DE2525306C3 - Automatischer Dosierapparat für flüssige und schüttbare Stoffe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Dosierapparate, genauer genommen aber für flüssige und schüttbare Stoffe bestimmte Dosierapparate, die in der Hauptsache in der chemischen, Nahrungsmittel-, kosmetischen und Arzreimittelindusirie bei Serienaufbereitung von Gemischen zur Ermi"lung der Volumenkonzentration der in diesen Gemischen enthaltenen Bestandteilen benutzt werden.

Bei Untersuchung z. B. dar Gütekennwerte von Zuckerrüben und anderen Iandwi. .schaftlichen Kulturen wird die Volumenkonzentration des in diesen Kulturen enthaltenden Zuckerstoffs, Kaliums, Natriums, Stickstoffs und anderer Stoffe sowie chemischer Elemente ermittelt. Dazu wird ein verdauungssicheres Gemisch (Digestionsgemisch), das aus der feingemahlenen Kultur und einem flüssigen Verdünnungsmittel besteht, aufbereitet. Dabei wird äußerst genau das Verhältnis zwischen dem Gewicht der zur Analyse bestimmten Probe und dem Volumen des Verdünnungsmittelseingehalten.

Derartige Analysen werden zu hundert Tausenden im Laufe einer (Jahreszeit) Saison ausgeführt. Deshalb ist die Automatisierung dieser Vorgänge als effektive Quelle für eine Verminderung an Arbeitsaufwand und Erhöhung der Genauigkeit von durchzuführenden Untersuchungen zu betrachten.

Es ist eine automatische Pipette mit vorbestimmtem Inhalt bekannt, die zum Dosieren des Verdünnungsmittels zwecks Vorbereitung eines Digestionsgemisches dient, und zwar durch Abwiegen auf einer Waage der Solleinwaage aus der zu untersuchenden Kultur und proportionales Volumendosieren des Verdünnungsmittels durch die erwähnte Pipette (siehe z. B. »Methodik der staatlichen Prüfung von landwirtschaftlichen Kultursorten«, Ausgabe III, 1972, Moskau »Kolos«-Verlag, Seite 83... 108).

Die Serien-Vorbereitung von Digestionsgemischen mittels dieser Pipette erfolgt von Hand und erfordert einen sehr großen Arbeitsaufwand, da zum Erzielen erforderlicher Richtigkeit bei der Analyse das Abwiegen auf der Waage der Solleinwaage aus dem zu untersuchenden Stoff mit einer Genauigkeit bis 0,01 g erfolgt.

Es ist auch ein halbautomatischer Dosierapparat KWS Einbeck (BRD) bekannt (siehe Zeitschrift der Zuckerindustrie, 15 (1965), Nr.9, Seite 514... 518, Aufsatz von Ch. R e g e I i n).

Dieser Dosierapparat enthält eine Waage mit ί Ziffereiiablesung und eine automatische Pipette mit variablem Inhaltsraum. Hier ist das mühselige Abwiegen der Solleinwaage nicht erforderlich. Auf dem Waagenteller wird mittels einem Sondermtßbecher eine Richtmenge des zu untersuchenden Stoffes

in gebracht, an der Gewichtsskala erfolgt die Ablesung des Meßgewichtes, das auf der Proportionalitätsskala der automatischen Pipette dann eingestellt wird. Beim Einstellen des Skalenzeigers auf den erforderlichen Strich wird aus der Pipette die erforderliche dem

i) Meßgewicht proportionale Menge des Verdünnungsmittels verdrängt.

Dieser Dosierapparat weist eine höhere Leistung auf, aber subjektive Fehler, die beim Ablesen des Gewichtes und beim Einstellen desselben an der Pipettenskala

in entstehen, sind unvermeidbar.

Die eventuellen subjektiven Fehler werden beim automatischen Dosierapparat für flüssige und schüttbare Stoffe beseitigt, der eine mit Fühlglied versehene Waage enthält, deren Gleichgewichtsstörung durch

r> einen Gleichgewichtsgeber festgelegt wird, der eine Einrichtung zum Kt mpensieren der Gleichgewichtsstörung betätigt (siehe z.B. Aufsatz von A. I. Duuren »Automatische Dosierung bei der Bestimmung von Zucker in Zuckerrüben«, »Zucker«, 1960. 13. Jahrgang,

so 24, Sei ten 604... 605).

