DE940737C - Selbsttaetige Vorrichtung zur Regelung der Konzentration von Baedern und damit arbeitende Einrichtungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine selbsttätige Vorrichtung, die gestattet, eine bestimmte Konzentration eines beliebigen Bades zu erreichen und aufrechtzuerhalten, z. B. eines Klebstoffbades zum Schlichten von Gewebe, eines Konzentrierungsbades für Zukker, Konfitüren, Fruchtsäfte usw., im allgemeinen von beliebigen Flüssigkeiten und Säften, deren Brechungskoeffizient den Gehalt an Trockensubstanzen angibt.

Es ist bekannt, mittels eines Brechungsmessers die Konzentration eines Saftes zu bestimmen, wenn diese eine Funktion des Brechungskoeffizienten ist, und die Konzentrierungsvorrichtung in Abhängigkeit von den Ablesungen am Instrument von Hand zu regeln, bis die Ablesung das gesuchte Ergebnis zeigt. Es ist ferner bekannt, die zwischen zwei in die Lösung getauchten Glaselektroden sich einstellende und in Abhängigkeit vom p_H-Wert sich ändernde, elektrische Spannung auf ein Spiegelgalvanometer zu übertragen, das einen von einer Lichtquelle ausgesandten Lichtstrom auf eine oder mehrere Fotozellen wirft, die den Lichtstrom in elektrischen Strom umwandeln und unter Zwischenschaltung von Relais eine Regelvorrichtung betätigen.

Es sind weiter Vorrichtungen bekannt, bei welchen der von einer Lichtquelle ausgesandte Lichtstrom das zu regelnde Bad durchquert, bevor er auf die Fotozelle auftrifft, so daß die Intensität des die Fotozelle erreichenden Lichtstrahles von der Konzentration der Flüssigkeit abhängt. Hierbei werden allerdings auch Veränderungen der Durchsichtigkeit des Bades aufgenommen, die gar nicht geregelt werden sollen und die rein zufällig sind. Aus diesem ίο Grund ist es notwendig, ein Vergleichsgefäß und eine zweite Fotozelle vorzusehen.

Alle bisher bekannten Vorrichtungen haben den Nachteil, daß sie viel zu kompliziert sind, um sich für eine industrielle Ausnutzung zu eignen. Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, diese Schwierigkeiten mit einfachen Mitteln zu überwinden.

Die neue selbsttätige Regelvorrichtung zum Herstellen und Auf rechterhalten einer bestimmten Konzentration eines beliebigen Bades, dessen Breohungs-20-index seine Zusammensetzung anzeigt, wobei dieser BrechungsindexdurcheinenHell-Dunkel-Brechungsmesser bestimmt wird, besteht nach der Erfindung darin, daß sie neben dem Hell-Dunkel-Brechungsmesser umfaßt: eine Lichtquelle, eine lichtempfindliehe Zelle, welche von dieser Lichtquelle durch Vermittlung des Hell-Dunkel-Brechungsmessers einen Lichtstrom von in Abhängigkeit von der Konzentration des Bades veränderlicher Intensität erhält und diesen Lichtstrom in elektrischen Strom umwandelt, ein Relais zur Verstärkung dieses elektrischen Stromes sowie Vorrichtungen zur Korrektur der Konzentration des Bades wie Elektroventile, die durch den verstärkten elektrischen Strom gesteuert werden.

Durch die Verwendung eines Hell-Dunkel-Brechungsmessers, mit dessen Hilfe die Messung durch totale Reflektion an einer Prismenendwand durchgeführt wird, wird vermieden, daß die Lichtquelle vor dem Auftreffen des Lichtstrahles auf die lichtempfindliche Vorrichtung das Bad durchdringen muß. Dadurch wird es möglich, eine beliebigeLichtquelle zu benutzen und auch dichte Flüssigkeiten zu überwachen.

Die Erfindung betrifft weiter die verschiedenen Einrichtungen, die eine Regelvorrichtung der obengenannten verbesserten Bauart verwenden.

