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Verfahren und Vorrichtung zur Programmregelung Den Gegenstand der
Erfindung bildet ein neues Verfahren nebst appar.ativer Ausgestaltung zur Pro:granmmregelung
zwecks Durchführung technischer Arbeitsprozesse mit planmäßigem Ablauf. Die Erfindung
bezieht sich insbesondere auf solche Arbeitsprozesste, bei denen mehrere Faktoren
nebeneinander und unabhängig oder abhängig voneinander geregelt werden müssen, wie
e. B. die Zeitdauer eines Vorgangs, die Temperatur, die Dosierung einer Menge, elektrische
Größen und andere physikalische Komponenten. Die Erfindung hatte sich insbesondere
zur Aufgabe gestellt, innerhalb des Regelungsgebietes der einzelnen Größen wiederum
eine den besonderen Bedingungen des Arbeitsprozesses entsprechende Variationsmöglichkeit
zu schaffen, so daß z. B. bei einer Verarbeitung von Textilstoffen die Einwirkungszeit
eines oder mehrerer aufeinanderfolgender Bäder, die Art -und Menge :der zugeführten
Behandlungsflüssigkeiten, Gase oder Dämpfe, die Temperatur in den verschiedenen
Stufen der Behandlung, :die Entfernung verbrauchter Behandlungsstoffe und die Zuführung
neuer, etwaige Pausen in der Behandlung usw. automatisch gesteuert werden.
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Bei den bekannten Programmregelungen wunde immer nur eine sehr beschränkte
Anzahl von Größen mit beschränktem Regelbereich von dem Schaltorgan gesteuert. Gemäß
der Erfinidu ng werden eine . außerordentliche Erweiterung ,des Regelbemiches sowie
eine weitgehende Variationsmöglichkeit dadurch er,zi,elt, daß zwischen das primäre,
z. B. in Form einer an sich bekannten Schaltwalze ausgebildete Steuerorgan und die
einzelnen Regler, z. B. Zeitregler, Mengen- und Temperaturregler, nochmals ein sekundäres
Wahlsystem, z. B. in Form einer mit Steckkontakten versehenen Schalttafel, eingeschaltet
wird, mit deren Hilfe in jedem Regedstro.m-kreis,die zu regelndenGrößen variiert
werden
können. Dabei ist jede auf dem Stöpselsch'altbret vorgenommene
Schaltung einer bestimmten Einstellung an einem irgendwelche physikalischen Größen,
wie Zeit, Temperatur, Druck, Durchflußmenge usw., regelnden Gerät, @z. B. .an einer
Schaltuhr, einem Thermostaten, einem Kontaktmanometer usw., zugeordnet. Der von
der Hauptwalze gegebene Kontakt wird erfindungsgemäß zweckmäßig durch Quecksilberröhre@mlmutakte
erzeugt. Erfindungsgemäß werden die Röhrenlkontakte nicht unmittelbar mit der Schaltwalze
verbunden, sondern von dieser aus durch bewegliche Zwischenorgane betätigt. Erfindungsgemäß
werden die Röhrenkontakte z. B. neben- und übereinanderstehend in einem Schaltkasten
angeordnet, in dem sie durch von der Schaltwalze betätigte bewegliche Hubstäbe programmäßig
gehoben und gesenkt werden.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausiführungsbeispiele der Erfindung
schematisch dargestellt.