Beim erwähnten automatischen Dosierapparat ist eine ungleicharmige Waage mit einem Sollverhältnis zwischen den Armlängen eingesetzt, die Einrichtung aber zum Kompensieren der Gleichgewichtsstörung

i"> stellt einen Zuteiler dar, der mit dem zu dosierenden flüssigen oder schüttbaren Stofl gefüllt ist und bei dem die elektromagnetische Klappe elektrisch mit dem Gleichgewichtsgeber verbunden ist

Die Wirkungsweise eines solchen Dosierapparates

-*·» besteht im folgenden. Auf dem einen Waagenteller wird mittels Sondermeßbecher die erforderliche Richtmenge des zu untersuchenden Stoffes, auf dem anderen aber ein Becher mit Sollgewicht gebracht. Dabei entsteht an der Waage eine Gleichgewichtsstörung, die vom

·"> Gleichgewichtsgeber festgelegt wird. Letzterer erteilt ein elektrisches Signal, durch das sich das Ventil des über dem Becher liegenden Zuteilers öffnet. Durch das Ventil wird aus dem Zuteiler solange dem Becher der zu dosierende Stoff zugeführt, bis die Waage ins Gleichge-

■>» wicht gerät und gemäß dem Signal des Gleichgewichtspebers das Ventil geschlossen wird. Dabei wird die Dosierung unterbrochen und der zu dosierende Stoff von Hand in das technologische Gefäß übertragen.

Dieser Dosierapparat weist zum Vergleich mit dem

'■'^r> oben beschriebenen eine größere Leistung auf und schließt subjektive Meßfehler aus.

Jedoch werden in denjenigen Fällen, wenn es erforderlich ist, die Volumenkonzentration im Digestionsgemisch zu ermitteln, strengere Vorschriften an

⁽'⁽> die Beständigkeit des spezifischen Geswichtes des zu dosierenden Stoffes gestellt. Eine Änderung des spezifischen Gewichtes verursacht die Änderung des Volumens des Dosierstoffes, wobei dessen Gewicht dasselbe bleibt, dadurch aber erfolgt eine Störung der

'·' Proportionalität zwischen Gewicht und Volumen des zu dosierenden Stoffes.

Die Konstanz des spezifischen Gewichtes des zu dosierenden Stoffes ist auch von der Temperatur des

letzteren und vom Aggregatzustand (der Suspension) abhängig. Beim Einsatz des beschriebenen Dosierrapparates ist es erforderlich, beim Übergang von einer Dosierungsstoffdosis zur anderen eine entsprechende Korrekturzahl für das spezifische Gewicht einzufügen, wodurch der Dosierungsvorgang komplizierter wird. Zum Einhalten der Konstanz des spezifischen Gewichtes werden ^&ch komplizierte temperatur: egelnde Umlaufsysteme eingesetzt Diese Anlagen halten die Temperatur des zu dosierenden Stoffes in den Sollgrenzen sowie die Beständigkeit seines Aggragatzustandes durch kontinuierliches Rühren dieses Stoffes ein. Solche Umlaufanlagen sind sehr kompliziert und kostsspielig.

Wie bereits oben erwähnt wurde, ist es bei Benutzung des erwähnten Dusierapparates erforderlich, die erhaltene Dosis des Dosierstoffes aus dem Sollgewichtsbecher in das technologische Gefäß zu übertragen. Dabei wird bei Dosierung von Flüssigstoffen ein Teil des zu dosierenden Stoffes infolge Benetzbarkeit der ir;r.enf!a ehe des Sollgewichtsbechers, bei Dosierung von schüttbaren Stoffen aber infolge Ankleben des Stoffes an den Wänden des Sollgewichtsbechers verloren, wodurch Meßfehler verursacht werden. Der Einsatz von unbenetzbaren Werkstoffen zur Herstellung von Sollgewichtsbechern verringert zwar den erwähnten Meßfehler, aber kann nicht diesen vollständig beseitigen. Solche Meßfehler haben eine besondere Bedeutung beim Dosieren von Kleindosen.