Die folgende Beschreibung erläutert die Erfindung genauer. Es wird eine Ausführungsart der -Erfindung beschrieben, die gestattet, eine gegebene Konzentration eines Klebstoffes zu erreichen, obwohl dieses Beispiel natürlich in keiner Weise beschränkend -aufzufassen ist, sondern nur zur besseren Erläuterung dient. In den Zeichnungen stellt dar:

Fig. ι die schematische teilweise geschnittene Ansicht einer Ausführungsart der erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 2 eine genauere schematische teilweise geschnittene Ansicht der selbsttätigen Vorrichtung zur Konzentrationsregelung,

Fig. 3 ein Arbeitsschema des mit der lichtempfindlichen Vorrichtung verbundenen Brechungsmessers. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die insbesondere für den Erhalt eines Klebstoffs gegebener Konzentration angepaßte Einrichtung einen Kochkessel 1 für diesen Klebstoff auf.

Dieser Kessel 1 besitzt einen Zufluß 2 für die Stärke, einen durch einen Hahn 4 geregelten Wasserzufluß 3 und eine durch einen Hahn 6 geregelte unmittelbare Dampfzuleitung 5, welche den Kessel über einen Verteiler 7 speist.

Ein zur Mischung dienender Umrührer 8 wird von einem Elektromotor 10 mittels einer Übertragung 9 betätigt.

Der Kochkessel I besitzt ein durch einen Hahn 12 gesteuertes Ablaßrohr ii, das in ein Vorratsgefäß 13 mündet. Dieses Vorratsgefäß weist eine aus einer Schlange 14 bestehende Heizvorrichtung auf, die über einen Absperrhahn 15, einen Regelhahn 16 und einen Ablaßhahn 17 mit unter Druck stehendem Dampf gespeist wird. Der Regelhahn 16 und gegebenenfalls auch der Ablaßhahn 17 werden von einem Thermostaten 18 gesteuert.

In dem Gefäß 13 befindet sich noch eine zweite Schlange 19. Sie wird durch eine durch einen Absperrhahn 21 und ein elektrisch betätigtes Ventil 22 gesteuerte Rohrleitung mit Kaltwasser gespeist. Eine von der Rohrleitung 20 abgehende und durch einen Hahn 24 gesteuerte Zweigleitung 23 gestattet, einen Trichter 25 unter Umgehung des Gefäßes 13 mit Wasser zu speisen.

In diesen Trichter 25 münden außerdem die Wasser führende Schlange 19 und ein Ablaßrohr 26 für das Gefäß 13; in diesem Ablaßrohr ist ein Absperrhahn 27 und ein elektrisch betätigtes Ventil 28 angebracht.

In dem Vorratsgefäß 13 ist ein Mischumrührer 29 vorhanden; er wird von dem Motor 10 mittels einer Übertragung 30 betätigt.

Der Trichter 25 ist mit einem Arbeitstrog 3 r durch ein diesen Trog an drei Stellen speisendes Rohrleitungssystem 32 verbunden.

Der genannte Trog 31 ist mit einer Heizvorrichtung ausgestattet, wie z. B. mit einem Verteiler 32" für unmittelbare Dampfzufuhr, die durch einen von einem Thermostaten 34 gesteuerten Hahn 33 geregelt wird. In dem Arbeitstrog 31 sind noch ein von einem Hahn 36 gesteuertes Ablaß rohr 35 und ein sich in ein Nebengefäß 38 entleerender Überlauf 37 vorgesehen. Das Nebengefäß 38 ist durch eine Rückleitung 39 über eine Zahnradpumpe 40 mit dem Vorratsgefäß 13 verbunden.

An dem Arbeitstrog 31 ist eine elektrooptische Vorrichtung 41 zur Regelung der Konzentration angebracht. Diese Vorrichtung (Abb. 2) besteht aus einem mit einer lichtempfindlichen Vorrichtung, wie einer Fotozelle 43, verbundenen Brechungsmesser 42.

