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Gerät zur selbsttätigen Steuerung der Wasserbeschickung für Betonmischer
od. dgl. Die Erfindung betrifft eine selbsttätige Beschikkungsvorrichtung für Wasser
zur Bereitung von Beton od. dgl., bei der während des Mischens und der Wasserzufuhr
der Wassergehalt der Betonmischung durch Messen ihres Ohmschen Widerstandes gegenüber
Wechselstrom unter Verwendung einer Sonde laufend festgestellt und die Wasserbeschickung
bei Erreichen eines bestimmten, zuvor an Hand einer Musterbetonmischung ermittelten
Ohmschen Widerstandes unterbrochen wird.
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Bei bekannten Vorrichtungen wird das Wasser in den Betonmischer in
der Regel mittels eines Meßbehälters oder einer selbsttätigen Wasserwaage beigefügt.
Bei diesen Anordnungen wird die ursprüngliche Feuchtigkeit der einzelnen Bestandteile
der Mischung nicht berücksichtigt. Zum Beispiel ändert sich beim Lagern von Sand
auf freiem Platz der Wassergehalt des Sandes in weitem Bereich. Außerdem sind für
verschiedene Arbeitsstellen verschieden feuchte Mischungen erforderlich. Die zuzuteilende
Wassermenge wird dann in der Regel nur geschätzt. Dabei muß der Bedienende während
der ganzen Zeit der Wasserzufuhr bei der Maschine bleiben.
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Man hat deshalb Einrichtungen zur selbsttätigen Dosierung des Wassers
bei der Betonbereitung geschaffen, die die Tatsache, daß sich der Ohmsche Widerstand
einer Betonmischung mit ihrem Wassergehalt ändert, zur Steuerung eines elektromagnetisch
betätigten Ventils für den Zulauf des Wassers zum Mischbottich auswerten. Zu diesem
Zweck verwendet man in den Mischbottisch eingetauchte Sonden, die in einem ein Zeigerinstrument
enthaltenden Stromkreis liegen, welches eine dem Ohmschen Widerstand zwischen den
Elektroden proportionale Anzeige liefert. Das Zeigerinstrument ist mit einer längs
seiner Skala verschiebbaren Kontaktvorrichtung versehen, die vom Zeiger betätigt
wird, sobald dieser die Stellung erreicht hat, die derjenigen der Kontaktvorrichtung
entspricht. Letztere schließt dann einen Stromkreis für das Absperrorgan des Zulaufventils,
so daß der Wasserzulauf unterbrochen wird. Die Einstellung der Kontaktvorrichtung
auf der Skala erfolgt in Übereinstimmung mit einem Zeigerausschlag, der bei der
Messung einer Mustermischung als Sollwert erzielt worden ist.
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Eine bekannte Abwandlung dieser Steuerung verwendet an Stelle der
Kontaktvorrichtung am Zeigerinstrument ein Solenoid für die hydraulische Betätigung
eines den Wasserzulauf zum Mischbottich steuernden Membranventils. Der Kern des
Solenoids, dessen Spule im Meßkreis liegt, sperrt bei Annäherung an den Sollwert
einen Nebenweg, durch den das Wasser aus der Kammer über der Membran entweichen
kann, zunehmend ab. Sobald der Sollwert erreicht ist, ist dieser Nebenweg völlig
geschlossen und die Membran voll belastet, so daß das Zulaufventil abgesperrt ist.
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Diese bekannten Einrichtungen haben verschiedene Mängel. Der Widerstandswert
des Gemisches schwankt während des Mischvorganges beträchtlich. Außerdem sind die
Änderungen des Widerstandes zwischen den einzelnen Feuchtigkeitsgraden verhältnismäßig
klein, so daß für benachbarte, aber notwendigerweise noch zu unterscheidende Feuchtigkeitsgehalte
die Änderung des Zeigerausschlages zu gering ist und daher wegen der erforderlichen
Toleranzen in der Schaltvorrichtung eine vorzeitige Abschaltung des Wasserzulaufes
erfolgen kann, ebenso wie bei zufälliger Zusammenballung stark befeuchteten Materials
um die Sonden herum.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Steuerung des
Wasserzulaufes wesentlich genauer
mit Hilfe eines Spannungsvergleiches
ausgeführt werden kann, bei dem die Spannung, die mit derjenigen des Meßkreises
verglichen wird, einen fest eingestellten Wert hat, der möglichst weit unterhalb
des dem geringsten Feuchtigkeitsgehalt entsprechenden Wertes liegt, der von der
Einrichtung noch ausgewertet werden soll. Hierbei kann zwischen dem Meßkreis und
dem Vergleichskreis ein Kompensationskreis vorgesehen werden, in welchem ein genügend
scharf definiertes Kriterium für die Absperrung des Wasserzulaufes in Form einer
Umkehrung der Stromrichtung gewonnen wird. Ein solches Kriterium ist durch ein polarisiertes
Relais auswertbar. Der Spannungsvergleich bietet die Möglichkeit, auf elektrischer
Grundlage ein Ansprechen der Einrichtung auf verschiedene Feuchtigkeitsgehalte zu
erreichen, indem man die Spannung des Meßkreises durch einen veränderbaren Widerstand
so einregelt, daß die Stromumkehr entweder früher, d. h. bei geringeren, oder später,
d. h. bei höheren Feuchtigkeitsgraden eintritt. Diese Einregelung war bisher nur
unter Zuhilfenahme mechanisch wirkender Mittel möglich, bei denen Ungenauigkeiten
unvermeidbar sind.
