen kann.

Wie in dem Komparator (19) der Vergleich der Einheitssignale erfolgt, ist in den Fig. 2 und 3 schematisch dargestellt. In Fig. 3 bedeuten B=Betrieb und P=Pausenzeit. Aus den Dia­ grammen in den genannten Figuren sieht man recht deutlich, wie die Betriebszeiten mit kleiner werdendem Primärmediumstrom (q _p ) abnehmen bei entsprechenden Zunahmen der Pausenzeiten. Die Summe aus Betriebs- und Pausenzeit muß allerdings immer konstant bleiben.

Die während einer Betriebszeit durchgeführten Hübe des Pneu­ matikzylinders (5) sind in dem Diagramm der Fig. 4 eingetragen.

Durch die Zuordnung einer bestimmten vorgebbaren Zeitdauer zu dem oberen Grenzwert (K=100%) des Einheitssignales (A _t ) können die jeweiligen Längen der zusamnenhängenden Förder­ betriebs- und Pausenzeiten variiert werden.

Beispiele zu einer solchen Zeitenvariation sind in den Fig. 5 bis 9 enthalten.

Die Kurven (X, Y, Z) zeigen die Zeitabhängigkeiten bei der Zu­ ordnung des oberen Grenzwertes (100%-Wert) zu verschiedenen 100%-Zeiten. Bei den Kurven (X, Y, Z) fallen die 100%-Zeiten von 60 s bei (X) über 30 s bei (Y) bis auf 15 s bei (Z) ab. Die Fig. 6, 7 und 9 zeigen die jeweils entsprechenden Verläufe der Betriebs- und Pausenzeiten, deren jeweilige zusammenhängende Länge proportional zur zugehörigen 100%-Zeit abnimmt. Das beschriebene Verfahren läßt sich dahingehend ausgestalten, daß bei einem unter einen bestimmten Wert fallenden Primärstrom die Zufuhr des für den Stellzylinder erforderlichen Arbeitsmediums unterbunden wird, wodurch die Zufuhr eines Sekundärmediums ganz eingestellt wird.

Das Verfahren ist grundsätzlich auch für Dosierpumpen mit je einer Förderkammer zu beiden Seiten des Arbeitskolbens geeignet.

Ferner kann der von der Dosierpumpe gelieferte Volumenstrom auch noch von einer beliebigen anderen Größe, die als Einheits­ signal zur Verfügung steht, beeinflußt werden.

Steht das Primärmedium unter Druck, so kann das für die Steue­ rungs- und Antriebsmittel des Verfahrens notwendige Strömungs­ medium dem Primärmedium selbst entnommen werden. In diesem Fall können alle Steuer- und Antriebsmittel pneumatisch betätigbar sein. Ein solcher Anwendungsfall liegt zum Beispiel vor, wenn einem aus geruchlosem Erdgas bestehenden Primärstrom ein Odo­ rant zudosiert werden soll. Dadurch ergibt sich der große Vor­ teil einer von fremder Energie unabhängigen in sich selbst autarken Einrichtung, die damit auch in unwegsamen Gebieten (Beispiel: Gasfernleitungen) eingesetzt werden kann.

Claims (9)

1. Verfahren zum Einhalten eines konstanten Mischungs­ verhältnisses bei intermittierender Zufuhr eines Sekundär­ mediums in einen größenmäßig variierenden Volumenstrom eines Primärmediums, gekennzeichnet durch die Merkmale

• a) die Größe des Primärmediumstromes wird durch ein Einheitssignal (A _qp ) und die Förderdauer des Sekun­ därmediums durch ein weiteres Einheitssignal (A _t ) gemessen,
• b) die Grenzwerte der beiden Einheitssignale (A _qp , A _t ) sind für einen oberen und unteren Grenzwert des Primärmediumstromes jeweils der Größe nach gleich­ gesetzt (z.B. 0 für unteren und 1 für oberen Grenz­ wert),
• c) die Ist-Werte der beiden Einheitssignale werden laufend gemessen und miteinander verglichen,
• d) bei einem Wert des Einheitssignales (A _t ) gleich oder größer dem Wert des Einheitssignales (A _qp ) wird das Fördern des Sekundärmediums eingestellt,
• e) bei Erreichen des oberen Grenzwertes (100%-Wert) des Einheitssignales (A _t ) wird das Fördern erneut gestartet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheitssignale (A _t , A _qp ) pneumatisch erzeugt und mitein­ ander verglichen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß zwei Komparatoren vorgesehen sind, von denen der eine Komparator bei (A _t ) größer oder gleich (A _qp ) ein Einstellen der Sekundärmediumförderung auslöst und von denen der zweite bei Gleichstand des (A _t )-Ist-Wertes mit dem oberen Grenzwert (100 %-Wert) von (A _t ) den Förderbetrieb unter Auslösung eines Neuaufbaues des Einheitssignales (A _t ) wieder startet.

4. Einrichtung zur Erzeugung des Förderdauer-Einheits­ signales (A _t ) bei dem Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein gasförmiges Medium im Kreislauf durch ein Druckveränderungsgerät (Addiergerät 22) mit nachgeschal­ teter Drossel (23) zur Erzielung einer zeitproportionalen Druckerhöhung oder Erniedrigung führbar ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dieser ein pneumatisch steuerbares Selbsthalte-Relais (16) vorgeschaltet ist.

6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Fördern des Sekundärmediums eine von einem oszillierenden Arbeitskolben (3) beaufschlagbare Kammer (1) vorgesehen ist, und daß der Arbeitskolben (3) von dem Antriebskolben (4) eines Stellzylinders (5) angetrieben ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskolben (4) der Dosierpumpe (2) von beiden Seiten druckbeaufschlagbar ist.

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Beginn und das Ende einer För­ derperiode für das Sekundärmedium über Druckluftdüsen (11, 14) bestimmbar ist, deren Ausströmquerschnitte jeweils bei Förder­ beginn bzw. -ende von einem starr mit dem Arbeitskolben (3) verbundenen Paßstück (10) abdeckbar sind.

9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmedium für den Stell­ zylinder (5) und sämtliche Meß-, Steuerungs- und Antriebsein­ richtungen von dem Primärmedium selbst abzweigbar ist.