Der Brechungsmesser ist von bekannter Bauart, bei welcher der Brechungskoeffizient einer Flüssigkeit auf einer Skala von der Trennungslinie zwischen der Zone durchgelassenen Lichtes (Dunkelzone) und der Zone an der Fläche eines die Flüssigkeit berührenden Prismas total reflektierten Lichtes (Hellzone) angezeigt wird.

Die Fotozelle43 ist von bekannter Bauart, z.B. eine Caesiunzelle.

Bei einer Ausführungsart (Abb. 2) sind die Fotozelle 43 und der Brechungsmesser 42 in ein und demselben licht- und wasserdichten Gehäuse 44 untergebracht, das an der Wand des Arbeitstrogs 31 mittels eines Flansches 45 und einer Dichtung 46 befestigt ist. Ein Teil dieses Gehäuses 44 springt in das Innere des Trogs 31 vor und ist somit von der Flüssigkeit umgeben.

Die in dem Gehäuse untergebrachte Brechungsmesser-Vorrichtung besteht aus einer Lichtquelle, deren Lichtfluß durch ein optisches System auf die Oberfläche eines in die Flüssigkeit eintauchenden Prismas gerichtet wird, während das auf der Flüssigkeit total reflektierte Lichtbündel von einem optischen System aufgefangen wird, das ein Bild der Lichtquelle auf der Fotozelle entwirft.

Die Lichtquelle besteht beispielsweise aus einer lotrecht angeordneten elektrischen Glühbirne 47 im Brennpunkt einer waagerecht angeordneten Linse 48. Das von der Linse ausgehende parallele Lichtbündel wird durch irgendeine geeignete Vorrichtung, z. B. durch ein total reflektierendes Prisma 49, um 90⁰ abgelenkt. Eine lotrecht angeordnete Linse 50 sammelt dieses Lichtbündel und entwirft ein Bild der Lichtquelle 47 auf der großen Grundfläche eines Prismas 51 mit trapezförmigem Querschnitt und von großem Brechungskoefftzienten, das in das Ende des Gehäuses 44 eingelassen ist und mit seiner kleinen Grundfläche die Flüssigkeit in dem Trog 31 berührt.

Der Lichtfluß wird zuerst von einer Trapezseitenfläche des Prismas 51 reflektiert, ein Teil des reflektierten Lichtes dringt in die Flüssigkeit ein, während der andere Teil von der Flüssigkeit total reflektiert wird; nach Reflektion an der zweiten Seitenfläche des Prismas wird dieser Teil von einer Linse 52 aufgefangen, die ein Bild der Lichtquelle auf der Fotozelle 43 entwirft.

Vor der Fotozelle 43 ist eine Blende 53 angebracht, die in dein Gehäuse 44 mittels einer Einstellschraube 54 lotrecht verschiebbar ist, welche Einstellschraube in 55 mit der Blende drehbar verbunden ist. Diese Einstellschraube 54 schraubt sich in einer Mutter 56, die mittels eines Winkelstücks 57 an dem Gehäuse 44 befestigt ist. Die Stellung der Blende 53 in lotrechter Richtung wird durch einen an ihr befestigten waagerechten Pfeil 58 angezeigt, der sich vor einer auf dem Gehäuse befestigten Skala 59 bewegt. Die Fotozelle 43 ist in einen üblichen Verstärkerstromkreis eingeschaltet. Beispielsweise ist die Schaltung von Loftyn-White wiedergegeben.

Die Schaltung weist zwei Verstärkerstufen auf. Die erste wird von einem Schutzgitter rohr L₁ gebildet und die zweite von einem Dreielektrodenrohr L₂. Die Kathode bzw. lichtempfindliche Schicht 60 der Zelle ist mit dem Steuergitter des ersten Rohres L₁ verbunden und ihre Anode 61 mit der Anode desselben Rohres.