Es ist bekannt, daß elektromagnetische Ventile und der Waagebalken eine bestimmte Trägheit aufweisen.

Deshalb ist die Genauigkeit der Dosierung durch den beschriebenen Dosierapparat in erheblichem Maße von der Druckkonstanz des Strahls aus flüssigem oder schüttbarem Stoff im Augenblick der Dosierungsbeendigung abhängig, die ihrerseits vom Stand des Dosierstoffes im Zuteiler abhängt. Zum Einhalten eines bestimmten Standes wird für den Dosierapparat der Einsatz vc.i Vorrichtungen vorgesehen, die den Aufbauplan des Dosierapparates erheblich komplizierter machen.

Somit sind für einen in bezug auf die Bauart relativeinfachen Dosierapparat der Einsatz von komplizierten zusätzlichen Vorrichtungen zur Sicherung der Dosierungssollgtnauigkeit erforderlich.

Es ist auch bekannt, eine auf einen Waagebalken einwirkender Kraft elektromagnetisch zu erzeugen (DE-AS 10 32 932).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen solchen automatischen Dosierapparat für flüssige und schüttbare Stoffe zu entwickeln, bei dem die Bauart eine Voluiviendosierung des flüssigen und schüttbaren Stoffes mit einem Sollverhältnis zum Gewicht des anderen Stoffes oder zur Gewichtsnormale unabhänig vom spezifischen Dosierapparat des zu dosierenden Stoffes selbst sicherstellt sowie eine Dosierung direkt in das technologische Gefäß gewährleistet.

Die Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß ein automatischer Dosierapparat für flüssige und schüttbare Stoffe mit einer Waage, deren Fühlglied auf einen Gleichgewichtsgeber wirkt, der elektrisch verbunden ist mit einer Einrichtung zum Kompensieren von Gleichgewichtsstörungen in Gestalt eines Elektromagneten, dessen Kern stafr mit dem Fühlglied der Waage verbunden ist, erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß der Elektromagnet über einen Regelwiderstand gespeist wird, dessen Schleifkontakt aufgrund eines Versiimmungssignals des Gleichgewichtsgebers bewegt wird, und daß ein mit flüssigem oder schüttbareni Stoff gefüllter Behälter gestreckter Form mit einem Auslaufventil vorhanden ist, auf dem ein auf das Auslaufventil wirkender Pegelgeber verschiebbar angeordnet isit, welcher starr mit dem Schleifkontakt des Regelwidersl.indes verbunden ist.

Die Bauart des erfindungsgemäßen automatischen Dosierapparates für flüssige und schüttbare Stoffe ermöglicht es, das Volumendosieren von flüssigen oder schüttbaren Stoffen proportional zum gemessenen Gewicht des arideren Stoffes oder der Gewichtsnormale mit einem relativen Meßfehler bis 0,4% und mit einer Stundenleistung von 200 Dosierungen sicherzustellen.

Die Bauart ermöglicht es auch, das Dosieren direkt in das technologische Gefäß auszuführen und erfordert keine Einrichlungen zum Einhalten der Beständigkeit des spezifischen Gewichtes des zu dosierenden Stoffes und der Beständigkeit des Standes dieses Stoffes im Behälter.

Schreibung von verschiedenen Ausführungsbeispielen und der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 Priniipschaltbild der ersten Ausführungsart des erf'ndungugemäßen automatischen Dosierapparates für flüssige and schüttbare Stoffe;

Fig. 2 Priniipschaltbild der zweiten Ausführungsart des erfindungügemäßen automatischen Dosierapparates;

F i g. 3 Elektrischer Schaltplan des Steuerblocks arn erfindungsgen'iäßen automatischen Dosierapparat für flüssige und schüttbare Stoffe.