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Fig. i zeigt ein Schaltbild für eine erfindungsgemäß ausgestaltete
Programmregelung eines chemischen Prozesses, bei dem :die Zeiten irgendwelcher Behandlungen
oder Vorgänge, die Temperaturen, der Druck sowie Art und Menge der zugeführten oder
abgeführten Stoffe, z. B. Wasser, Chemikalien, Dampf usw" programmäßig geregelt
werden sollen; Fig.2 zeigt eine zur Durchführung solcher Regelung dienende Programmwalze
mit zugehörigen Kontakten; Fig. 3 zeigt Aden Schaltmechanismus einer Programmwalze
-gemäß Fig. 2; Fig. 4 zeigt in Ansicht die Aushebevorrichtung für die Kontakte;
Fig. 5 zeigt in Seitenansicht,die Anordnung der Kontakte; die Fig. 6 bis i i zeigen
verschiedene Formen der Schaltlamellen, die die Zwischenglieder der Schaltwalze
und der einzelnen Röhrenkontakte bilden; Fig. 12 veranschaulicht in Seitenansicht
eine verstellbare Scheibe der Schaltwalze; Fig. 13 ist ein Querschnitt nach Linie
A-B in Fig. 12; die Fig. 14 und 15 zeigen die zur Verstellung,dieser Schaltwalzenscheibedienenden
Stopfen; Fig. 16 veranschaulicht beispielsweise eine besondere Ausbildungsform der
Röhrenkontakte mit ihren Trägern im Schnitt; die Fig.17 und 18 veranschaulichen
dieArbeitsweise des Synchronmotors und des Klinkmagneten, die erste in Stirnansicht
auf die Zeitwalze, die zweite in Seitenansicht.
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Im einzelnen bezeichnet in Fig. i das Bezugszeichen i die von der
Hauptschaltwalze aus betätigtenKontakte, die zurRegelung der Zeit-dienen. Die Gruppe
der Kontalkte 2 dient zur Regelung der Temperatur, die Gruppe der Kontakte 3 zur
Regelung des Drucks. Die Kontakte 4 regeln die Menge, die Kontakte 5 z. B. :die
durch die Menge der eingesetzten Stufe bedingte Menge eines Lösungsmittels, die
Kontakte 6 z. B. die Auswahl und Menge gewisser Zusatzchemikalien, die Kontakte
7 t irgendwelche weiteren Komponenten, z. B. Signale oder automatisch funktionierende
maschinelle Vorn g änge.
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Zu jeder Kontaktgruppe oder .zu einzelnen oder mehreren Kontaktgruppen
ist ein sekundäres Wahlsystem in Form einer Schalttafel zugeordnet in der Weise,
daß ,z. B. jedem durch die Hauptwalze geschalteten Arbeitsgang der Zeit eine bestimmte
Anzahl von sekundären Schaltstellungen, in z. B. einfachster Form von Stöpselstellungen
8, entspricht. In ähnlicher Weise sind jedem Arbeitsgang der Temperaturgruppe der
primär geschalteten Kontakte sekundäre Auswahlstellungen 9 zugeordnet usw.
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Die sekundären Schaltstellungen der Zeitgruppe entsprechen dem zugehörigen
Zeitwert io an der Schaltuhr, während die sekundären Kontakte 9 entsprechenden Temperaturwerten
i i an einem Kontaktthermometer oderThermostaten, die sekundären Kontakte des Druckbereichs
entsprechenden Druckwerten 12 an einem Kontaktmanometer, die sekundären Mengenkontakte
entsprechenden Werten 13, z. B. an einem Behälterstandskontaktgeber, zugeordnet
sind. Die sekundären Kontakte der Mengeneinstellung der Lösungsmittel sind durch
entsprechende Phasenschaltung mit der Mengenregelunng derart gekoppelt, daß über
Relais 14 die Ventile r5, z. B. eines Mischbehälters. gesteuert werden. Die sekundären
Kontakte der Chemikalien steuern ,z. B. Klappen 16 eines Behälters.
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Nach den Fig. 2. bis 5 wird die Walze 17 vermittels der am Klinkenträger
18 'befestigten Klinke i9 und ,des mit (der Walze verbundenen Klinkenrades 2o schrittweise
entsprechend dem eingestellten Zeitprogramm weitergeschaltet. "Die Walze 17 betätigt
vermittels einer weiter unten beschriebenen Ausbildung und Einstellung ihres Profils
die Hublamellen 2;i, durch welche die Röhrenkontakte 22 eingeschaltet werden. Die
Schaltung erfolgt z. B. in der Weise, daß die um ihre Drehpunkte 23 schwenkbaren
Röhrenträger 24 die Röhren in -ihre Schaltstellung auf Aden vorspringenden Armen
2:5 der Hublamellen kippen, sobald das untere Ende 26 der betreffenden Hublamelle
in eine eingestellte Vertiefung 27 der Schaltwalze einfällt.
