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Elektrischer Temperatur- und Mengenregler für Pasteurisierungsanlagen
Es ist bei Pasteurisierungsanlagen für Milch u. dgl. bekannt, die Beheizung und
die Menge der die Anlage durchströmenden Milch selbsttätig in Abhängigkeit von der
Milchtemperatur auf elektrischem Wege zu regeln. Man kennt auch Temperaturregler
für derartige Pasteurisieranlagen, bei denen der Flüssigkeitszulauf erst dann freigegeben
wird, wenn die Milch hinreichend erwärmt ist.
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Unter Verwendung der bekannten elektrischen Regeleinrichtungen mit
einem auf einer Skala wandernden Temperaturzeiger, der über zwei Grenzwertstellzeiger
elektrische Hilfseinrichtungen ein- und ausschaltet, .die für die Einhaltung der
normalen Betriebswerte sorgen, ist bei der für Pasteurisierungsanlagen bestimmten
Regel- und Überwachungseinrichtung nach der Erfindung die Maßnahme getroffen, daß
auf dem einen Stellzeiger ein Umschaltkontakt mit zwei Gegenkontakten angeordnet
ist, von denen der eine Kontakt mittels des Temperaturzeigers bei Überschreitung
der Betriebstemperatur, dagegen der andere Gegenkontakt selbsttätig bei Unterschreitung
der Betriebstemperatur geschlossen gehalten wird, wobei im ersten Fall die Zuflußmenge
der Milch vergrößert und deren Beheizung vermindert, im -zweiten Fall die Zuflußmenge
der Milch verkleinert und deren Beheizung verstärkt wird, während der andere Stellzeiger
einen auf .dem Temperaturzeiger befindlichen Kontakt derart steuert, daß dieser
den Pumpenantriebsmotor bei Unterschreitung der Mindesttemperatur abschaltet, dagegen
bei Erreichung und Überschreitung der Mindesttemperatur einschaltet.
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Die Steuerung der Förderleistung erfolgt also hierbei in doppelter
Hinsicht. Durch Zu- und Abschalten der Förderpumpe läßt sich eine Grobregelung und
durch Steuerung des Ventils einer Rücklaufleitung eine Feinregelung erzielen.
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Ein Ausführungbeispiel der Anlage nach der Erfindung ist auf der Zeichnung
dargestellt.
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Abb. z ist eine schematische Gesamtansicht der Pasteurisierungsanlage.
Abb. 2 zeigt einen Teil der Anlage in Seitenansicht. Abb. 3 ist eine Vorderansicht
des Reglers. Abb. q. ist ein Schaltplan des elektrischen Teiles der Anlage.
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Der gemäß Abb. r durch einen Elektromotor 21 angetriebene Pumpenläufer
2o entnimmt die zu fördernde Milch entsprechend der Stellung des Ventils 23 entweder
aus der Leitung 22 oder aus der Leitung 22'. Die Pumpe ist so ausgebildet, daß die
Milch beim
Stillstand der Pumpe durch diese hindurch zurückströmen
kann. Die von der Pumpe geförderte Milch gelangt durch die Rohrleitung 3 6 in den
Milchvorwärmer 24, aus dem sie in den Erhitzer 25 gelangt.
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Nach dem Erhitzen gelangt die Milch in einen Beobachtungszylinder
29 und aus diesem in ein Rohr 3o. Durch Öffnungen :dieses Rohres wird .die Milch,
die mindestens eine Temperatur von 71° C hat, gleichmäßig über den Wärmeaustauscher
24 gesprengt und erwärmt die durch das Rohrsystem des Wärmeaustauschers strömende
Rohmilch auf etwa 52° C. Die weitere Abkühlung der bearbeiteten Milch erfolgt durch
einen weiteren Wärmeaustauscher 32, .der aus einem Kühlwasserrohrsystem besteht
und unterhalb des Wärmeaustauschers 24 angeordnet ist. Die Milch umfließt die Rohre
des Wärmeaustauschers 32 und gelangt mit etwa 4° C in das Sammelbecken 33.