Die beiden Klemmen der Zelle sind außerdem an eine Gleichstromquelle angeschlossen. Dieser Gleichstrom entstammt der Zweitwicklung eines Übertragers T, wird in einem Rohr R gleichgerichtet und durch eine Selbstinduktion L und die Kapazitäten C₁, C₂, C₃ geglättet. Man erhält so an den beiden Endklemmen A (Pluspol) und B (Minuspol) eine? aus fünf Reihenwiderständen R₁, R₂, R₃, i?₄, R₅ bestehenden Spannungsteilers eine Gleichspannung. Die verschiedenen Elemente (Heizfaden bzw. Kathode, Gitter) der Rohre L₁, L₂ sind mit ihren Vorspannungen angemessenen Punkten des Spannungsteilers verbunden.

Die Kathode 60 der Zelle 43 ist mit dem Verbindungspunkt der Widerstände i?₄, R₅ über einen Dämpfungswiderstand R_e verbunden und die Anode

61 mit dem Verbindungspunkt der Widerstände R₁ und R₂ 'über den Dämpfungswiderstand R₁. Die Anode des Rohres L₂ und der Punkt A sind an einen Verstärker 62 bekannter Bauart angeschlossen. Der von dem Verstärker ausgehende Strom speist die beiden elektrisch betätigten Ventile 22, 28 in Parallelschaltung.

Diese beiden elektrisch betätigten Ventile 22, 28 von bekannter Bauart sind in Abb. 2 schematisch dargestellt. Sie bestehen aus einem Elektromagneten 63, der bei Speisung mit Strom aus dem Verstärker

62 einen Körper 64 anzieht, der zusammen mit dem festen Sitz 65 ein Ventil bildet. Je nach der gewählten Ausführungsform schließt sich bei Speisung das Ventil 22, während sich das Ventil 28 im Gegensatz hierzu öffnet.

Die erfindungsgemäße Einrichtung arbeitet wie folgt:

Der Hell-Dunkel-Brechungsmesser 42 liefert eine von einer dunklen Fläche scharf getrennte helle Fläche. Die Grenze zwischen diesen beiden Flächen entspricht dem Strahl, der nach Reflektion an einer der Seitenflächen des Prismas auf dessen Grundfläche unter dem Grenzwinkel χ (Abb.3) aufgetroffen und dort total reflektiert worden ist; die helle Fläche entspricht den Strahlen, die auf die Prismengrundfläche unter einem größeren als diesem Grenzwinkel aufgetroffen und reflektiert worden sind, während die dunkle Fläche den Strahlen entspricht, die auf die Prismengrundfläche unter einem kleineren Winkel auigetroffen und aus diesem Grunde in die Flüssigkeit eingedrungen sind, ohne reflektiert zu werden.

Der Grenzwinkel χ ist durch die bekannte Formel gegeben: _%

sin χ = —-, %

wobei U₁ den Brechtmgskoeffizienteri des Prismenglases und n₂ denjenigen der Flüssigkeit bezeichnet. Nun ist der Koeffizient n₂ bei konstanter Temperatur der Konzentration C der Flüssigkeit verhältnisgleich, so daß man schreiben kann:

so
«₂ = kC, woraus folgt:

sin λ; =

kC

Man ersieht also, daß der Grenzwinkel mit der Konzentration ansteigt.

In Abb. 3 sind die drei Strahlen V₀, V₁, V₂ wiedergegeben, die auf der die Flüssigkeit beruh-

rende Prismengrundfläche unter dem jeweiligen Grenzwinkel χ für die Konzentration Co, C₁, C₂ auftreffen, wobei Co <C C₁ <C C₂ ist. Nach Reflektion an . der Prismengrundfläche und dann auf der zweiten Seitenfläche, welche die gegenseitige Lage der Strahlen umkehrt, erscheinen diese Strahlen in der Reihenfolge Vo, V₁, V₂ lotrecht gerechnet von unten nach oben, wobei sie jeweils eine dunkle Fläche unter sich gegen eine helle Fläche über sich ab-ίο grenzen. Infolgedessen hebt sich die Trennlinie zwischen beiden Flächen mit steigender Konzentration der Lösung in lotrechter Richtung.