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Die Füg. 6 bis i i zeigen die AusbCdung der Hublamellen für verschiedene
Fälle.
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Fig. 6 bezeichnet die Ausbildung einer Hublamelle für den Fall, daß
alle vier Röhrenkontakte gleichzeitig geschaltet werden sollen, wenn die Hublamelle
in eine Vertiefung der Walze einfällt.
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Fig. 7 zeigt eine Ausbildung der Hublamellen, bei welcher in diesem
Falle nur die unterste Röhre geschaltet wird.
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Gemäß Fig. 8 wird die zweitunterste Röhre geschaltet, während der
untere Arm der Hublamelle zum Angriff der Aushebevorrichtung dient.
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Gemäß Fig. 9 wird die drittunterste und gemäß Fig. io die oberste
Röhre geschaltet.
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Gemäß Fig. i i können drei Röhren zu gleicher Zeit geschaltet werden.
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Um einen Weitertransport der Walze auch dann zu - ermöglichen, wenn
die Hublamellen in die
Walzenvertiefungen eingefallen sind, ist
eine Hubvorrichtung, z. B. gemäß Fig. 4, vorgesehen, die beim Anziehen des Klinkmagneten
27 in Tätigkeit tritt.
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Diese Tätigkeit erfolgt folgendermaßen: Der obere Teil 28 des Klinkenträgers
18 ist kurvenscheiben- oder nockenartig ausgebildet und hebt mit Hilfe einer Rolle
2g die um die Achse 30 drehbare Au:shebev orrichtung 31 an. Durch eine Zugfeder
32 wird die Kurvenscheibe wieder zurückgedreht, so daß nunmehr der Klinkenhebel
rg die Walze um einen Zahn weiteriklinken kann. Dabei fallen die Lamellen :2.i wieder
a:uf die Walze und treten in die gegebenenfalls vorhandenen Vertiefungen ein.
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Die jeweilige Stellung der Walze kann z. B. auf ihrer Stirnseite :durch
eine Skala angezeigt werden. Die Einrichtung der Walze und ihre Ausbildung, z. B.
miit Kurven, Erhebungen oder Vertiefungen, die zur Steuerung der Hublamellen dienen,
können an sich beliebig sein. Man kann z. B. auch eine auswechselbare oder in an
sich Sbekannter Weise aus auswechselbaren Scheiben aufgebaute Walze verwenden.
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Erfindungsgemäß wind eine besonders leicht zu handhabende Variabilität
der Walzenverstellung .dadurch erzielt, daß man die Walze in folgender Weise ausbildet:
Die den einzelnen Hubl:amnellen zugeordneten Walzenscheiben oder -schichten, die
im allgemeinen nicht auswechselbar angeordnet zu sein brauchen, send mit aus Fig.
12 ersichtl-i(chen Vertiefungen 33 in Form ausgefräster Felder beliebigen, zweckmäßig
viereckigen Querschnitts verseben. Neben diesen Aussparungen 33 bleibt jeweils die
dünne Rückwand 34 der Scheiben stehen, in der aber wieder zwei Querlöcher 35 .und
36 angebracht werden. Die freie Seite der Aussparungen wird durch die Rückwand 37
der benachbarten Scheiben abgedeckt. In diesen Aussparungen sind die Stopfen
38 gemäß Fig. 14 und 15 eingelassen, die mit einem verbreiterten Bund 39
sowie .mit einer warzenartigen Erhöhung 4o versehen sind.