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Der Milchdurchsatz wird durch ein Mengenregelventil3¢ (Abb.2) geregelt,
welches in einer Umgehungsleitung 3.' parallel zur Pumpe 2o sitzt. Die Rohrweiten
sind so gewählt, daß stets ein Teil der Rohmilch das Bestreben hat, durch das Ventil
34 und den Pumpeneinlaß 23 aus der Steigleitung 36 zu entweichen. Wenn das Ventil
34 geschlossen ist, erhöht sich die durch den Erhitzer 25 fließende Milchmenge und
verringert sich, wenn umgekehrt das Ventil 3,4 geöffnet ist.
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Die Heizspannung für die Elektroden 26 des Erhitzers 25 wird, wie
Abb. 4. zeigt, zwei Phasen eines Drehstromnetzes entnommen und mittels Widerständen
35, 351 und 37 durch Kurzschließen derselben geregelt. Das Kurzschließen der genannten
Widerstände erfolgt durch Schalter 35', 3;5" und 37'. Die Betätigung dieser Schalter
erfolgt durch Magnetspulen 83, 84 und 85. Das Heizschütz 38 wird durch eine Druckfeder
38" offengehalten und geschlossen, wenn, der Elektromagnet 38' anzieht. Dieser Elektromagnet
kann jedoch nur anziehen, wenn der Handschalter 39 eingelegt ist und wenn der Kühlwassersteuerschalter
4o, der Milchflußschwimmerschalter 41, der Stecker 42, der Steuerschalter 43 und
der Pumpenschalter 4..4 geschlossen sind.
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Der Pumpenmotor 21 ist abhängig vom Schalter 4¢ und vom Schalter 45.
Letzterer wird durch eine Zugfeder in geschlossener Stellung gehalten und erst geöffnet,
wenn das Relais 46 Strom führt, was dann eintritt, wenn die Milch nicht auf mindestens
71° C erhitzt ist.
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Eine Signaleinrichtung 47 tritt in Tätigkeit, sobald die Milch im
Vorratsbehälter 48 nicht mehr in genügender Menge vorhanden ist. Das Ventil 34 (Abb.
i) wird mittels eines Motors 61 (Abb. 4) über eine Stange 64 und einen Gewichtshebel
65 (Abb.2) betätigt.
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Von Elektromagneten 76, 77, 78 (Abb. 4) betätigte Schalter 8o; 81
und 82 regeln den Heizstromkreis über die Magnetspulen 83, 84 und 85. In Reihe mit
den Magneten 76 und 77 liegen zwei Ventilgrenzschalter 86 und 87. Wenn das Ventil
34 (Abb. :2) sich in seinen Grenzstellungen befindet, wird durch einen dieser Kontakte
eine weitere Bewegung des Ventils verhindert.
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Das bereits erwähnte Relais 46, das die Aufgabe hat, die Pumpe stillzusetzen,
falls die Temperatur der Milch unter die Mindesttemperatur fällt, ist mit einem
Ende an den Schalter 8.2 angeschlossen; während das andereEnde zu einerHilfselektrodegi
(Abb.4) im Gehäuse 28 (Abb. i) des Erhitzers 25 führt. Die leitende Verbindung zwischen
den Elektroden 9i und 26 wird durch den Milchstrom selbst hergestellt.
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Die Temperatur des Milchstromes wird in dem Augenblick, in dem er
die Heizkammer verläßt, von einem Thermometer 95 (Abb. i ) angezeigt.
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Zweckmäßig wird die Temperatur der erhitzten Milch selbsttätig :durch
einen Schreiber 97 aufgezeichnet, der, wie aus Abb. i zu entnehmen ist, an das T-Stück
98 angeschlossen ist.
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Die Regelung der Erhitzungseinrichtung in Abhängigkeit von der Temperatur
wird durch einen besonderen Temperaturregler 99 (Abb.3) vorgenommen.
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Die wesentlichsten Bestandteile dieses Reglers sind ein Pendelzeiger
io4 und zwei weitere Zeiger io5 und io8. Die Temperaturschwankungen innerhalb des
Erhitzers 25 werden in einer in dem Erhitzer angeordneten Vorrichtung in Druckänderungen
eines Gases umgewandelt, die sich über eine Rohrleitung auf die Achse 103 des Pendelzeigers
io4 in der Weise auswirken, daß der Pendelzeiger i o4 über einer Temperaturskala
99' des Reglers entsprechend den Temperaturschwankungen pendelt.