Der erfindungsgemäße Dosierapparat enthält eine Waage 1 (Fiji. 1) mit Fühlglied 2, oei dieser Ausführungsart als Waagebalken ausgebildet, dessen Gleichgewichtsstörung durch den Gleichgewichtsgeber 3 festgehalten wird. Bei der hier beschriebenen Ausführungsart enthält der Gleichgewichtsgeber 3 eine Fo'ozellr 4 und Lichtquelle 5, deren Strahl durch die Blende 6 geformt wird. Zwischen der Lichtquelle 5 und der Blende 6 ist eiro Verschlu[!.blende 7 angeordnet, die am Fühlglied 2 befestigt wird, das bei einer Gleichgewichtsstörung ein elektrisches S.ignal zu erhalten ermöglicht. Das Fühlglied 2 ist durch die starre Bindung 8 mit dem Kern des Elektromagneten 9 geschaltet, der zur Einrichiung )0 für das Kompensieren der Gleichgewichtsstörung der Waage I gehön. Die Einrichtung 10 zum Kompensieren der Gleichgewichtsstörung enthält den Regelwiderstand 11 mit Stromabnehmer 12, der elektrisch mit dem Elektromagneten 9 durch die Verbindungsleitung 13 gekoppelt ist. Diese elektrische Verbindungsleitung 13 ermöglicht es, die Waage 1 von den anderen Teilen des Dosierppparates ortmäßig zu trennen, was beim Einsatz des erfindungsgemäßen automatischen Dosierapparates für verschiedenartige Betriebsprozess: von großer Bedeutung ist.

Der Stromabnehmer 12 ist seinerseits starr mit dem Pegelgeber 14 und kinematisch mit der zum Verschieben des letzteren gestimmten Einrichtung 15 verbunden. Als Einrichtung 15 dient ein Elektromotor.

Der Pegeigeber 14 ist linear verschiebbar *ui dem Sollmeßbehälter 16, der gestreckte Form hat, angeordnet. Bei der hier beschriebenen Ausführungsart unterscheidet sich der Pegelgeber 14 vom Gleichgcwichtsgeber 3 dadurch, daC als Zwischenblcnde der im Inneren des Behälters 16 angeordnete Schwimmer 17 dient. Gemäß dem Signal des Gleichgewichtsgebers 3 wird der Pegelgeber 14 im Ergebnis um eine Höhendifferenz verschoben, die dem Gleichgewichts

störiingswert der Waage 1 proportional ist und dem zu dosiernden Volumen des aus dem Behälter 16 iih/iiführenden Stoffes entspricht. Beide Cjeber .3 und 14 sind elektrisch mit dem Einlaß- bzw. Auslaufventil 18 und 19 sowie mit der Einrichtung 15 zum Verschieben des Stromabnehmers 12 durch den Steuerblock 20 geschaltet.

Bei der erwähnten Ausführungsart des automatischen Dosierapparates ist der Arbeitsteil des Behälters 16 durch zwei Endschalter 21 und 22, die elektrisch mit der Einrichtung 15 gekoppelt sind, begrenz.. Der Oberteil des Behälters 16 enthält ein Ventil 23 für Maximalauffüllung, das die Füllung des Behälters 16 gev/ährleistet. und ein Dränageröhrchen 24 das zum Abfluß der überflüssigen Menge des dem Behälter 16 zugeführten Dosierstoffes dient. Die erwähnte Anordnung der Ventile 18, 19 und 23 ist zum Dosieren flüssiger Stoffe angenommen.

Um den Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen automatischen Dosi< rapparates zu erweitern, sind an diesem zusätzliche Ausgleichgewichte 25 (Fig. 2) und ein auswechselbarer Anfangsbehälter 26 vorgesehen.

D(.r Steucrblock 20 enthält einen Stromverstärker 27 (Fig. 3) einer bekannten Bauart, der das elektrische Signal von der Fotozelle 4 des Gleichgewichtsgebers 3 verstärkt und dieses Signal in solcher Weise an das Relais 28 zuführt, daß bei Belichtung der Fotozelle 4 das Relais 28 eingeschaltet wird. Das Relais 28 enthält seinerseits die Schließkontakte 29, 30, 31 und 32. Der Steuerblock 20 enthält auch den Stromverstärker 33 ebenfalls einer bekannten Bauart, der das elektrische Signal von der Fotozelle 4 des Pegelgebers 14 verstärkt und dieses Signal in solcher Weise an das Relais 34 zuführt, daß bei Belichtung der Fotozelle 4 das Relais 34 abgeschaltet wird. Das Relais 34 hat einen öffnungskontakt 35 und einen Schließkontakt 36. Die Kontakte 30 und 35 schalten ein Relais 37 um, das einen Schließkontakt 38 und Umschaltkontakte 39, 40 und 41 aufweist.

