DE2816871A1

DE2816871A1 - Vorrichtung und verfahren zur ueberwachung eines materialstroms

Info

Publication number: DE2816871A1
Application number: DE19782816871
Authority: DE
Inventors: Dennis William Holdsworth
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-04-19
Filing date: 1978-04-18
Publication date: 1978-10-26
Also published as: SE7804316L; JPS53131663A; NL7804106A; BE866086A; FR2388338A1; GB1603697A; CA1164971A

Description

Dennis William Holdsworth, 33 Old Farm Road, Dover, Massachusetts, 02030, USA und

Ernst Adler, Woodehester Drive, Chestnut Kill (Newton), Massachusetts 02167, USA

Vorrichtung und Verfahren zur überwachung eines Materialstroms

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Überwachung eines Stroms von strömungsfähigem Material bei dessen Lieferung zu einer Aufnahmestation.

Die hier angegebene Vorrichtung ist speziell ausgelegt zum Streuen einer Masse von Sand und/oder Salz auf Hauptverkehrsstraßen, Flugplatzrollbahnen und dergleichen. Die Erfindung kann aber auch zum Streuen von Dünger oder anderem Material auf andere Flächen als gepflasterte Flächen verwendet werden. Eine derartige Vorrichtung ist nicht neu, vgl. die US-PS

2 256 655, 2 660 439, 3 232 626, 3 550 866, 3 677 540, 3 744 993,

3 756 509, 3 769 737. Die in diesen Patentschriften dargestellten Vorrichtungen bewirken eine gleichmäßige Verteilung durch Erhöhung der Geschwindigkeit eines Förderers, wodurch das Material proportional zu jeder Erhöhung der Grundgeschwindigkeit des Fahrzeugs zu einem Verteiler geliefert wird. Die Wirksamkeit einer solchen Vorrichtung hängt davon ab, daß der Förderer ein konstantes gegebenes Materialvolumen liefert. In der Praxis liefert aber der Förderer nicht immer dieselbe Masse bei einer gegebenen Geschwindigkeit des Förderers, weil es sich um ein Volumensystem handelt. Das Material kann auch im Einfülltrichter zusammenbacken und nicht frei auf den Förderer strömen, weil Hindernisse,wie gefrorene Klumpen aus Salz und Sand und/oder

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Gestein das Material auf dem Förderer zurückhält, so daß dieser die aewünschte Materialmenge· nicht liefert. Ein solches System

.(SteuerkreisJ, ist ein'Offener Regelkreis¹/ da vom gehandhabten tatsächlichen Material kein Fehlersignal abgeleitet wird. Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung mit geschlossenem Regelkreis zur Lieferung einer gewählten Materialmasse je Einheit zu tefahrender Auftreffläche, und zwar trotz derartiger Hindernisse bei der Lieferung des Materials zum Verteiler. Weitere Ziele liegen in Vorkehrungen für folgendes: durch den Fahrer erfolgende Wahl der je Flächeneinheit zu verteilenden Masse, Vorrangsteuerung, durch die die Bedienungsperson willkürlich die Strömungsgeschwindigkeit erhöhen kann, um einem außergewöhnlichen Bodenzustand Rechnung zu tragen, sichtbare und hörbare Signale, die dem Fahrer den Ausfall oder eine Verringerung der Strömung anzeigen, und eine Anzeigevorrichtung für das Gesamtgewicht des zu einer gegebenen Zeit verteilten Materials.

Die dargestellte Vorrichtung enthält in Verbindung mit einem Kraftfahrzeug folgendes: einen Verteiler, einen Förderer, etwa ein endloses Band, der aber auch eine Schnecke nach Art einer archimedischen Schraube sein kann, zur Lieferung des Materials zum Verteiler, eine zwischen dem Förderer und dem Verteiler gelegene Einrichtung zur Bewegung der vom Förderer zum Verteiler gelieferten Materialmasse und zur Erzeugung eines hierzu proportionalen Signals, eine Einrichtung zur Messung der Grundgeschwindigkeit des Fahrzeugs und zur Erzeugung eines hierzu proportionalen Signals, eine Einrichtung zum Vergleichen der Signale und eine auf die verglichenen Signale ansprechende Einrichtung zur änderung der Geschwindigkeit des Förderers zur Kompensierung von Änderungen der Grundgeschwindigkeit des Fahrzeugs. Die zwischen dem Förderer und dem Verteiler gelegene Einrichtung zur Messung der vom Förderer zum Verteiler gelieferten Materialmasse enthält eine geneigte Sensorplatte, deren oberes Ende angrenzend an das Auslaßende des Förderers gehalten wird, und einen geneigten Sensor, der angrenzend an das untere Ende der Ablenkplatte in geneigter Lage in einer