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Die Stopfen 38 werden in die Aussparungen 33 in der aus 41 ersichtlichen
Weise eingesetzt. In dieser Stellung werden sie durch .die .in die erste Öffnung
35 eingetretene Warze 40 gehalten.
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Aus dieser Stellung werden die Stopfen nach Wahl entsprechend dem
vorliegenden Programm durch einen auf sie in radialer Richtung ausgeübten Druck
in die Stellung 42 geschoben, in welcher die Warze 40 in die zweite Öffnung 36 sich
einsetzt. Dies ist alsdann die Arbeitsstellung des betreffenden Stopfens. In die
nunmehr an der Oberfläche der Walze erscheinende Vertiefung 43 fällt die Hublamelle
bei der Drehung der Walze ein, so daß die entsprechende Schaltung der Röhrenkontakte
erfolgt. Die Druckfedern 44 dienen dazu, um nach Aufhebung der durch Eintritt der
Warzen 40 in die Öffnungen 36 bewirkten Sperre die Stopfen wieder in die ursprüngliche
Stellung z:urückz.uführen. Um dabei eine noch größere Variabilität und Ko,mrbinationsmöglichkeit
der Schaltstellungen in den verschiedenen Walzenschlichten oder -schei:ben zu ermöglichen,
ist die gesamte Walze aus Scheiben aufgebaut, die nicht fest mit der Walzenachse
45 verbunden sind. Um dennoch eine sichere Einstellung der Scheiben gegeneinander
und gegenüber der Walzenachse 45 zu ermöglichen, sind die Scheiben mit einer Anzahl
von konzentrisch zur Walzenachse 45 angeordneten Löchern 46, 47 versehen. Durch
eines dieser Löcher der Walzenscheiben ist ein Bolzen hindurchgeführt, der auch
durch die entsprechend eingestellten Löcher der anderen Walzenscheiben hindurchgeht
und an Endscheiben befestigt ist, von denen die eine: starr, die andere unverdrehbar,
jedoch längs verschie'blich mit,der Walzenachse veribunden ist. Jede solche Stellung
entspricht einer bestimmten Schaltungskombination an der Oberfläche der Walze. Durch
. drei der erwähnten Löcher sind lange Spiralfedern geführt, welche durch sämtliche
Scheiben hindurchgehen und mit den an den Stirnseiten angeordneten Endscheiben verbunden
sind. Diese Federn dienen .dazu, die Scheiben zusammenzupressen, wobei jedoch ,durch
die eine nachgiebig verschie(blich angeordnete Endscheibe eine Lockerung der Scheiben
so weit ermöglicht wird, -daß die eingedrückten Stopfen an beliebiger Stelle aus
ihrer Verklinkung gelöst werden können. Auf diese Weise kann die. Walze mit einer
Anzahl von Scheibenstellungen ausgerüstet sein, die z. B. der Anzahl der Zähne entspricht.
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In Fig. 16 .ist eine (besondere Ausbildungsform der Röhrenkontaktträger
veranschaulicht. Die Röhre 22 ist hier in einer Halbschale 48 gelagert, ,die auf
einem nach der einen Seite vorragenden Blechstreifen 49 -sitzt. Das Ganze -ist mit
Hilfe der Lagerösen 5o, 5 i auf einer Achse 52 klappbar angeordnet.
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Der nach der Seite vorragende Blechstreifen 4g arbeitet mit einer
seitlich angeordneten Hublamelle zusammen. Auf diese Weise wird es z. B. gemäß dem
in Fig. 2 dargestellten Schema mögliich, die drei obersten Röhren mit je einer seitlich
angeordneten Hublamelle einzeln zu schalten und dabei d lese drei Hublamellen dicht
nebeneinanderzulegen und gewissermaßen zu einem Bündel zu vereinigen, während die
,unterste Röhre durch eine auf ihrer Stirnseite -angeordnete Hublamelle, (die gemäß
Fig. 7 gestaltet ist, geschaltet wird. Durch die besondere Lagerung der Röhrenkontakte
gemäß Fig. 16 mit nach der Saite vorragendem Streifen wird also.eine besonders gedrängte
Bauart der gesamten Schaltanordnung ermöglicht, die bei der großen Zahl der zu gruppierenden
Kontakte und Hilfsorgane von besonderer Bedeutung ist.
