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Vorrichtung zum Zählen und unmittelbaren Stetigregeln strömender Flüssigkeiten
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Zählen und unmittelbaren Stetigregeln
von unter Druck strömenden Flüssigkeitsmengen unter Verwendung eines als drehzahlabhängiger
Mengenregler ausgebildeten Flüssigkeitszählers, im folgenden als Regelzähler bezeichnet,
und zwar für die Regelung des Durchflusses einer einzigen in einer Leitung strömenden
Flüssigkeit und für die Regelung des Mengenverhältnisses von zwei und mehr in einer
entsprechenden Anzahl von Leitungen strömenden Flüssigkeiten. Die Vorrichtung kann
zur Abgabe einer oder mehrerer Flüssigkeiten, zur Abgabe von Flüssigkeitsgemischen
und auch zur gleichzeitigen Abgabe von Gemischteilen und einzelnen Flüssigkeiten
benutzt werden. Der Regelzähler gemäß der Erfindung bildet in der Regelanlage ein
neuartiges Regelelement und vereinigt in einem einzigen Gehäuse, im nassen Raum
liegend, alle für einen unmittelbaren drehzahlabhängigen Mengenregler erforderlichen
Teile, nämlich den Flüssigkeitszähler zur Erfassung der strömenden Menge, der gleichzeitig
auch zur Zählung benutzt wird, das Stellglied in Form eines Drosselorgans, durch
dessen Verstellung der Durchfluß dem jeweiligen Sollwert angepaßt wird, das Regelgetriebe
in Form eines drehzahlbeeinflußten Getriebes beliebiger Bauart, wie Schraubengetriebe,
Planetengetriebe, das einerseits von dem Regelzähler selbst und andererseits von
dem an die Stelle eines Fühlers tretenden Drehzahlgebers beliebiger Bauart
betätigt
wird. Das bei anderen Reglern als Verbindung zwischen Bezugspunkt und Stellglied
notwendige Stellzeug, wie Gestänge, Hebel, Üb--rsetzungsräder u. dgl., ist bei dem
Regelzähler gemäß der Erfindung nicht erforderlich, weil das Stellglied mit dem
Regelgetriebe unmittelbar gekoppelt ist.
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Bei Verwendung des Regelzählers für das Regeln des Durchflusses einer
einzigen Flüssigkeit erfolgt der Antrieb der zur Aufnahme der Fühlerdrehzahl vorgesehenen
Getriebeteile unmittelbar oder mittelbar unter Zwischenschaltung eines Getriebekastens
durch einen Drehzahlgeber beliebiger Bauart, beispielsweise einen Elektromotor od.
dgl.
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Bei Verwendung des Regelzählers für die Regelung der Mischanteile
von zwei und mehr Flüssigkeiten wird als Drehzahlgeber vorzugsweise ein Flüssigkeitszähler
normaler Bauart, der zweckmäßigerweise mit einer Anzeigevorrichtung für den Durchfluß,
d. h. die augenblicklich strömende Menge, versehen ist, benutzt. Dieser Zähler wird,
je nachdem die Gesamtanzeige des Gemisches oder ein Mischanteil als Bezugsgröße
dient, als Zähler für die Gesamtmenge oder für den Mischanteil verwendet. Es sind
also bei dieser Anordnung gemäß der Erfindung jeweils nur n - i Regelzähler erforderlich,
wenn n die Anzahl der zu mischenden Flüssigkeiten bedeutet. Wird statt dieses Zählers
ein beliebiger Drehzahlgeber, beispielsweise ein Elektromotor, verwendet, so entspricht
die Anzahl der Regelzähler der Anzahl der Gemische. Die zur Veränderung des Durchflusses
und zur Veränderung der Drehzahl erforderlichen Mittel sind bei der Erläuterung
der Wirkungsweise angegeben.
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Nach dem derzeitigen Stand der Technik wurde ein Regelzähler der geschilderten
Art weder als Regelelement für eine einzige Flüssigkeit noch als Regelelement für
das Mischen bzw. das gleichzeitige Mischen und Entnehmen von mehreren Flüssigkeiten
angewendet. Durch die Schaffung dieses neuartigen Regelzählers, der erfindungsgemäß
alle für die Regelung erforderlichen Teile in einem einzigen Gehäuse im nassen Raum
liegend derart umfaßt, daß unter Wegfall jeglichen Stellzeuges das Stellglied mit
dem Regelgetriebe unmittelbar gekoppelt ist, wurden, wie Versuche gezeigt haben,
kleinste Regelfehler, die innerhalb der Fehlergrenzen des verwendeten Flüssigkeitszählers
liegen, bei kürzester Stehzeit und großem Regelbereich erreicht und dadurch der
Stand der Technik gegenüber dem Bekannten wesentlich bereichert.