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solchen Stellung angelenkt ist, daß das untere Ende der Ablenkplatte mittels Schwerkraft das Material auf die Sensorplatte angrenzend an deren Schwenkachse liefert, wobei die Sensorplatte entgegengesetzt zur Neigung der Ablenkplatte geneigt ist. Die Ablenkplatte und die Sensorplatte sind etwa um 45° geneigt. Zusätzlich zum Richten des Materialstroms auf den richtigen Teil der Sensorplatte liegt die Wirkung der Ablenkplatte darin, die Wirkung der Aufprallkräfte auf die Messung der Geschwindigkeit des Massenstroms zu beseitigen, da bei unterschiedlichen Maschinengrößen die freie Fallhöhe vom Förderer zum Sensor sich beträchtlich verändert. Es ist ein Fülltrichter vorgesehen zum Halten einer Materialmenge, wobei der Förderer unterhalb des Fülltrichters getragen wird und sich dessen aufnehmendes Ende in einer solchen Stellung befindet, daß es aufgrund der Schwerkraft Material aus dem Fülltrichter aufnehmen kann. Eine senkrecht angeordnete Entladekammer ist mit ihrem oberen Ende angrenzend an den Fülltrichter und mit ihrem unteren Ende angrenzend an den Verteiler angeordnet. Die Kammer enthält an ihrem oberen Ende eine Seitenwandöffnung, durch die hindurch sich das Entladeende des Förderers erstreckt, durch das das dem Fülltrichter entnommene Material in das obere Ende der Kammer geliefert wird. Die Ablenkplatte und der Sensor sind unter dem Entladeende des Förderers in der Kammer gelegen und entgegengesetzt geneigt. Ferner sind vorgesehen: eine handbetätigte Einrichtung zur Erhöhung oder Herabsetzung der Masse je Flächeneinheit bei jeder gegebenen Grundgeschwindigkeit des Fahrzeugs, eine Einrichtung zur Beseitigung von Signalen kurzer Dauer aufgrund einer plötzlichen Beschleunigung oder Verzögerung des Fahrzeugs und/oder aufgrund von kurzzeitigen Behinderungen in der Zufuhr vom Förderer, und eine Einrichtung zur Erzeugung einer kurzzeitigen Zunahme oder Abnähme der Vorschubgeschwindigkeit für außergewöhnliche Zustände. Es sind auch Signallichter und akustische Warnvorrichtungen vorgesehen, die solche Zustände anzeigen, wie den Ausfall der Förderung aufgrund von Hindernissen und eines entleerten Fülltrichters. Die Vorrichtung ergibt eine Steuerung der Materiallieferung von einem sich

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bewegenden Fahrzeug unter Verwendung einer Rückkopplungssteuerung mit geschlossenem Regelkreis. Das Fehlersignal zum Schließen des Regelkreises wird abgeleitet von einer kontinuierlichen Messung der tatsächlichen Geschwindigkeit des Massenstroms des Materials, verglichen mit der gewünschten oder berechneten Geschwindigkeit des Massenstroms über einen Bereich von Fahrzeuggeschwindigkeiten. Die Fahrzeuggeschwindigkeit wird gemessen und zur Abänderung der gewünschten Geschwindigkeit des Massenstroms verwendet zur Erzielung einer gesteuerten Masse je Bodenflächeneinheit.

Die Erfindung v/ird anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Draufsicht von Fig. 1;

Fig. 3 einen senkrechten Teilschnitt eines Teils des Förderers, der Ablenkplatte, der Sensorplatte und des Verteilers;

Fig. 4 einen senkrechten Schnitt 4-4 von Fig. 3; Fig. 5 einen waagerechten Schnitt 5-5 von Fig. 3; Fig. 6 einen senkrechten Schnitt 6-6 von Fig. 3; Fig. 7 ein Blockdiagramm der Steuerung;

Fig. 8 einen schematischen Schaltplan der Steuerung von Fig. 7.

Fig. 1 und 2 zeigen schematisch in Seitenansicht und Draufsicht ein Kraftfahrzeug mit einem Rahmen 1, mit vorderen und hinteren Rädern 12 bzw. 14 und mit einem Triebwerk in Form eines Motors E. Ein mit einer weiten öffnung versehener Füll-

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trichter 18 ist hinter einem Fahrerhaus am Rahmen befestigt. Hinter dem Fülltrichter befindet sich eine senkrecht angeordnete Kammer 20 mit etwa rechteckigem waagerechten Querschnitt. In diese Kammer wird das zu streuende Material von einem unter dem Fülltrichter liegenden Förderer 22 geliefert. Arn unteren Ende der Kammer 20 befindet sich ein Verteiler 24, auf den das Material abgelegt wird.

Der Förderer 22 ist ein endloses Band mit parallel im Abstand befindlichen Latten 26. Das Band wird um zwei in Längsrichtung im Abstand angeordnete parallele Walzen mitgenommen, von denen eine von einem Motori;„ angetrieben wird. Der Förderer 22 kann auch eine Förderschnecke sein. Das obere Trumm des Bands tritt durch einen Schlitz 30 in das linke Ende des Fülltrichters ein, bewegt sich längs der Unterseite 32 des Fülltrichters und verläßt diesen durch eine Öffnung 34 am rechten Ende des Fülltrichters, vgl. Fig. 1. Die senkrechte Höhe der öffnung 34 ist durch ein Abstreifmesser 36 vorgegeben. Im Fall eines Schneckenförderers ist die Auslaßöffnung fest und kann nur die Vorschubgeschwindigkeit gesteuert werden.

Gemäß Fig. 3 und 4 weist die Kammer 20 in der Nähe ihres oberen Endes eine Öffnung 38 auf, durch die sich das Lieferende des Förderbands 22 erstreckt, so daß die Drehung des Förderbands das Material vom Boden des Fülltrichters in das obere Ende der Kammer 20 fördert, wo es entleert wird und in der Kammer 20 durch Schwerkraft abwärts zum Verteiler 24 fällt.

Der Verteiler 24 hat die Form einer flachen Scheibe, auf deren Oberseite radiale Flügel 40 (Fig. 3 und 4) angeordnet sind und die am unteren Ende einer Welle 42 befestigt ist. Diese Welle ist in geeigneten Lagern in der geometrischen Mitte der Kammer 20 drehbar gelagert. Ein mit der Welle 42 verbundener Motor M₃ sorgt für eine Drehung des Verteilers.

Erfindungsgemäß sind in der Kammer 20 eine geneigte Ablenkplatte 44 und eine geneigte Sensorplatte 46 vorgesehen, vgl.