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Die Zeiger 105 und iog sind von Hand mittels eines Zahnrades
io6 und eines Bedienungsknopfes 107 (Abb. i) auf die vorgeschriebene Höchsttemperatur
von beispielsweise 77° C bzw. auf die vorgeschriebene Mindesttemperatur von beispielsweise
71' C einstellbar. An dem Zeiger 105 ist gemäß Abb.3 eine Isolierplatte iog
befestigt, auf der ein einarmiger Hebel iio angeordnet ist. Dieser Hebel ist durch
eine Zugfeder mit einem ebenfalls auf der Platte iog gelagerten Hebel i i i derart
verbunden, daß der Hebel i i i i das Bestreben hat, ein auf der Platte io9 befindliches-
Kontaktstück 112 zu berühren.
In dem Hebel izo ist ein Anschlag
113 verstellbar eingeschraubt, der den Hebel, i i i gegen ein ebenfalls auf der
Platte zog befestigtes Kontaktstück 114 drückt.
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An dem Pendelzeiger 104 befindet sich ein Stift 115, der bei entsprechender
Zeigerstellung gegen den Hebel iio drückt, sowie ferner ein Kontaktstück 117, gegen
das ein Schalthebel 116 mittels einer Feder angedrückt wird. Der Kontakt 116, 117
ist bei allen Temperaturen geschlossen, die unterhalb 71° C liegen. Bei Erreichung
und Überschreitung der Mindesttemperatur von 71° C unterbricht der entsprechend
vorgerückte Zeiger 104 dadurch .den. Kontäkt i16, 117, daß ein auf dem Zeiger zog
befindlicher Stift 118, der innerhalb der Bahn des von dem Zeiger 104 mitgenommenen
Schalthebels-116 liegt, verhindert, daß der Schalthebel116 weiter von dem Zeiger
104 mitgenommen wird.
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Der Anschlag 115 ist auf dem Zeiger i o4 so eingestellt, daß, sobald
die Temperatur einen Wert hat, der mindestens 1/4° C unter der von dem Zeiger 105
angegebenen Temperatur liegt, der Hebel iio bzw. dessen Anschlag 113 den Hebel iii
noch gegen das Kontaktstück 114 drückt, so daß der Steuerstromkreis des Relais 83
(Abb.4) geschlossen ist. Sobald der Zeiger ioq. auf der vorschriftsmäßigen Betriebstemperatur
steht, wird der Hebel i i o in einer solchen Lage gehalten, daß der Hebel i i i
eine Zwischenstellung einnimmt, in der er weder das Kontaktstück 114 noch das Kontaktstück
ii2 berührt. Wenn jedoch die Temperatur mindestens 1/4° C über diejenige Temperatur
ansteigt, auf welche der Zeiger 105 eingestellt ist, drückt der Zeiger 104 auf den
Hebel iio und bringt den Hebel. i i i in Berührung mit dem Kontaktstück 112.
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Auf dem Zeiger 105 ist ferner ein Kontakt iig isoliert befestigt,
der mit einem federnd gelagerten Gegenkontaktstück 120 zusammenwirkt. Der Kontakt
zig, 120 ist unterhalb der vorgeschriebenen Höchsttemperatur von 77° C geschlossen,
wenn der Zeiger 105 auf eine Temperatur von unter 77° C eingestellt worden
ist. Falls der Zeiger io5 jedoch auf eine Temperatur oberhalb 77° C eingestellt
worden ist, ist der Kontakt iig, i2o unterbrochen.
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Wie Abb.3 erkennen läßt, sind an dem Regler vier Leitungsdrähte angeschlossen.
Einer dieser Drähte führt sowohl an den Zeiger 104 als auch an den Schalthebel i
i i. Dieser gemeinsame Anschluß ist in Abb.4 mit 121 bezeichnet. Ein weiterer Leitungsdraht
führt über die Kontakte i ig, 120 und 116, 117. Mittels.. dieses Leitungsdrahtes,
der den Stromkreis für die Stillsetzung des Pumpenantriebsmotors_ bei Unterschreitung
der Mindesttemperatur bildet, wird bei geschlossenen Kontakten zig, 120 und. 116,
117, d. h. also bei Unterschreitung der Mindesttemperatur von 71° C, die Spule des
Magneten 78 (Abb. 4) gespeist, der daher den Schalter 82 des Stromkreises geschlossen
hält, in dem sich das den Pumpenmotor 2i ausschaltende Relais 46 befindet. Bei Unterschreitung
der Mindesttemperatur steht also das Relais 78 unter Strom und hält den Schalter
82 geschlossen, so daß das Relais 46 angezogen und der Schalter 45 geöffnet ist.