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Durch die Schaffung dieses neuartigen Regelzählers wurde auch für
eine unmittelbar wirkende Mischregleranlage die Möglichkeit geschaffen, je nach
dem Verwendungszweck ein Gesamtgemisch abzugeben oder Mischanteile mit gleichzeitiger
Entnahme oder auch ausschließliche Entnahme in einem bestimmten Mengenverhältnis,
wobei die vorgenannten Eigenschaften der Regelanlage besonders deutlich in Erscheinung
treten.
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Bei unmittelbar wirkenden Mischreglern bietet die Vorrichtung gemäß
der Erfindung noch den weiteren grundsätzlichen Vorteil, daß die Anpassung der Teilmengen
an eine geänderte Bezugsmenge gleichzeitig erfolgt und nicht, wie bei den bisher
bekanntgewordenen Reglern dieser Art, in einer zeitlichen Aufeinanderfolge. Durch
diese Gleichzeitigkeit werden Pendehingen im Regelvorgang mit Sicherheit vermieden,
und wird, wie die Versuche ebenfalls gezeigt haben, auch noch die Gleichmäßigkeit
der Bezugsverhältnisse während des Regelvorganges restlos gesichert.
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Bei dem unmittelbaren Gemischregler für zwei und mehr Gemischanteile
sind stets zwei Zähler für die Herbeiführung eines Mischvorganges erforderlich.
Bei nur zwei Mischanteilen erfolgt der Mischvorgang gleichzeitig. Bei mehr als zwei
Mischanteilen werden zunächst zwei Flüssigkeiten zusammengemischt, das Gemisch dieser
beiden mischt sich dann mit der dritten und das wiederum entstandene Gemisch mit
der vierten usw., so daß sich bei mehr als zwei Mischanteilen der Regelvorgang in
einer zeitlichen Aufeinanderfolge vollzieht. Als Stellglied dienen Doppelventile,
die durch ein und dasselbe Gestänge betätigt werden und somit in ungleicher Stellung
der gegeneinander wirkenden Ventile starke einseitige Gestängekräfte verursachen.
Das Regelgetriebe in Form von Planetenrädern, das geschilderte Stellglied sowie
das Stellzeug zur Verbindung dieser beiden Teile sind außerhalb der Zähler angeordnet
und verursachen durch die zahlreichen Kupplungen, Lager und Wellen große Reibungskräfte
und durch die Massen dieser Teile starke Schwingungen, welche den Regelvorgang ungünstig
beeinflussen. Der Aufbau ist verwickelt, die Wirkungsweise unsicher.
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Die Einrichtung zum Mischen von Flüssigkeiten nach dem französischen
Patent 836 300, die bereits vor der behandelten Vorrichtung angemeldet wurde, zeigt
für das Mischen von zwei Flüssigkeiten grundsätzlich den gleichen Aufbau. Als Regelgetriebe
wird an Stelle eines Planetengetriebes ein Schraubengetriebe verwendet, von dem
aus durch Hebelübertragung das Stellglied betätigt wird, welches ebenfalls als Doppelventil
mit Faltmembranen ausgebildet ist. Die Nachteile sind dieselben, wie bereits angegeben.
Der Erfinder hat die Nachteile der Doppelventile erkannt und bei der Einrichtung
für mehr als zwei zu mischende Flüssigkeiten als Stellglied statt der Doppelventile
in den Verbindungsleitungen zum Mischer sitzende, nicht entlastete Einzelventile
angeordnet. Außer dem von dem Flüssigkeitszähler, betätigten Regelgetriebe sind
noch weitere Schraubengetriebe zur Veränderung des Hubes dieser Einzelventile vorgesehen.