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Fig. 1, 3 und 4. Die geneigte Ablenkplatte 44 ist gemäß Fig. 3 und 4 an ihrem oberen Ende an einem Stab 48 unmittelbar unter dem einwärts ragenden Ende des Förderbands befestigt, wobei das untere Ende unter einem Winkel von etwa 45° zur gegenüberliegenden Wand abwärts ragt. Der untere Teil der Ablenkplatte 44 enthält eine öffnung 50 zur Aufnahme der Welle 42. Die Sensorplatte 46 ist unter der Ablenkplatte an der der Ablenkplatte gegenüberliegenden Seite der Kammer an einem Halter 52 befestigt. Dieser Halter weist einen in der Kammer gelegenen Teil 54 auf, an dem die Sensorplatte durch Befestigungsmittel 56 befestigt ist, und weist einen Teil 58 auf, der sich durch eine Öffnung 60 in der Wand der Kammer erstreckt und von einer Welle 61 drehbar gelagert ist. Die Enden der Welle 61 sind durch zwei parallele senkrecht angeordnete Halteplatten 62 an der Außenseite der Kammer festgelegt. Die Sensorplatte 46 wird normalerweise unter einer Neigung von etwa 4 5° von einem senkrechten Stößel 64 gehalten, der aus dem unteren Ende eines Hydraulikzylinders 66 ragt. Der Hydraulikzylinder wird zur seitlichen Einstellung gegenüber dem Teil 58 des Halters 52 durch eine Platte 68 mit zwei Langlöchern 70 zur Aufnahme von Schrauben 72 gehalten und wird durch diese Schrauben an eine der Platten 62 befestigt. Das untere Ende der Sensorplatte 46 enthält eine öffnung 74 zur Aufnahme der Welle 42. Es ist erwünscht, daß der nach außen ragende Teil 58 des Halters, der Stößel 64 und der Hydraulikzylinder 66 in einem Gehäuse 76 eingeschlossen sind, das an der Außenseite der Kammer 20 befestigt ist. Selbstverständlich ist dies nur eine Art eines Umformers, der vom Teil 58 betätigt werden kann. Der verwendete Umformer mißt vorzugsweise Kräfte ohne merkliche Auslenkung. Aufgabe ist die Messung des Drucks, der durch die die Platte abwärtsgleitende Materialmasse bedingt ist, ohne daß eine merkliche Auslenkung der Platte erzeugt wird, da dies bei der Messung einen Fehler erzeugt, der proportional dem tan θ ist und korrigiert werden muß.

Die Ablenkplatte 44 und die Sensorplatte 46 sind so bemessen, daß sie sich über die ganze Breite der Kammer erstrecken, d.h.

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gemäß Fig. 4 von der einen Seite zur anderen, und daß sie sich in einem solchen Ausmaß überdecken, daß das untere Ende der Ablenkplatte 44 dicht am oberen Ende der Sensorplatte 46 liegt und das untere Ende der Sensorplatte 46 etwa in der Mitte der Kammer endet.

Das durch die Vorrichtung zu verteilende Material v/ird durch die Seitenwandöffnung 38 an der Oberseite der Kammer 20 geliefert und fällt frei auf die obere abfallende Fläche der Ablenkplatte 44, worauf es auf dieser abwärtsgleitet auf die entgegengesetzt geneigte nach oben weisende Fläche der Sensorplatte 46. Aufgrund der Anordnung der Platten 44 und 46 wird das von der Ablenkplatte 44 auf die Sensorplatte 46 abwärtsgleitende Material auf der Sensorplatte ziemlich dicht an der Achse der Welle 61 abgelagert. Dies ist die Schwenkachse, an der die Sensorplatte schwenkbar und somit ohne wesentliches durch den Aufprall bedingtes Schwenkmoment gelagert ist. Im Anschluß an die Ablage auf der Sensorplatte 46 gleitet das Material auf dieser abwärts und fällt durch Schwerkraft auf die Oberseite des Verteilers 24. Zum Rückführen jeglichen Materials, das sich über das untere Ende der Sensorplatte 46 hinausbewegt hat, ist an der Unterseite der Kammer eine entgegengesetzt geneigte Schürze 76 'vorgesehen.

Der Stößel 64 des Hydraulikzylinders 66 bildet eine Form von Abfühleinrichtung, die durch die Schwenkeinrichtung der Sensorplatte 46 in Abhängigkeit vom Gewicht der darauf abgelagerten Masse wirkt und über einen Leiter 67 (Fig. 1) einem Komparator 78 (Fig. 1, 2 und 7) ein Signal sendet, das bei jeder gegebenen Zeit der Masse auf der Sensorplatte proportional ist. Da das Material dicht an der Schwenkachse der Sensorplatte abgelegt wird, ist die Wirkung der Aufprallkräfte im wesentlichen beseitigt, so daß die Abführvorrichtung nur Änderungen äex Masse angibt.

Zweck der Vorrichtung ist die Lieferung einer gewählten Materialmasse je Flächeneinheit unabhängig von der Grundgeschwin-