Der Stromkreis für den die Pumpe 2o antreibenden Elektromotor 21 ist also unterbrochen.
Die Pumpe 2o steht daher bei Unterschreitung der Mindesttemperatur von 71° C still.
Der Steuerstromkreis des Schalters 45 ist jedoch nur .dann geschlossen, wenn iiich
in dem Erhitzer 25 eine hinreichende Milchmenge befindet und über die Milch eine
leitende Verbindung zwischen den Heizelektroden 26 und einer Hilfselektrode gi hergestellt
ist. Sobald die Pumpe so lange außer Betrieb gewesen ist, daß die im Erhitzer befindliche
Milchmenge nicht mehr ausreicht, um eine leitende Verbindung zwischen .den Elektroden
26 und gi herzustellen, wird. der Stromkreis des Relais 46 unterbrochen, so daß
der Schalter 45 sich unter der Wirkung seiner Zugfeder schließt. Infolgedessen läuft
der Antriebsmotor 21 für die Pumpe wieder an.
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Die Heizspannung für die Elektroden 26 des Erhitzers 25 wird, wie
Abb. 4 zeigt, zwei Phasen eines Drehstromnetzes entnommen und mittels der Widerstände
35, 351 und 37 durch Kurzschließen derselben geregelt. Das Kurzschließen der genannten
Widerstände erfolgt durch Schalter 35', 35"@ und 37'. Die Betätigung dieser Schalter
erfolgt durch die Magnetspulen 83, 84 und 85. Gleichzeitig mit dem Öffnen des Schalters
45, d. h. also mit dem Ausschalten des Motors 21, werden die Relais 84 und 85 stromlos,
so daß die Schalter 37' und 35" geöffnet und die beiden im Heizstromkreis liegenden
Widerstände 37 und 351 eingeschaltet werden. Der Widerstand 37 ist als Hochleistungswiderstand
ausgebildet, der den Heizstrom um 1/¢ des normalen Wertes vermindert. Bei Abschaltung
der Pumpe strömt die Milch aus dem Erhitzer mit einer Geschwindigkeit zurück, die
etwa 1/4 der Geschwindigkeit beträgt, mit der die Milch dem Erhitzer zuströmt. Dieser
Rückstrom der Milch vollzieht sich so langsam, daß die Milch schnell überhitzt werden
würde, wenn die Beheizung in der normalen Stärke weiter erfolgt. Aus diesem Grunde
wird der Heizstrom erheblich herabgesetzt, sobald die Pumpe stillsteht.
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Ein weiterer Leitungsdraht führt zu dem Kontaktstück 112, das die
obere Grenze der Betriebstemperatur regelt. Der vierte Leitungsdraht
ist
an das Kontaktstück 114 angeschlossen, das die Mindesttemperatur regelt. Das Kontaktstück
112 liegt in dem Stromkreis des Relais 77, das den Schalter 81 für das die Höchsttemperatur
regelnde Relais 8d. steuert. Das Kontaktstück 114 liegt in dem Stromkreis des Relais
76, :das den Schalter 8o des die Mindesttemperatur regelnden Relais 83 steuert.
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Befindet sich die Einrichtung in normalem Betriebszustand, was der
Fall ist, wenn die Sterilisitrungstemperaturden normalen Wert von 72° C hat, so
sind die Schalter 4d., 43, 39, 42, 4o und 41 geschlossen. Ferner sind die Schalter
45 und 81 geschlossen, so daß die Relais 84 und 85 erregt sind. Das Relais 83 ist
unerregt, dagegen ist das Relais 38' erregt. Bei unerregtem Relais.83 ist der Schalter
35' geöffnet. Die Relais 84, 85 halten in erregtem Zustand die Schalter 3!5" und
37' geschlossen. Infolgedessen verläuft ein geschlossener Heizstromkreis über den