Das hierbei erforderliche Stellzeug mit Kettenantrieb ist für die Regelgenauigkeit
besonders ungünstig. Der Regelvorgang spielt sich unter Bildung von zusammenarbeitenden
Regelgruppen in seitlicher Aufeinanderfolge ab. Durch die Verwendung von Einzelventilen
sind noch zusätzliche Ventile erforderlich, und es werden bei vier Gemischen beispielsweise
sechs Ventile benötigt. Die Nachteile des verwickelten Stellzeuges mit seinen großen
Reibungswiderständen und den großen Massen treten besonders deutlich in Erscheinung.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme
auf die Abbildungen beschrieben und in ihrer Wirkungsweise erläutert. Es zeigt Abb.
i einen Längsschnitt durch den Regelzähler der Vorrichtung in einer Ausführung mit
Schraubengetriebe und Schiebekolben,
Abb. 2 einen Längsschnitt durch
den Regelzähler der Vorrichtung in einer Ausführung mit Umlaufgetriebe und zylindrischen
Küken, Abb. 3 eine Anordnung der Vorrichtung mit mehreren Regelzählern zur Herstellung
eines Gemisches mit Motor als Drehzahlgeber, Abb. 4 eine Anordnung der Vorrichtung
mit mehreren Regelzählern zur Entnahme von mehreren in einem bestimmten Verhältnis
stehenden Mengen mit einem normalen Flüssigkeitszähler als Drehzahlgeber, der gleichzeitig
für die Erfassung der in einem bestimmten Zeitraum abgegebenen Gesamtmenge des Mischanteiles
benutzt wird.
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Die Anordnungen der Vorrichtung nach Abb. 3 und 4 sind nur kennzeichnende
Einzelbeispiele und erschöpfen nicht die Anordnungsmöglichkeiten.
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Dar zu dem Regelzähler gehörige Flüssigkeitszähler i der Abb. i wird
von oben nach unten durchströmt. Dabei gelangt die Flüssigkeit zunächst durch den
Eingangsstutzen 2 in die Meßkammer 3, in welcher sich das Meßorgan, beispielsweise
die Drehkolben 4, befindet, hierauf über den als Stellglied wirkenden entlasteten
Schiebekolben 5 in den Ausgangsstutzen 6. Der Schiebekolben 5 besitzt Querbohrungen
ii, deren freier Querschnitt sich je nach der Stellung des Schiebekolbens ändert
und dadurch den Durchfluß regelt. Einer der Drehkolben 4 trägt ein Ritzel 7, welches
das Regelgetriebe antreibt. Zu diesem Regelgetriebe gehört das Übersetzungswerk
8 und das als Zahntrommel ausgebildete letzte Übersetzungsrad 9, welches in den
Zahnkranz der Schraubenmutter io des Getriebes eingreift. Die Mutter io ist ihrerseits
mit dem Schiebekolben 5 verbunden und in diesem drehbar gelagert. In die Mutter
io greift die Schraubenspindel 12 ein, welche von außen über die Räder 13 und 14
von dem Drehzahlgeber angetrieben wird. Die Mutter io und die Spindel 12 haben hierbei
die gleiche Drehrichtung.
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Die Übersetzungen werden so gewählt, daß bei einem bestimmten Sollwert
der Menge die Drehzahl der Mutter io und die Drehzahl der Spindel 12 gleich groß
sind. Wenn der Durchfluß von dem Sollwert abweicht, ist die Drehzahl der Mutter
io größer oder kleiner als die Drehzahl der Spindel 12. Dadurch tritt eine axiale
Verschiebung der Mutter io und damit auch des Schiebekolbens 5 gegenüber der in
der Achsrichtung festgehaltenen Schraubenspindel 12 auf. Die Folge ist eine Verringerung
bzw. Vergrößerung des Durchflußquerschnittes, so daß der Flüssigkeitszähler in kürzester
Zeit die dem vorgegebenen Sollwert entsprechende Drehzahl annimmt. Der Schiebekolben
5 kann sinngemäß auch durch ein entlastetes Ventil ersetzt werden. Das vollständige
Regelgetriebe und das Stellglied sind im nassen Raum arbeitend angeordnet, so daß
nur für die Übertragungswelle zu dem Rad 14 der Drehzahlübertragung eine Stopfbüchse
notwendig ist. Versuche haben gezeigt, daß durch die Anordnung der genannten Teile
im nassen Raum der gesamte Bewegungswiderstand außerordentlich niedrig wird und
daß auch die Stopfbüchse der dünnen Übertragungswelle nur eine ganz geringfügige
Reibung verursacht. Hierbei spielt auch die geringe Masse der bewegten Teile eine
entscheidende Rolle.
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Für die einwandfreie Arbeitsweise des Reglers nicht erforderlich ist
der Endausschalter 16, der über eine Magnetkupplung 15 vom Stellglied 5 betätigt
wird, so daß die Flüssigkeitszufuhr zum Zähler ausbleibt. Es ist Voraussetzung jeder
Zählung und Regelung, daß die Flüssigkeitszufuhr nicht unterbrochen wird, was durch
andere bekannte Mittel verhütet werden muß.