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digkeit des sich bewegenden Fahrzeugs. Demnach muß die Liefergeschv/indigkeit des Materials zum Verteiler mit den Änderungen der Grundgeschwindigkeit des Fahrzeugs abgeändert werden. Dies wurde bisher dadurch erreicht, daß die Geschwindigkeit des Förderers mit derjenigen des Fahrzeugs in Wechselbeziehung gebracht wurde. Dies erfolgte aber unter der Annahme eines gleichmäßigen ununterbrochenen Materialstroms vom Fülltrichter auf den Förderer und vom Förderer zum Verteiler. Dies ist aber nicht der Fall, da selbst bei einer Bewegung des Förderers mit einer gegebenen Geschwindigkeit das Zusammenbacken des Materials im Fülltrichter so stark ist, daß das Material nicht gleichmäßig vom Fülltrichter auf den Förderer strömt, oder sich Klumpen aus gefrorenem Salz und Sand und/oder Gestein am Abstreifmesser anhäufen, so daß nicht die gesamte Breite des Förderers in die Kammer entleert. Folglich ist eine derartige Steuerung unwirksam. Die im vorliegenden vorgesehene Steuerung beseitigt die Fehler dieser bisherigen Vorrichtung dadurch, daß die Masse an ihrem Lieferort zum Verteiler durch die Sensorplatte 46 gemessen wird, so daß, wenn die Masse an der Sensorplatte 46 von dem je Flächeneinheit als wünschenswert festgelegten Wert abweicht, ein Signal ausgesandt wird, durch das die Bewegungsgeschwindigkeit des Förderers erhöht oder vermindert wird, um nach Bedarf mehr oder weniger Material zu liefern. Hierzu ist eine Geschwindigkeitsmeßeinrichtung 80 vorgesehen, die vom Getriebe D oder einem Fahrzeugrad angetrieben v/ird, vgl. Fig. 1, 2 und 7. Die Geschwindigkeitsmeßeinrichtung 80 ist über ein Kabel 81 mit dem Komparator 78 verbunden zur Erzeugung von der Fahrzeuggeschwindigkeit proportionalen Signalen. Die beiden .Signale (eines vom Sensor 64, 66 und das andere von dei/digkeits meßeinrichtung 80) werden zur Erzeugung eines Fehlersignals am Komparator 78 kombiniert. Das Signal vom Komparator wird als elektrischer Strom über einen Leiter 82 zu einem Ventilgehäuse 84 mit Ventilen V₁ und V₂ übertragen. Das Ventil V, ist verbunden über eine Zufuhrleitung 86 mit einer Hydraulikpumpe P, die von der Brennkraftmaschine E angetrieben wird, und über eine Zufuhrleitung 88 mit dem Hydraulikmotor M₂, der das Förderband antreibt. Eine Rücklaufleitung 90 verbindet

den Hydraulikmotor M₂ mit der Hydraulikpumpe P. Das Ventil V₂ ist über eine Zufuhrleitung 92 mit dem Hydraulikmotor M₃ verbunden, der den Verteiler antreibt. Dieses Ventil V₂ kann von Hand eingestellt werden zur Vergrößerung oder Verkleinerung der Strömungsgeschwindigkeit zum hydraulikmotor M₃ und folglich zur Vergrößerung oder Verkleinerung der Drehzahl des Verteilers. Eine Rücklaufleitung 9 3 verbindet den Hydraulikmotor M₃ mit der Pumpe P.

Der Komparator 78 ist zusammen mit einer Steuertafel im Fahrerhaus angeordnet. Auf dieser Steuertafel ist ein EIN-AUS-Schalter 94 befestigt zur Inbetriebsetzung oder Abschaltung des Systems. Auf der Steuertafel befinden sich auch folgende Teile: ein Vollbetrieb-Schalter (blast switch) 106 zur Erhöhung der Liefergeschwindigkeit des Materials während einer kurzen Zeitdauer zur Berücksichtigung ungewöhnlicher Zustände, ein Fahrspurwähler 109 mit einem Schalter L zur Wahl der Anzahl der Fahrspuren, optische und akustische Signale zur Anzeige eines Lieferausfalls des Materials, sowie einer Entleerung des im Fülltrichter befindlichen Vorrats und eine Anzeigevorrichtung für das gesamte verteilte Gewicht.

Ein Blockdiagramm der Steuerung ist in Fig. 7 gezeigt, wobei die Signale aus den Masse- und Drehzahlmeßeinrichtungen 64, 66 und 80 jeweils vorbehandelt sind in ersten und zweiten

Keits Massefolgeeinrichtungen 94, 96, einem Geschwindig/generator 98 und einem Integrator 100, worauf sie im Komparatorkreis kombiniert werden. Der letztere betätigt über den Ausgangskreis 102 den elektrischen Getriebemotor M₃ zur Änderung des hydraulischen Druckmittelstroms zum Antriebsmotor M₂ des Förderers (und deshalb der Fördergeschwindigkeit und des Materialstroms). Die Masseinformation wird auch auf einen Zählrechner 104 gegeben, so daß das verteilte Material im Zähler 105 summiert wird.

Bei Abwesenheit eines Massestroms leuchtet ein rotes Licht R auf. Dieser Zustand ist zu erwarten, wenn das Fahrzeug stillsteht.

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Wenn sich das Fahrzeug bewegt,und entweder der Fülltrichter leer ist oder eine Blockierung den vorschriftsmäßigen Massestrom behindert, öffnet das Ventil V₁ ganz um

zu versuchen. ^x eine Korrektur dieses Zustands/ Der ganz offene Zustand des Ventils V₁ wird durch intermittierende Töne einer akustischen Alarmvorrichtung B angezeigt. Wenn das Ventil V, sich in einem ganz offenen Zustand befindet und kein Massestrom vorhanden ist, leuchtet das rote Licht R im selben Rhythmus wie die Alarmvorrichtung B auf.

Gewisse Zustände erfordern eine erhöhte Streugeschwindigkeit

vom Fahrer während einer kurzen Zeitdauer. Hierzu ist ein/druckknopfbetätigter Vollbetrieb-Schalter 106 und Vollbetrieb-Zeitgeber (blast timer) 108 vorgesehen. Ein kurzzeitiges Niederdrücken des Druckknopfs schaltet den Zeitgeber 108 für eine Dauer von beispielsweise 10 see ein, während dessen die Streugeschwindigkeit um (beispielsweise) 50 % erhöht wird. Ein dauerndes Niederdrücken des Druckknopfs hält die erhöhte Streugeschwindigkeit aufrecht und verzögert das Einsetzen der 10 sec-Zeitdauer bis der Druckknopf freigegeben wird. Ein gelbes Lichtsignal A zeigt den Zustand der erhöhten Streugeschwindigkeit an.