Es ist also möglich, auf empirische Weise die Blende 53 mittels der Schraube 54 in eitle solche Höhe einzustellen, daß die Grenzlinie der beiden Flächen für eine gegebene Konzentration C₁ (Strahl V₁) den unteren Blendenrand erreicht. Bei einer höheren Konzentration, z. B. C₂ (Strahl V₂), befindet sich die Trennlinie auf der Blende, so daß ao die Zelle nicht mehr belichtet wird; bei niedrigerer Konzentration, z.B. Co (Strahl Vo), befindet sich die Trennlinie unter der Blende und wird die Zelle somit belichtet.

Wenn die Blende der Fotozelle so auf eine Konzentration, z. B. C₁, eingestellt ist, ist die Einrichtung funktionsbereit.

Der Kochkessel 1 wird mit Wasser und Stärke gespeist, so daß er einen Klebstoff liefert, dessen Konzentration um 30 bis 50 % höher ist als die Gebrauchskonzentration, die zwischen ο bis 15 % liegen kann. Man kann z. B. 22 kg Stärke auf 100 kg Wasser geben, wenn die Gebrauchskonzentration 15 % betragen soll.

Dieser Klebstoff fließt durch das Ablaßrohr 11 in das Vorratsgehäuse 13, wo er durch den Thermostaten 18 auf der konstanten Temperatur ίο gehalten wird, welcher Thermostat die durch die Schlange 14 gehende Dampf menge regelt.

Das die Schlange 19 durchfließende Wasser erwärmt sich in derselben auf eine Temperatur ungefähr gleich to.

' Solange der Arbeitstrog leer ist, befindet sich die helle Fläche des Brechungsmessers infolge des niedrigen Brechungskoeffizienten der Luft unter der Blende 53; die Zelle 43 wird also belichtet, und die elektrisch betätigten Ventile 22, 28 werden gespeist. Das Ventil 28 für den Klebstoff ist also offen und das Ventil 22 für das Wasser geschlossen. Wenn der Klebstoff das Niveau des Brechungsmessers 42 erreicht, so wird, da seine Konzentration C₂ um 50 % höher ist als die vorgesehene Arbeitskonzentration C₁, die helle Fläche durch die Blende 53 verdeckt, und da die Zelle 43 nicht mehr beeinflußt wird, werden die elektrisch betätigten Ventile 22, 28 nicht weiter gespeist. Das Ventil 28 für den Klebstoff schließt sich, und das Ventil 22 für das Wasser öffnet sich. Der Brechungskoeffizient der Lösung nimmt ab, und die helle Fläche bewegt sich von oben nach unten. Im Augenblick, wo die Konzentration, auf welche die Blende eingestellt ist, erreicht ist, wird die Zelle erneut beeinflußt; das Ventil 28 für den Klebstoff öffnet sich, das Ventil 22 für das Wasser schließt sich, und das Arbeitsspiel beginnt von neuem. Es stellt sich dann ein stabiles Gleichgewicht bei der Konzentration C₁ des Klebstoffes ein, und jede zufällige Veränderung dieses Gleichgewichts wird sofort durch die Regelvorrichtung ausgeglichen.

Selbstverständlich muß die Temperatur des Klebstoffes in dem Arbeitstrog 31 durch den den Zuleitungshahn 33 für den Dampf steuernden Thermostaten 34 auf dem Wert ίο gehalten werden (aus welchem Grund das Zusatzwasser für diesen Trog bereits in der Schlange 19 auf diese Temperatur gebracht wurde), denn der Brechungskoeffizient der Lösung ändert sich sehr stark mit der Temperatur. •Der Abzweig23 gestattet die Auswaschung des Arbeitstroges durch unmittelbare Zuführung von Wasser in den Trichter 25.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellte und beschriebene Ausführungsform beschränkt, die nur beispielsweise gebracht wurde.