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Der in Abb. 2 dargestellte Regelzähler entspricht in seiner Wirkungsweise
dem Regelzähler gemäß Abb. i, jedoch ist hier der Drehkolben 18 mit dem Kegelrad
i9 verbunden, welches mit den beiden weiteren Kegelrädern 20 und 21 ein Planetengetriebe
bildet und sich demzufolge in umgekehrter Richtung wie das Kegelrad 2o dreht, welches
von außen von dem Drehzahlgeber mit einer zu einem bestimmten Sollwert des Flüssigkeitszählers
gehörigen Drehzahl angetrieben wird. Solange die Drehzahlen der beiden Kegelräder
i9 und 20 einander gleich sind, dreht sich das Planetenrad 21 um seine Achse, ohne
seine Lage im Raum zu verändern. Bei ungleicher Drehzahl der beiden Kegelräder ändert
jedoch das Planetenrad und damit der Bügel 22 seine Lage. Über die Räder 23 und
24 wird hierbei das zylindrische Küken 25 gedreht, welches durch eine in demselben
angebrachte Öffnung 26 den Durchgangsquerschnitt verkleinert bzw. vergrößert.
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Bei der Entnahme und Regelung einer einzigen Flüssigkeit wird, wie
bereits beschrieben, der in Abb. i und 2 dargestellte Regelzähler durch einen Drehzahlgeber
beliebiger Bauart, beispielsweise durch einen Elektromotor angetrieben. Bei Mischreglern
für zwei und mehr Flüssigkeiten wird, wie bereits beschrieben, als Drehzahlgeber
entweder ein normaler Flüssigkeitszähler benutzt oder ebenfalls ein motorischer
Drehzahlgeber beliebiger Bauart.
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Die Abb. 3 zeigt in schematischer Weise eine Anlage für drei zu mischende
Flüssigkeiten mit einem Motor 27 als Drehzahlgeber, wobei über die Getriebekästen
28, 29 und 3o die Regelzähler 31, 32 und 33 angetrieben werden. Die Getriebekästen
dienen zur Einstellung der für einen bestimmten Sollwert der Mischungsanteile gehörigen
Drehzahlen. Bei gleichbleibenden Mischungsverhältnissen entfallen die Getriebekästen.
Das Gemisch wird dem Abflußrohr 34 entnommen.
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In Abb. 4 ist in schematischer Weise eine Anlage für die Entnahme
von vier in einem bestimmten Verhältnis stehenden Mengen dargestellt, bei der als
Drehzahlgeber ein normaler Flüssigkeitszähler 35 verwendet wird, der in bekannter
Weise mit Zähl- und Anzeigevorrichtungen ausgerüstet werden kann. Dieser Zähler
treibt wiederum über das Kegelradgetriebe 36 die Getriebekästen 28, 29 und 3o an,
die wiederum zur Einstellung eines bestimmten Sollwertes dienen und die eingestellte
Drehzahl auf die Regelzähler 31, 32 und 33 übertragen. Bei gleichbleibenden
Mischungsverhältnissen entfallen auch hier die Getriebekästen.
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Bei einer Anlage mit vier Mischanteilen sind also nur drei Regelzähler
erforderlich. Die entsprechenden Mengen können durch die Abflußrohre 37 bis 4o entnommen
werden.
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Die Änderung der Drehzahl des als Drehzahlgeber verwendeten normalen
Flüssigkeitszählers erfolgt hierbei in an sich bekannter Weise durch den Einbau
eines Drosselorgans, wie Absperrschieber od. dgl., in der Zu-oder Abflußleitung
dieses Zählers. Die Änderung der
Drehzahl anderer Drehzahlgeber,
beispielsweise eines Elektromotors, erfolgt in ebenfalls bekannter Weise durch Vorschaltwiderstände
od. dgl.
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Bei einer Anlage für die Abgabe eines Gemisches von vier Flüssigkeiten
entsteht gegenüber der Abb. 4 keine Änderung des Aufbaues. Die Abflußleitungen 37
bis 40 münden alsdann in die gemeinsame Gemischleitung.
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Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, die Reihenfolge von Drehzahlgeber
und Regelzähler beliebig zu wählen, wobei sich der grundsätzliche Aufbau der Anlage
ebenfalls nicht ändert.