Die Einstellung der vorgegebenen Streugeschwindigkeit (normalerweise 84,6 kg/km = 300 Pfund/Meile) für unterschiedliche Straßenbreiten wird für zwei, drei oder vier Fahrspuren mittels eines Fahrspurwählschalters L gewählt.

Die in Fig. 1 bis 7 gezeigte Einrichtung zur Messung der Masse ist ein hydraulisch betätigter Bourdon-Druckmesser. Im Bereich der Erfindung liegt aber auch die Anwendung anderer Arten von Meßeinrichtungen, etwa ein Servosystem, ein Widerstandssystem oder ein hydraulisches Ventilsystem.

Die Steuereinrichtung wird gemäß Fig. 8 im einzelnen beschrieben. Die hydraulische Abfühleinrichtung 64, 66 verändert einen druckempfindlichen veränderlichen Widerstand R , dessen Wider-

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stand abnimmt, wenn die Masse auf der Sensorplatte 46 zunimmt. Diese Widerstandsänderung im Spannungsteilerkreis Rl» R^ gibt ein die Massenströmungsgeschwindigkeit darstellendes Spannungssignal auf einen Operationsverstärker U2, der eine einstellbare Spannung vom Potentiometer R5 aufweist, die so angelegt ist, daß sie die Ausgangsspannung Null setzt bei einer Massenströmungsgeschwindigkeit von der Größe Null auf der Sensorplatte 46. Der Ausgang von U2 wird auf einen Operationsverstärker U2-2 mit Einheitsverstärkung gegeben, der eine RC-Rückkopplung über einen Kondensator C2 und einen Widerstand R14 aufweist zum Glätten kurzer schneller MassesignalSchwankungen. Der Operationsverstärker U2-2 weist zugängliche überbrückungen 111, 112 auf, die durch Widerstände ersetzt werden können zur Eichung der tatsächlichen Masseströmung auf die Größe des Masseströmungssignals und der Signalveränderung. Auf diese Weise können die Liefergeschwindigkeiten für das durch das System verteilte Material gewählt werden, die von den oben angegebenen 84,6 kg/km abweichen.

Der Ausgang von U2 wird auch auf einen Zählrechner 104 gegeben, der aus Operationsverstärkern U4, U4-1, U4-2, U4-3 besteht. Der Operationsverstärker U4 bezieht das Masseströmungssignal für die Geschwindigkeit Null auf V/2, die halbe Zufuhrspannung, und hat eine Verstärkung von 1/3. U4-1 ist ein Integrator mit einem integrierenden Rückkopplungskondensator C3, der durch einen FET-Schalter Ql überbrückt ist. U4-2 hat einen Verstärkungsfaktor 3 für das integrierte Signal und gibt seinen Ausgang auf den Spannungskomparator U4-3, der so auf eine Spannung bezogen ist, daß er hin und her kippt, d.h. einen Vergleichsausgang erzeugt, jedesmal, wenn der Integrator U4-1 ein Signal gespeichert hat, das die Verteilung einer gegebenen Materialmasse von beispielsweise 4,5 kg darstellt. Ein Vergleichsausgang aus dem U4-3 wirkt über einen Transistor Q2 und macht Ql leitend, wodurch der- Integrationskondensator C3 auf Null zurückgesetzt wird und somit den Ausgang des !Comparators U4-3 auf logisch-0 zurückführt. Der Vergleichspuls aus U4-3 wird auch auf einen Transistor Q3 gegeben, der einen pulsdehnenden

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Koppelkreis aufweist, der ein Darlington-Paar Q4, Q5 antreibt, das den Puls als Zählung in einem Zähler 105 registriert,der vorzugsweise auf das Gewicht des verteilten Materials geeicht ist.

Ein am Fahrzeuggetriebe angeschlossener Geschwindigkeitssensor 112* erzeugt eine gegebene Anzahl von Schaltschließungen oder anderen Pulsbetätigungen je Straßenkilometer. Im vorliegenden System ist der Schalter 112'so angeordnet, daß er 3729 Pulse je Straßenkilometer (6000 Pulse je Straßenmeile) erzeugt. Folglich treten bei 18,6 km/h (30 mph) 19,3 (50) Pulse je Sekunde auf.

Die durch die Straßengeschwindigkeit erzeugten Pulse werden in einem Operationsverstärker U3 vereinheitlicht und auf einen Integrationskreis gegeben, der mit einem Operationsverstärker

U3-1 vereinigt ist, der einen Kondensator

an sexnem Eingang
C8/und einen Rückkopplungskondensator C9 aufweist. Die auf diese Weise aufgegebenen Pulse werden in ihrer Breite durch den Operationsverstärker U3 vereinheitlicht, wobei die Breite durch einen Wählschalter 113 einstellbar ist. Die durch den Wählschalter 113 eingeführten und entfernten Widerstände sind geeicht als Teil eines Spannungsteilereingangs zur Bezugseingangsklemme von Ü3 und entsprechen 2, 3 und 4 Fahrspurbreiten der Straße. Somit steht die Steuerung 113 im Fahrerhaus für den Fahrer des Fahrzeugs zur Verfügung zur Wahl, ob Material auf zwei Fahrspuren der Straße gestreut wird oder ob drei oder vier Fahrspuren bedeckt werden. In ähnlicher Weise kann das Rückkopplungsverhältnis für den Operationsverstärker U3-1 durch einen FET-Schalter U18 abgeändert werden in Abhängigkeit von einem Signal an einer Solenoidleitung 114. Dieses Merkmal wird in Fahrzeugen verwendet, die mit Differentialen mit veränderlicher übersetzung ausgerüstet sind, und zwar in Abhängigkeit vom Vorgang des Gangwechsels zur Änderung der Maßstabsfunktion des Operationsverstärkers U3-1 entsprechend den verschiedenen zurückgelegten Straßenkilometern bei einem speziell gewählten übersetzungsverhältnis im Differential.