Schalter 38, den Widerstand 35, die Schalter 35" und 37' und die Heizelektroden
26. Durch die Regelvorrichtung 99 fließt dagegen kein Strom.
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Wenn die Temperatur der Milch unter die normale Sterilisierungstemperatur
von 72° C (jedoch nicht unter 71° C) fällt, schließt der Pendelzeiger 104 mittels
des Kontaktes 114 den Stromkreis; in dem die Sekundärspule ioo des Transformators
liegt. In diesem Stromkreis liegt ferner auch das Relais 76, dessen. Magnet infolgedessen
anzieht und eine Kupplung des das Ventil 34 verstellenden Motors 61 einrückt, so
daß das Ventil 34 geöffnet und die Zuflußmenge zum Erhitzer 25 vermindert wird.
Infolge dieser Verminderung der Zuflußmenge ist die Milch einer längeren Erhitzungszeit
ausgesetzt, so daß sich deren Temperatur erhöht. Infolge des Anziehens des Magneten
76 wird auch der Schalter 8o geschlossen, so daß das Relais 83 anzieht und den Widerstand
35 kurzschließt. Auf diese Weise wird der Heizstrom zum Erhitzer erhöht, so daß
auch aus diesem Grunde die Temperatur der Milch steigt.
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Infolge der Ausschaltung des Widerstandes 35 wächst die Temperatur
der Milch um etwa i° C innerhalb 5 Sekunden. Sobald die normale Sterilisierungstemperatur
von 72° C erreicht worden ist, öffnet der Kontakt 114. Während dieser Sonderbeheizung
wird das Ventil 34 langsam geöffnet, so daß die Zuflußmenge zum Erhitzer vermindert
wird. Sobald die Zuflußmenge ihren vorgeschriebenen Wert erreicht hat, befindet
sich die Einrichtung im normalen Betriebszustand. Wenn die Zuflußmenge noch nicht
ihren normalen Wert erreicht hat, wird der Kontakt aufs neue geschlossen; so daß
die beschriebene Regelung wieder einsetzt, bis das Ventil 34 seine richtige Betriebsstellung
eingenommen hat.
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Falls die Temperatur der Milch über die normale Sterilisierungstemperatur
steigt, schließt der Regler seinen Kontakt 112, so daß der Magnet 77 anzieht. Infolgedessen
wird nunmehr die Kupplung des Ventilverstellmotors 61 eingerückt, so d:aß sieh das
Ventil34 schließt. Dies ist mit einer Vergrößerung der Zuflußmenge verbunden. Gleichzeitig
wird der Schalter 81 geöffnet, so daß das Relais 84 stromlos wird und sich der Schalter
35" öffnet. Der Heizstrom muß nunmehr durch den Widerstand 3,51 fließen. Durch die
Vergrößerung des Widerstandes im Heizstromkreis wird die Milch weniger erhitzt.
Sobald die Temperatur unzulässig sinkt, öffnet sich der Kontakt 112, so daß der
Widerstand 351 wieder kurzgeschlossen wird.
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Wenn also die Milch im oberen Teil des Erhitzers eine Temperatur von
1,.'1`C oberhalb oder unterhalb der durch die Einstellung des Zeigers 1o5 vorgeschriebenen
Temperatur hat, ist entweder der Kontakt i 12 oder der Kontakt 114 geschlossen,
so daß eines der beiden Relais 76 oder 77 eingeschaltet ist und infolgedessen entweder
der Schalter 8o oder der Schalter 81 das Relais 83 bzw. 84 steuert. Bei geschlossenem
Kontakt 112, d. h. also bei Temperaturüberschreitung, wird sowohl die Zuflußmenge
der Milch durch entsprechende Steuerung des Motors 61 bzw. des Ventils 34 erhöht
als auch der Widerstand 3-51 eingeschaltet; beide Maßnahmen wirken sich in einer
Temperaturverminderung aus. Bei geschlossenem Kontakt 114, d. h. also bei Temperaturunterschreitung,
wird sowohl die Zuflußmenge der Milch durch entsprechende Steuerung des das Ventil
34 antreibenden Motors 61 verändert als auch der Widerstand 35 kurzgeschlossen;
beide Maßnahmen wirken sich in einer Temperaturerhöhung aus.