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Es !bleibt noch der Vortrieb oder die Weiterschaltung der Schaltwalze
17 zu erläutern. Dieser Antrieb kann kontinuierlich btzw. gleichmäßig wie auch diskontinuierlich
und ungleichmäßig erfolgen. Ein kontinuierlicher Vortrieb der Schaltwalze unter
Weiterschaltung, von Minute zu Minute, wie er bereits ausgeführt worden ist, hat
den Nachteil, daß idie Walze mit verhältnismäßig großem Umfang ausgebildet werden
muß, @da in diesem Falle eine sehr große Zahl von Schaltstellen auf ihr
untergebracht
werden muß. Gemäß der Zeichnung erfolgt ,der Vortrieb der Walze 17 idurch den Klinkmagneten
27, der seinerseits durch die Zeitwalze 53 einer Schaltuhr und ihrer entsprechenden
Kontakte ausgelöst wird.
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Diie der Einfachheit halber auf der Schaltwalze angeordnete Schaltuhr
besitzt Kontaktorgane, die gleichartig wie die Kontaktorgane der Schaltwalze ausgebildet
sind.
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In Fig. 17 und 18 ist (die Arbeitsweise (des Klinkmagneten nm einzelnen
veranschaulicht.
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Durch einen Synchronmotor 54 wird vermittels einer Zahnradübersetzung
55, 56 die Zeit`valze 53 angetrieben. Die Zeitwalze ist mit der Zeit entsprechenden
Arbeitsbahnen 57 versehen, denen je eine Röhre zugeordnet ist. Bei der Drehung der
Zeitwalze werden die ihren Zeitbahnen zu.georidneten Röhren im Abstand von je einer
Minute nacheinander eingeschaltet.
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Indem obenerwähuten sekundären Wahlsystem, z. B. auf dem den Kontaktröhren
der Zeitwalze nachgeordneten Stöpselbrett, wind eine bestimmte Röhre durch entsprechende
Stäpselste.llungderart ausgewählt, daß bei Einschaltung dieser Röhre der Stromkreis
des Klinkmagneten geschlossen wird. Der Zeitpunkt dieser Betätigung d@es.Klinkmagneten
wird durch die vorerwähnte Zeitkurve und den ihr zugeordneten, .im sekundären Wahlsystem
bestimmten ausgewählten Röhrenkontakt [bedingt.
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Wenn rder K linkmagnet 27 unter Strom gesetzt wird; so wind die Verlängerung
58 des Magnetankers in der Pfeilrichtung 59 um eine Strecke bewegt, die d urch die
Zahnteilung (des Schaltrades 2o bestimmt ist. Diese Strecke entspricht der Aussparung
6o in der Verlängerung ,des Magnetankers.
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Der Synchronmotor 54 sitzt zwischen den Halteplatten 61, 62, die auf
der Achse 63 schwenkbar angeordnet sind. Durch die beiden Halteplatten 6.1, 62 führt
ferner eine Achse 64 hindurch,.die in die Aussparung 6o der Ankerverlängerung 58
eingreift. Bei Anziehung ,des Magnetankers wird durch Zusammenwirken der Aussparung
6o und der Achse 64 eine kleine Schwenkung (des Synchronmotors in der Richtung .des
Pfeiles 65 bewirkt, die hinreicht, um die Verzahnung des Motorritzels 55 mit dem
Zahnrad 56 aufzuheben. In diesem Moment dreht sich die frei gewordene Zeitwalze
53, durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Rückstellfeder angetrieben, auf
die Nullstellung zurück. Da unmittelbar hierauf, gegebenenfalls unter geringer Verzögerung
durch ein Verzögerungsrelais, die Ausschaltung des Stromkreises (des Klinkmagneten
erfolgt, geht die Ankerverlängerung 58 unter der Wirkung,der Feder 66 in ihre Anfangsstellung
zurück, so daß der Synchronmotor mit seiner Verzahnung 55 wieder in das Zahnrad
56 eingreift.