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Somit ist das auf U3-1 gegebene Ausgangssignal vom Integrator C8, R98, R99 proportional der Straßengeschwindigkeit und kann kompensiert werden für ausgewählte Fahrspuren oder zu bedeckende Straßenbreiten und für die Differentialübersetzung des Antriebs.

Die Pulsbreite, die zur Erzielung einer der Straßengeschwindigkeit proportionalen Spannung integriert wird, kann durch Betätigung des FET-Schalters Q17 vorrangig gesteuert werden in Abhängigkeit vom Schließen des Vollbetrieb-Schalters 106, der im Fahrerhaus zur Verfügung steht. Das Schließen des Schalters 106 legt einen zu eirem Operationsverstärker U3-2 führenden Eingang an Masse, wobei der Ausgang dieses Operationsverstärkers über einen Trans±stor Q6 aufgegeben wird, um Ql7 nichtleitend zu machen. Bei Freigabe des Vollbetrieb-Schalters 106 hält ein Programmkreis (Zeitkreis) mit einem Widerstand R-39 und einem Kondensator C5 am Eingang von U3-2 den Schalter Q17 für eine gegebene Zeit nichtleitend, während sich der Kondensator C5 wieder auflädt. Somit ergibt ein kurzzeitiges Schließen des Vollbetrieb-Schalters 106 eine gegebene Zeitgabe für einen zusätzlichen Materialstrom, v/ährend ein Niedergedrückthalten des Schalters 106 die erhöhte Geschwindigkeit der Materialverteilung so lange aufrechterhält wie er niedergedrückt wird. Wie oben beim Betrieb unter Vollbetrieb-Schalterbedingungen für einen hohen Materialstrom beschrieben, wird das gelbe Anzeigelicht A im Fahrerhaus zur Anzeige eines solchen Zustands erregt.

Die Kombination des Masseliefersignals mit dem Straßengeschwindigkeitssignal erfolgt im Operationsverstärker Ü2. Das Signal aus der zweiten Massenfolgeeeinrichtung U2-2 wird als ein Eingang auf einen Operationsverstärker U2-3 gegeben, während der andere Eingang als Straßengeschwindigkeitssignal vom Operationsverstärker U3-1 geliefert wird. Für eine normale Straßengeschwindigkeit und normale Massenlieferung gleichen sich diese Signale an und ist der Ausgang des Operationsverstärkers U2-3 logisch-O.

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Der Ausgang von U2-3 wird auf entgegengesetzte Polarität aufweisende Eingänge von Spannungskomparatoren Ul-I, ül-2 gegeben, die Operationsverstärker sind, die an ihren anderen Eingängen unter Vorspannung stehen, um über ein geeignetes Ansprechschwellwert-Intervall nichtleitend zu sein, das durch Spannungsteilerwiderstände R56, R58 vorgesehen ist. Somit haben die Komparator-Operationsverstärker Ul-I und ül-2 für ein Signal logisch-0 von U2-3 Ausgänge mit logisch-O, wobei aufgrund des entgegengesetzte Polarität aufweisenden Anschlusses für die Eingangssignale hierfür nur einer der Operationsverstärker ül-1 oder Ul-2 bei irgendeiner gegebenen Zeit leitend wird. Wenn somit die Polarität des Signalausgangs von U2-3 gegenüber logisch-0 sich in einer Richtung ändert, erzeugt einer der Komparator-Operationsverstärker einen Ausgang logisch-1, wobei, wenn sich das Signal in der anderen Richtung ändert, der andere Komparator-Operationsverstärker einen Ausgang logisch-1 erzeugt. Die Ausgänge der Komparator-Operationsverstärker Ul-I und Ul-2 werden jeweils auf einen Ventilstellungskomparator mit Operationsverstärkern Ul-3 und ül-4 gegeben. Die anderen Eingänge zu den Komparatoren Ul-3 und Ul-4 werden von einem Potentiometer RV abgeleitet, das die Stellung des Steuerventils V, in Fig. 7 darstellt. Somit treibt ein Eingang logisch-1 zum Operationsverstärker Ul-3 das Steuerventil V₁ in die Öffnungsstellung, während die Bewegung des Ventils V₁ das Potentiometer RV zu dessen Endpunkt hin betätigt. Die Ausgangssignale aus den Ventil-Komparator-Operationsverstärkern Ul-3 und Ul-4 werden auf ausgeglichene Paare von Transistoren QIl, Q12, Q13 und Q14 über Kopplungs- und Treibertransistoren Q8, Q9, QlO und Q15 gegeben, die so geschaltet sind, daß sie als Umsteuerschalter für den das Ventil und das Ventil-Potentiometer RV steuernden Antriebsmotor arbeiten. Das Ventil ist somit so eingestellt, daß es die Materialmassenlieferung steuert durch Steuerung der Arbeitsgeschwindigkeit des vom Motor M- angetriebenen Förderers, wobei die Drehzahl dieses Motors entweder erhöht oder vermindert wird, solange ein bei unausgeglichenem Signal vorhandener Ausgang aus der Signalkombiniereinrichtung U2-3 größer als

das Ansprechschwellwert-Intervall für die Komparatoren Ul-I und ül-2 ist. Hat einmal die Betätigung der Ventile und die entsprechende Änderung der Massenstromlieferung die gewünschte Massenlieferung je Straßeneinheit erreicht, so vermindert die Schaltung den Ausgang des Signalkomparators U2-3 auf einen Wert innerhalb des Ansprechschwellwerts der Komparatoren Ul-I und Ul-2, wobei die Ventilstellung wie eingestellt bleibt, bis weitere Änderungen in den Arbeitsbedingungen auftreten, nämlich in der Straßengeschwindigkeit oder der Materiallieferung vom Förderer zum Massesensor 46. In ähnlicher Weise wird die Bewegung in Schließrichtung des Ventils V-^ durch den Operationsverstärker Ul-4 gesteuert. Zur Verhinderung eines fortgesetzten Betriebs des Ventilmotors M., wenn das Ventil V₁ ganz offen ist, liefert eine Endanschlagstellung des Potentiometers RV ein Spannungssignal zum Operationsverstärker Ül-3, um dessen Ausgang zu logisch-0 zu machen. Zur Verhinderung jeglicher Lieferung von Material bei der Straßengeschwindigkeit Null hat das Potentiometer RV eine durch einen Trimmer RW gewählte untere Endanschlagstellung zum genauen Schließen des Ventils V, mittels des Operationsverstärkers Ul-4 beim Zustand der Straßengeschwindigkeit WuIl.