Insbesondere könnten die elektrisch betätigten Ventile auch von Motoren mit umkehrbarer Drehrichtung gesteuert werden, die eine allmähliche öffnung und Schließung bewirken.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   ι. Selbsttätige Regelvorrichtung zum Herstellen und Aufrechterhalten einer bestimmten Konzentration eines beliebigen Bades, dessen Brechungsindex seine Zusammensetzung anzeigt, wobei dieser Brechungsindex durch einen Hell-Dunkel-Brechungsmesser bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß sie neben dem Hell - Dunkel - Brechungsmesser umfaßt: eine Lichtquelle, eine lichtempfindliche Zelle, welche von dieser Lichtquelle durch Vermittlung des Hell-Dunkel-Brechungsmessers einen Lichtstrom von in Abhängigkeit von der Konzentration des Bades veränderlicher Intensität erhält und diesen Lichtstrom in elektrischen Strom umwandelt, ein Relais zur Verstärkung dieses elektrischen Stromes sowie Vorrichtungen zur Korrektur der Konzentration des Bades, wie Elektroventile, die durch den verstärkten elektrischen Strom gesteuert werden.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- no kennzeichnet, daß die lichtempfindliche Vorrichtung ein Regelorgan besitzt, das vorzugsweise durch eine Blende gebildet wird, welche verschiebbar vor der lichtempfindlichen Vorrichtung angebracht ist und deren in dem aus dem Brechungsmesser austretenden Lichtbündel sich befindender Rand so eingestellt wird, daß er mit der Grenzlinie zwischen Hell und Dunkel übereinstimmt, welche der gewünschten Konzentration entspricht.
3. 3. Einrichtung, in welcher die Vorrichtung nach einem oder beiden vorhergehenden Ansprüchen angewandt wird, insbesondere für die Konzentration von Klebstofflösungen verwendbare Einrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie in Verbindung einen Kessel (1) zum Kochen

   des Klebstoffs bei einer höheren als der Gebrauchskonzentration aufweist, weiter ein unterhalb eines Ablaßrohres (ι i) auf dem genannten Kochkessel angeordnetes Vorratsgefäß (13), eine Heizvorrichtung (14) in diesem Gefäß, um die Temperatur dieser Klebstofflösung konstant zu halten, eine diese Heizvorrichtung steuernde thermostatische Vorrichtung (18), einen Arbeitstrog (31), in welchem die Klebstofflösung durch einen zweiten Thermostaten (34) auf derselben Temperatur gehalten wird, und zu der Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2 gehörende elektrisch betätigte Ventile (22, 28), durch welche in den Arbeitstrog einerseits die aus dem Vorratsbehälter kommende Klebstofflösung und andererseits Wasser zur Verdünnung eingeführt wird.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Vorratsgefäß

   (13) als Heizmittel eine Schlange aufweist, die von Dampf durchströmt wird, dessen Durchfluß von dem ersten Thermostaten (r8) geregelt wird.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Vorratsgefäß (13) eine zweite Schlange (19) aufweist, durch deren Durchfluß innerhalb dieses Gefäßes sich das den Arbeitstrog (31) speisende Verdünnungswasser erwärmt.
6. 6. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitstrog (31) einen Dampfverteiler (32°) aufweist, dessen Dampfausströmung durch den zweiten Thermostaten (34) geregelt wird.
7. 7. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten elektrisch betätigten Ventile derart montiert sind, daß das eine (28) offen und das andere (22) geschlossen ist, wenn die Fotozelle (43) beeinflußt wird.

   Angezogene Druckschriften:
   Zeitschrift »Archiv für Technisches Wissen«, V 332-10; V 332-13;
   USA.-Patentschriften Nr. 2 063 140, 1 746 525.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   1 509 675 3.56