Das Signal, gemäß dem die Dosierung nach Einwirkung des Gewichtes rauf das Fuhigiieu 2 (F i g. i) erfolgt, wird durch den Schließkontakt 42 (Fig. 3) erteilt, der in den Speisekreis des Relais 28 eingeschaltet ist.

Das Ein- und Ausschalten der Schaltung des Dosierapparates erfolgt durch einen Kippschalter 43.

Zum Dosieren von schüttbaren Stoffen braucht der Prinzipschaltplan des Dosierapparates nicht abgeändert zu werden. Es kann in Abhängigkeit von den Eigenschaften des zu dosierenden schüttbaren Stoffes nur die Bauart des Pegelgebers 14 geändert werden.

Der Betrieb des automatischen Dosierapparates für flüssige und schüttbare Stoffe verläuft in folgender Weise.

Bei Zuführung von Spannungen V\ und V₂ durch den Kippschalter 43 wird das Ventil 18 unter Spannung gesetzt. Dabei öffnet sich das Ventil 18 und die Zuführung der zu dosierenden Flüssigkeit an den Behälter 16 (Fig. 1) beginnt. Das Auffüllen des Behälters 16 dauert solange an. bis das Ventil 23 für Maximalfüllung gesperrt wird. Die überflüssige Menge der durch das Ventil laufenden Flüssigkeit wird durch das Dränagerohr 24 abgeleitet. Die Einrichtung 15 wird ebenfalls durch die Kontakte 39 (F i g. 3), 40 und die normalerweise geschlossenen Endschalter 21 und 22 eingeschaltet. Die Einrichtung 15 versetzt den Pegelgeber 14 und den Stromabnehmer 12 in die obere Extremstellung bis zur öffnung des Endschalters 22. Auf diese Weise gelangt der Dosicrapparat in seme Ausgangsstellung.

Unter Einwirkung des Gewichtes /'(F ι g I) gerät das l'ühlglicd 2 aus dem Gleichgewichtszustand und die VerschluUblcnde 7 des Gleichgewichtsgcbers 3 läßt den Lichtstrahl von der Quelle 5 zu Fotozelle 4 durch. Danach erfolgt die Schließung des Kontaktes 42. wodurch das Relais 28 anspricht und die Schließkontakte 29,30,31 und 32 schließen.

Bei der oben beschriebenen Schaltung des Dosierap parates verursacht eine nächstfolgende öffnung des Kontaktes 42 kein wiederholtes Ansprechen des Relais 28, da letzteres bereits vom Verstärker 27 nut Strom versorgt wird.

Gleichzeitig bleibt das Relais 34 abgeschaltet, da die Fotozelle 4 des Pegelgebers 14 von der Quelle 5 belichtet wird und am Ausgang des Verstärkers 34 das Signal fehlt.

Bei Schließung des Schließkontaktcs 30 am Relais 28 spricht das Relais 37 an, das durch seinen Schließkon takt 38 gesperrt ist. Durch den Kontakt 31 am Relais 28 und den Kontakt 32, der den Endschalter 22 sperrt, sowie durch die Kontakte 39 und 40 am Relais 37 wird die Umsteuervorrichtung des Elektromotors eingeschalte., der den Pegelgeber 14 und Stromabnehmer 12 abwärts -'ersetzt. Die dabei vom Regelwiderstand Il entnommene Spannung, welche der Wicklung des Elektromagneten 9 zugeführt wird, steigt an. Dadurch wird der Kern des Elektromagneten 9 hineingezogen und kehrt das Fühlglied 2 in den Gleichgewichtszustand zurück. Das Gleichgewicht tritt erst ein, wenn die im Elektromagneten 9 entstandene Kraft dem Gewicht P gleich werden wird. Der vom Stromabnehmer 12 und Pegelgeber 14 zurückgelegte Abstand ist dem Gewicht ^proportional.