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In Auswertung dieser Erkenntnis ist das nach dem Prinzip der Messung
des Ohmschen Widerstandes arbeitende Gerät zur selbsttätigen Steuerung der Wasserbeschickung
für Betonmischer od. dgl. der eingangs genannten Art erfindungsgemäß so ausgebildet,
daß von einem parallel an das Wechselstromnetz zum Speisen des Antriebsmotors für
den Mischtrog angeschlossenen Spannungsstabilisator einmal ein einen Trockengleichrichter
enthaltender Stromkreis mit gleichbleibender Vergleichsspannung ausgeht und zum
anderen ein zweiter, gleichfalls einen Trockengleichrichter enthaltender Stromkreis,
in dem die Spannung ungefähr doppelt so hoch gehalten wird wie im ersten Stromkreis
und in dem zum Gleichrichter der Mischtrog sowie die mit ihm in Reihe geschaltete,
in den Troginhalt eintauchende Sonde parallel geschaltet sind, daß die beiden Gleichrichter
in einem dritten, ein polarisiertes Relais enthaltenden Stromkreis hintereinander
zusammengeschlossen sind und daß der Anker dieses Relais einseitig so eingestellt
ist, daß er über einen weiteren Relaissatz ein elektrisches Ventil in der Wasserzufuhr
zum Mischer schließt, wenn in dem vom Spannungsstabilisator ausgehenden, den Mischtrog
mit der mit ihm in Reihe geschalteten Sonde in Parallelschaltung zum Gleichrichter
enthaltenden Stromkreis bei diesem Gleichrichter die Spannung wegen des großen durch
den Trog und die Sonde gehenden Stromanteiles unter die Vergleichsspannung im zweiten,
vom Spannungsstabilisator ausgehenden Stromkreis gefallen ist.
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Eine solche Anordnung hat gegenüber den oben geschilderten bekannten
Einrichtungen noch zusätzliche Vorzüge. Durch Speisung des Meßkreises mit Wechselstrom
wird die Polarisation der Sonde ausgeschaltet, die bei der bisher üblichen Verwendung
von Gleichstrom die Genauigkeit des Meßergebnisses und die Empfindlichkeit der Einregelung
ungünstig beeinflußte. Außerdem werden empfindliche Bestandteile von kurzer Lebensdauer,
z. B. Elektronenröhren, nicht benötigt. Die Steuerung der Einrichtung kann mittels
Druckknöpfe ausgeführt werden und stellt keine erhöhten Anforderungen an die Bedienungsperson,
so daß hierzu ungelernte Arbeitskräfte verwendet werden können. Zweckmäßig wird
im Meßkreis eine stabförmige Metallsonde verwendet, die bis auf den in die Betonmischung
eintauchenden Teil dicht von einem Isolierbelag umgeben ist. Gegenüber den bisher
üblichen Doppelelektroden hat eine solche Sonde den Vorzug, daß einer Verschmutzung
und einer Änderung des Isolationswiderstandes vorgebeugt ist.
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Damit das polarisierte Relais nicht ansprechen kann, wenn die in umgekehrter
Stromrichtung erfolgenden Stromstöße nur von kurzer Dauer sind, ist es zweckmäßig,
zwecks Verzögerung einen Kondensator zu seiner Wicklung parallel zu schalten.
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In den Zeichnungen ist schematisch ein Gerät nach der Erfindung dargestellt,
wobei Fig. 1 eine Zusammenstellung der einzelnen Elemente und Fig. 2 ein elektrisches
Schaltbild für den Wasserbeschickungskreis vorstellt.