Die Arbeitsweise der obigen Schaltung ergibt sich aus der Beschreibung, wobei diese Schaltung eine Servosteuerung mit vollständig geschlossenem Regelkreis umfaßt zur Lieferung von Material zur Herstellung einer gegebenen Massenstromgeschwindigkeit je Flächeneinheit, die von dem die erfindungsgemäße Vorrichtung tragenden Fahrzeug bedeckt wird. Somit werden alle Veränderungen der Straßengeschwindigkeit, der Fahrspurbreiten, der Getriebeübersetzung und eine teilweise Blockierung des Lieferdurchtritts des Materials oder andere Masseveränderungen von der Zufuhrquelle automatisch kompensiert zur Erreichung des gewünschten Ziels einer gegebenen Massenlieferung je vom Fahrzeug bedeckten Flächeneinheit. Somit erfolgt die strengste Steuerung zur Erreichung der gegebenen Liefergeschwindigkeiten automatisch zusammen mit verschiedenen

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Steuerungen, Anzeigen und Vorrangsteuerungszuständen.

Die Ausgangssignale aus der zweiten Massenfolgeeeinrichtung U2-2 wird auch auf einen Operationsverstärker U2-4 gegeben, dessen Ausgang über einen Treibtransistor Q20, Q21 so geschaltet ist, daß die rote Anzeigelampe R geschaltet wird. Wie oben angegeben, zeigt das Aufleuchten der Lampe R einen Verlust an Masseliefersignal aus dem vom Massesensor Rm ausgehenden Signalkanal an und zeigt an, ob eine vollständige Blockierung am Förderer vorliegt oder ob der Fülltrichtervorrat vollständig erschöpft ist.

Die Bewegung des Steuerventils V₁ in seine ganz offene Endstellung (maximaler Materialbedarf) mit der entsprechenden Bewegung des Potentiometers RV in seine Endstellung, liefert ein auf einem Transistor Q22 gegebenes Signal, das geeicht wird und als Starteingang auf einen Operationsverstärker U3-2 gegeben wird, der als astabiler Multivibrator geschaltet ist, um, wie oben angegeben, eine akustische Alarmvorrichtung B intermittierend zu betätigen. Das die Alarmvorrichtung B ' bebetätigende Signal wird auch auf den Transistor Q20 gegeben zur Erregung der optischen roten Anzeigevorrichtung R, wenn eine Strömungsgeschwindigkeit Null angezeigt wird. Somit erzeugt ein Verlust an Masseströmung oder der Zustand des Bewegungsendes für die Einstellung des Ventils V^ optische oder akustische Anzeigen oder beides.

Spezielle Testinstrumente können so angeordnet werden, daß sie einen vollständigen oder teilweisen Betrieb des Systems ohne eine tatsächliche Bewegung des Fahrzeugs, in dem das System angeordnet ist, und/oder eine tatsächliche Entladung von Material ermöglichen. Hierzu sind spezielle Schalter-Klinkenbuchsen 115, 116 vorgesehen, die die Eingabe von Geschwindigkeits- und/oder Massenstromgeschwindigkeitssignalen von Testinstrumenten in das System ermöglichen. In ähnlicher Weise können kritische Ausgangssignale gemessen und an Testpunkten 117, 118 angezeigt werden. Beispielsweise könnte ein

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Geschwindigkeitssignal an der Klinkenbuchse 116 als Pulsgenerator mit geeigneter Pulswiederholungsgeschwindigkeit angelegt
werden. Ein Massestromgeschwindigkeitssignal kann durch einen
an der Klinkenbuchse 115 eingesetzten Regelwiderstand mit
gegenüber Masse veränderlichem Widerstand simuliert werden.

Alle in der Beschreibung und Zeichnung angegebenen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.

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Claims

Karl A DI"V\CC ^DKarl D CVNOC ^Diplom

DKvJOt DKwOt^lngenieure

D-8023 München-Pullach, Wiener Str. 2; Tel "33'J) 7 9:< 30 Ί Tp'ex 52121·!/ ltoi J. Cab f.5 Patent.bus» München

Ihr Zeichen: 32203 ^Ta9' 18. April 1978

Your ref.: ^Date:

Dennis William Holdsworth, 3 3 Old Farm Road, Dover, Massachusetts, 02030, USA und