Beim Ansprechen des Relais 37 (Fig. 3) wird durch den Kippschalter 41 das Einlaufventil 18 abgeschaltet und das Auslaufventil 19 eingeschaltet, durch das der zu dosierende Stoff aus dem Behälter 16(Fi g. 1) abgeleitet wird. Der Schwimmer 17 senkt sich. Die Durchlaßfähigkeit des ventns Vi ist so angenommen, dab die Absenkung des Flüssigkeitsstandes im Behälter 16 etwas langsamer als die Bewegung des Pegelgebers 14 verläuft.

Beim Ausgleichen des Fühlgliedes 2 trennt die Zwischenblende 7 des Gleichgewichtsgebers 3 den Lichtzutritt von der Quelle zur Fotozelle 4 ab. wodurch das Ansprechen des Relais 28 (F i g. 3) verursacht wird. Der Kontakt 31 an diesem Relais 28 unterbrich die Stromversorgung des Elektromotors und letzterer hält still, das Ventil 19 bleibt aber weiter offen. Dabei dauert die Abführung des zu dosierenden Stoffes solange, bis der Schwimmer 17 (Fig. 1) den Richtstrahl von der Quelle 5 zur Fotozelle 4 des Pegelgebers 14 abdeckt. Die Volumenmenge — Menge des hiermit aus dem Behälter 16 abgeleiteten zu dosierenden Stoffes ist dem Gewicht ^proportional.

Durch das vom Pegelgeber 14 erteilte Signal wird das Ansprechen des Relais 34 (Fig.3) verursacht, der Schließkontakt 35 des letzteren geöffnet und die Stromversorgung des Relais 37 unterbrochen. Das Relais 37 schließt seinerseits das Auslaufventil 19 ab. öffnet das Einlaufventil 18 ein und schaltet die wrfiStCüErVGrriClitüng uCS ι_.ι£ιίΠΟΓΠΟίΟΓ3 ϋΓΠ.

Damit wird der Dosierungsarbeitsablauf beendet und die Schaltung des Dosierapparates kehrt, wie es oben bereits beschrieben wurde, in die Ausgangsstellung zurück.

für den Fall, daß das Gewicht P(Fi g. 1) das für die maximale Dosierungsnienge zulässige üosierungsniveau überschreitet, senkt sich der Pcgelgeber 14 bis in die extreme untere Stellung ab und öffnet den uiiteren r.ndschalter 21. Unterbricht der Schwimmer 17 den l.ichtstiuhl von der Quelle 5, so entsteht am Ausgang des Verstärkers 33 (F i g. 3) ein Signal, daß das Relais 34 ansprechen läßt. Der Schließkontakt 35 an diesem

Relais 34 öffnet sich und macht das Relais 37 stromlos. Seine Umschaltkoniakte 39, 40 und 41 schalten die Umsteuervorrichtung des Elektromotors ein und schließen das Auslaufventil 19 ab. Das System kehrt in die Ausgangsstellung zurück.

Der Betrieb des automatischen Dosierapparates nach der zweiten Ausführungsart ist dem oben beschriebenen ähnlich.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Automatischer Dosierapparat für flüssige und schüttbare Stoffe mit einer Waage, deren Fühlglied auf einen Gleichgewichtsgeber wirkt, der elektrisch verbunden ist mit einer Einrichtung zum Kompensieren von Gleichgewichtsstörungen in Gestalt eines Elektromagneten, dessen Kern starr mit dem Fühlglied der Waage verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (9) über einen Regelwidersland (11) gespeist wird, dessen Schleifkontakt (12) aufgrund eines Verstimmungssignals des Gleichgewichtsgebers (3) bewegt wird, und daß ein mit flüssigem oder schüttbarem Stoff gefüllter Behälter (16) gestreckter Form mit einem Auslaufventil (19) vorhanden ist, auf den ein auf das Auflaufventil (19) wirkender Pegelgeber (14) verschiebbar angeordnet ist, welcher starr mit dem Schleifkontakt (12) des Regelwiderstandes (11) verbunden ist.