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Das selbsttätige Beschickungsgerät ist in einem staubdichten Kasten
1 aus Leichtmetallguß angeordnet und an einer Wand oder unmittelbar an dem Betonmischer
im Bereich des Bedienenden befestigt. Am Kasten sind außen zwei farbige Signallampen
11 und 12, ein Druckschalter 13 zum Öffnen der Wasserzufuhr und ein Drehknopf 14
zum Einstellen des erforderlichen Feuchtigkeitsgehaltes der Mischung vorgesehen.
Der Zeiger des Drehknopfes 14 kann entweder auf eine bestimmte Stelle einer Skala
15 oder gegenüber einem Zeichen eingestellt werden, das der Bedienende auf der Skala
15 selbst aufzeichnet. Falls Betonmischungen für verschiedene Arbeitsstellen erzeugt
werden, kann bei den betreffenden Zeichen die Arbeitsstelle angeführt werden. Das
Beschickungsgerät wird aus einem Speisenetz parallel mit dem Antriebsmotor 5 des
Betonmischers über ein Doppeladerkabel 16 aus dem Kasten des Hauptschalters 6 gespeist.
Mittels eines weiteren Doppeladerkabels 18 ist das Beschickungsgerät mit einem elektromagnetischen
Ventil 3 und mittels Kabel 17 mit einer Tauchsonde 2 verbunden. Außerdem ist der
Kasten 1 des Beschickungsgerätes mittels eines Leiters 19 mit der Masse der Mischvorrichtung
verbunden.
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Die Vorrichtung enthält ferner das Ventil 3 zum Schließen der Wasserzufuhr,
das in die Zufuhrleitung 7 eingeschaltet ist, und eine Brause 4, die oberhalb der
die Betonmischung enthaltenden Trommel 8 vorgesehen ist.
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Die Tauchsonde 2 wird durch eine Stahlstange gebildet. Sie ist teilweise
von einem Gummischlauch 9 umgeben, um von ihren Haltern 10 elektrisch isoliert
zu sein, die am Rahmen des Betonnnischers befestigt sind, so daß der Gummischlauch
9, der bis unterhalb der Oberfläche der Betonmischung reicht, stets die gleiche
aktive Oberfläche des entblößten Sondenendes bestimmt.
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Die Gestaltung der elektrischen Anlage ergibt sich aus der nachfolgenden
Schilderung der Arbeitsweise der Vorrichtung: Zu Beginn des Arbeitszyklus ist die
Trommel 8 für die Betonmischung leer, die Stahlsonde 2 hängt frei in der Luft, und
der Widerstand des gemessenen Kreises ist theoretisch unendlich groß. An den Stellen
21, 22 zeigt sich fast die volle Spannung, z. B. 48 V, die an den Klemmen 24 eines
magnetischen Stabilisators 26 entnommen und durch einen Trockengleichrichter 27
gleichgerichtet wird. An den Klemmen 21, 23 ist dagegen die Spannung 24 V, die aus
den Klemmen 25 entnommen und durch den Trokkengleichrichter
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gleichgerichtet wird. Der Strom fließt durch das polarisierte Relais 29 in Richtung
von der Klemme 22 zur Klemme 23, und sein Anker 30 verbleibt in der Ruhelage.
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Nach dem Einschütten der trockenen Bestandteile der Betonmischung
in die Mischvorrichtung ist die Sonde 2 von einer Mischung umgeben, die am Anfang
einen großen Widerstand aufweist, so daß zwischen der Sonde 2 und der Trommel 8
ein schwacher Strom zu fließen beginnt. Die Spannung an den Klemmen 21, 22 sinkt
etwas, bleibt jedoch fortwährend höher als die Vergleichsspannung 24 V an den Klemmen
21, 23, so daß der Strom durch die Spule des polarisierten Relais 29 stets in der
Richtung von der Klemme 22 zur Klemme 23 fließt und der Anker 30 in seiner Ruhelage
bleibt.
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Der Mischung wird dann fortlaufend Wasser beigefügt, so daß sich deren
Ohmscher Widerstand verkleinert. Die Spannung an den Klemmen 21, 22 sinkt weiter,
beim Erreichen von 24 V hört der elektrische Strom auf, durch das polarisierte Relais
29 zu fließen, das Relais bleibt jedoch wegen der einseitigen Einstellung des Ankers
30 weiter in seiner Ruhelage.