Ernst Adler, Woodehester Drive, Chestnut Hill (Newton), Massachusetts 02167, USA

Patentansprüche

ί 1J Vorrichtung zur Überwachung eines Stroms von strömungsfähigem Material bei dessen Lieferung zu einer Aufnahmestation, gekennzeichnet durch eine Trageinrichtung (10)mit einem Behälter (16) für strömungsfähiges und schüttfähiges Material, durch eine kraftgetriebene Einrichtung (22) zur Lieferung des Materials vom Behälter (16) mittels Strömung über eine Strömungsbahn zur Aufnahmestation (20), und durch eine in der Strömungsbahn für das Material gelegene Abfühleinrichtung (46, 64, 66), die in jedem gegebenen Augenblick nur auf die Geschwindigkeit des Massenstroms längs der Strömungsbahn, jedoch nicht auf die durch den Strom bedingten Bewegungskräfte anspricht.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine auf ein Signal ansprechende Integriereinrichtung, die über eine beliebige Integrationsdauer die gesamte Masse des ströiaungsfähigen Materials angibt, die sich längs der Strömungsbahn bewegt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine von einer Bedienungsperson gesteuerte Einrichtung zur Veränderung der Arbeitsgeschwindigkeit der kraftgetriebenen Einrichtung (22) .
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Ströinungsbahn des strömungsfähigen Materials gelegene Einrichtung eine geneigte Sensorplatte (46) enthält, die an einer Schwenkachse (61) in einer solchen Stellung gelagert ist, daß das von der kraftgetriebenen Einrichtung (22) darauf gelieferte strömungsfähige Material angrenzend an die Schwenkachse (61) auf der Sensorplatte (46) abgelagert wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Strömungsbahn gelegene Einrichtung folgendes enthält: eine geneigte Ablenkplatte (44) , die angrenzend an die kraftgetriebene Einrichtung (22) gelagert ist und deren oberes Ende sich am Auslaßende der kraftgetriebenen Einrichtung (22) befindet, und eine geneigte Sensorplatte (46), die in geneigter Stellung an einer Schwenkachse (61) angrenzend an das untere Ende der Ablenkplatte (44) in einer derartigen Stellung gelagert ist, daß das untere Ende der Ablenkplatte (44) mittels Schwerkraft teilchenförmiges Material auf die Sensorplatte (46) angrenzend an die Schv/enkachse (61) liefert.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte (44) und die Sensorplatte (46) um etwa 45° gegenüber der Waagerechten entgegengesetzt zueinander geneigt sind.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Beseitigung schneller Schwankungen des Signals.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine von einer Bedienungsperson gesteuerte Einrichtung zur Einleitung einer Änderung der Arbeitsgeschwindigkeit der kraftgetriebenen Einrichtung (22).
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Zeitgeber zur Wiederherstellung der Vorschubgeschwindigkeit der kraftgetriebenen Einrichtung (22) in ihre anfängliche Arbeitsgeschwindigkeit.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß die kraftgetriebene Einrichtung ein endloses Band (22) ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kraftgetriebene Einrichtung eine Schnecke ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein hydraulisch betätigter Umformer (66) die Sensorplatte (46) unter einem Winkel von etwa 45 gegenüber der Waagerechten abstützt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragkonstruktion ein Rahmen (10) eines motorgetriebenen Fahrzeugs ist, daß die Aufnahmestation ein Verteiler (20) ist, der am Rahmen (10) befestigt und hiermit bewegbar ist zur Verteilung des strömungsfähigen Materials längs der Fläche, auf der das Fahrzeug fährt, und gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines zur Grundgeschwindigkeit des Fahrzeugs proportionalen Signals, durch eine Einrichtung zum Vergleichen der Signale und durch eine Einrichtung, die in Abhängigkeit vom Ausgang der letztgenannten Einrichtung betätigbar ist zur Änderung der Geschwindigkeit der kraftgetriebenen Einrichtung (22) zur

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Lieferung des strömungsfähigen Materials zum Verteiler (24) zur Erzeugung einer gleichmäßigen Verteilung des strömungsfähigen Materials je Flächeneinheit unabhängig von der Grundgeschwindigkeit des Fahrzeugs.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine von einer Bedienungsperson gesteuerte Einrichtung für die Wahl der Masse des strömungsfähigen Materials je Flächeneinheit, auf der das Material verteilt werden soll.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine von einer Bedienungsperson gesteuerte Einrichtung zur Änderung der Geschwindigkeit der kraftgetriebenen Einrichtung (22) unabhängig von der. Grundsgeschwindigkeit des Fahrzeugs.
16. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Strömungsbahn des strömungsfähigen Materials gelegene Abfühleinrichtung (46, 66) einen Sensor (66) und für den Massenstrom einen geschlossenen Regelkreis mit Rückkopplung hat, wobei der Sensor in der geschlossenen Regelung enthalten ist zur Erzeugung eines Signals für die Geschwindigkeit des Massenstroms.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor eine Servoeinrichtung enthält.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor eine Widerstandseinrichtung enthält.
19. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor einen Bourdondruckmesser enthält.
20. Verfahren zur überwachung eines Stroms von Material, gekennzeichnet durch mittels Schwerkraft erfolgende Ablagerung des Materials auf der Oberfläche eines motorgetriebenen Förderers, durch Aufnahme des Materials vom Auslaßende des Förderers ohne Aufprallkräfte auf einer abwärtsgeneigten

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Platte in der Weise, daß das Material auf der Platte zu einem Verteiler abwärts gleitet, durch Abfühlen der Strömungsgeschwindigkeit des Materials auf der abwärtsgeneigten Platte und durch Aussendung eines Signals, das der Geschwindigkeit des Massenstroms zum Förderer proportional ist zur Änderung der Geschwindigkeit des Förderers in der V/eise, daß eine gewählte Geschwindigkeit aes Massenstroms des Materials auf der Platte eingehalten wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch eine schwenkbare Lagerung der abwärtsgeneigten Platte unter einem gegebenen Winkel, durch Aufnahme des Materials etwa an der Schwenkachse und durch Abfühlen der um die Schwenkachse wirkenden Verstellkraft an der geneigten Platte.
22. Verfahren nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch Aufnahme des Materials vom Auslaßende des Förderers auf einer feststehenden abwärtsgeneigten Ablenkplatte zum Abwärtsgleiten längs der Ablenkplatte auf die schwenkbar gelagerte und abwärtsgeneigte Sensorplatte etwa an deren Schwenkachse.

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