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Das beschriebene Verfahren nebst Vorrichtung kann vorteilhaft bei
allen technischen Prozessen, wüe z. B. Behandlung von Textilien, Herstellung oder
Behandlung von Gummierzeugnissen, Kunststoffen, komplizierten organischen Verbindungen,
Behandlung von Leder, Kunstleder, Faserstoffen, bei metallurgischen Prozessen' wie
überhaupt in allen Fällen Verwendung finden, in denen irgendwelche Vorgänge physikalisch-chemnischer
Natur in Abhängigkeit von der Zeit,, periodisch oder aperiodisch, unter gleichzeitiger
Einstellung mehrerer für den Vorgang wichtiger Komponenten, wie Temperatur, .Druck,
Auswahl und Menge von Stoffen u. (dgl., geregelt werden sollen.
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Das beschriebene Verfahren sowohl wie auch die zu seiner Durchführung
dienenide Anordnung lassen sich mannigfach im Rahmen der wesentlichen Erfindungsgedanken
abändern und ausgestalten. Wesentlich ist das zwischen das primäre Steuer-Organ
(Schaltwa1z,e) und die einzelnen Regler eingeschaltete sekundäre Wahlsystem, ;das
eine außerordentliche Vergrößerung der Einstellauswahl unter Zusammendrängung ider
Schaltorgane auf kleinstemkaum ermöglicht. Besondersz.weckmäßig im Rahmen der Erfindung
ist dabei ,die Verwendung der Röhrenkontakte, die man bisher bei iderartigen Programmregelungen
wegen ihrer an sich raumerfordernden Ausbildung üblicherweise nicht anwandte. Die
Röhrenkontakte haben aber gerade für aderartige Programmregelungen z. B. in feuchten
Räumen den Vorzug, daß sie raumklimatischen Einflüssen nicht unterliegen, so @däß
Explosionsgefahren gegebenenfalls weitgehend vermieden werden. Im Rahmen der Erfindlung
kann trotz Vergrößerung der Variationsmöglichkeiten infolge der Einschaltung des
sekundären Wahlsystems ihre Anzahl wesentlich verringert werden, wozu noch ihre
geidrärngte und raumspaTendeA.nordnung unter Benutzung der erfindungsgemäßen Ausbildung
der Schaltorgane, insbesondere auch der Hublamellen, tritt.
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Das erfindungsgemäß vorgeschlagene sekundäre Wahlsystem hat insbesondere
in seiner stillstehenden Ausbildung den Vorzug besonderer Empfindlichkeit, da keine
beweglichen Teilei der Schaltwalzeneinrichtung zu seiner Bedienung benutzt werden.
Außeridem besteht durch die Verwendung handelsüblicher Klinkenstreifen mit Stöpseln
für das sekundäre Wahlsystem die Möglichkeit, ein entsprechendes Programm mit einem
einzigen Handgriff zu schalten, indem man Gegenplatten bleicher Lochzahl herstellt,
welche die Stöpsel bereits in der prclgrammäßi!gen Stellung enthalten.
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Bei der .praktischen Ausführung der Erfindung erweist sich ferner
@die beschriebene Ausbildung einer Schaltwalze mit versenkbaren Stopfen besonders
vorteilhaft, da auf diese Weise sowohl eine etwaige Änderung der Walze selbst wie
auch die Übertragung ihmer Profilierung mit Hilfe der erfindungsgemäß ausgebildeten
Hublamellen auf das Röhrenkontaktsystem besonders vereinfacht wird. Im übrigen kann
das sekundäre Wahlsystem auch mit einer anderen Ausbildung der Schaltwalze betätigt
werden.