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Bei weiterer Wasserzufuhr verkleinert sich der Ohmsche Widerstand
der Mischung weiter, die Spannung an den Klemmen 21, 22 sinkt unter das Niveau der
Vergleichsspannung 24 V, und durch die Spule des polarisierten Relais 29 beginnt
ein Strom in umgekehrter Richtung zu fließen, das ist von der Klemme 23 zur Klemme
22. Sobald die Differenz beider Spannungen einen solchen Wert erreicht, daß durch
den Kreis des Relais 29 ein Strom führt, der zum Umlegen des Ankers ausreichend
ist, bringt dieses Relais durch den Anker 30 einen weiteren Relaissatz 31 in Tätigkeit,
der das elektromagnetische Ventil 3 schließt.
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Mittels des Knopfes 14 wird ein regelbarer Widerstand 20 eingestellt,
der den Verlauf der Spannung an den Klemmen 21, 22 beeinflußt, wodurch das Umlegen
des Ankers 30 des polarisierten Relais 29 früher oder später erzielt wird. Es ist
so möglich, den betreffenden relativen Feuchtigkeitsgrad der Betonmischung beliebig
zu wählen, bei welchem der Relaissatz 31 anspricht und so die Wasserzufuhr durch
das Ventil 3 abschließt.
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Während des Mischens sinkt der elektrische Widerstand der Mischung
zwischen der Sonde 2 und der Trommel 8 nicht gleichmäßig, sondern wegen des periodischen
Verdickens des Materials in der Nähe der Sonde und wegen der Ungleichförmigkeit
der halbfeuchten Mischung unregelmäßig. Damit das polarisierte Relais 29 auf diese
kurzzeitigen Widerstandsunterschiede nicht anspricht, ist es mit einer Zeitverzögerung
mittels eines parallel geschalteten Kondensators 32 versehen. Der Anker 30 wird
erst dann umgelegt, wenn der durchschnittliche Wert des Widerstandes der gemessenen
Mischung während zweier Sekunden die kritische Höhe erreicht.
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Das polarisierte Relais bleibt so lange angezogen, bis die Trommel
8 des Mischers entleert wird. Dann ändert sich die Polarität an den Klemmen 22,
23 sprunghaft, und es wird der ursprüngliche Zustand wiederhergestellt. Der Anker
30 des polarisierten Relais 29 kehrt in die Ruhelage zurück. Die Vorrichtung ist
für einen weiteren Zyklus bereit, was durch ein gedämpftes Licht der grünen Signallampe
11 angezeigt wird.
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Beim Betrieb des Betonmischers wird zuerst der Netzschalter 6 eingeschaltet.
Da die Vorrichtung keine Elektronenröhren enthält, entfällt die für die Heizung
der Glühfäden erforderliche Zeit. Das gedämpfte Licht der grünen Signallampe 11
zeigt, daß die Vorrichtung betriebsbereit ist.
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Der Bedienende entleert in die Trommel 8 des Betonmischers den Fülltrichter
mit den vorbereiteten Bestandteilen der Mischung (Sand, Schotter, Zement) und drückt
den Druckknopf 13 am Kasten 1 des Beschickers; dann kann er sich einer anderen Arbeit
widmen, z. B. dem Abtransport des vorangehenden Anteiles der fertigen Betonmischung
an die Arbeitsstelle oder der Vorbereitung einer weiteren Charge.
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Durch Drücken des Druckknopfes 13 öffnet das elektromagnetische Ventil
3 die Wasserzufuhr durch die Brause 4 in die sich drehende Mischtrommel B. Das Wasser
fließt so lange, bis der erwünschte Feuchtigkeitsgrad erreicht ist. Dann schließt
sich die Wasserzufuhr selbsttätig, und der Bedienende wird z. B. durch ein Ertönen
einer Sirene und durch Aufleuchten der roten Signallampe 12 darauf aufmerksam gemacht,
daß die Wasserzufuhr abgestellt und die Mischung zum Abnehmen vorbereitet ist.
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Durch das fortlaufende Besprengen der Mischung an geeigneter Stelle
in der sich drehenden Trommel wird die Mischung gleichmäßiger befeuchtet als bei
einmaligem Zugeben des Wassers.
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Der wesentliche technische Effekt des erfindungsgemäßen Gerätes ist
die selbsttätige Erzielung des erforderlichen Gefüges der Betonmischung und so die
Ausschließung einer minderwertigen Qualität, welche entweder durch nicht richtigen
Wassergehalt oder auch durch ungenügendes Mischen entsteht, falls das Wasser auf
einmal beigefügt wird.
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Ein weiterer Vorteil des Gerätes nach der Erfindung ist der geringe
Arbeitsaufwand, da dem Bedienenden die Beaufsichtigung der Wasserzugabe abgenommen
wird.