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Vorrichtung zum Abteilen von wechselnd stark angereicherten Flüssigkeitsmengen,
in denen eine gewünschte, gewichtsmäßig bestimmte Menge einer Trockensubstanz enthalten
ist In Industriezweigen, in denen für verschiedene Zwecke Lösungen oder Emulsionen
(z. B. Kalkmilch) verwendet werden, ist es sehr wichtig, daß die in den Erzeugungsprozeß
gebrachte Flüssigkeitsmenge tatsäch= lich eine ganz bestimmte Gewichtsmenge der
in dieser Flüssigkeit enthaltenen Trockensubstanz enthält. Zu diesem Zwecke mußte
früher mit größter Sorgfalt darauf geachtet werden, daß die beispielsweise verwendete
Kalkmilch stets die gleiche Dichte aufwies, da anderenfalls umständliche Messungen
und Umrechnungen nötig wurden, für die im Erzeugungsprozeß keine Zeit war. Die Herstellung
von Kalkmilch von stets der gleichen Dichte -ließ sich aber im laufenden
Betrieb praktisch nicht durchführen, oder sie verursachte ganz außergewöhnlich hohe
Kosten.
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Es hat daher nicht an Bemühungen gefehlt, eine Vorrichtung zu schaffen,
die es gestattet, eine unbekannte Flüssigkeitsmenge von wechselnder (d. h. unbekannter)
Anreicherung an einer Trockensubstanz abzuteilen, in der eine gewichtsmäßig bestimrizte
gewünschte Menge dieser Trockensubstanz enthalten ist. Man verwendete hierzu zunächst
eine Vorrichtung, bei der zwei -in das Abfüllgefäß eintauchende, an je einem
drehbar gelagerten Meßbalken hängende Schwimmer vorhanden waren. Die Ergebnisse
waren ungenau und die Bauweise und Bedienung der Vorrichtung recht umständlich,
so daß man nach einer Verbesserung suchte. Die weitere Entwicklung der Vorrichtung
führte zur Verwendung eines einzigen Schwimmers, der als Formschwimmer mit nach
oben zunehmender Verjüngung ausgebildet wurde. Der Schwimmer wurde für ein Meßgefäß
vorgeschlagen, das für eine Kalkmilchdichte bestimmt ist, die sich gewöhnlich in
den ziemlich weiten Grenzen von r2 bis 2a° Be bewegt. Nachdem jedoch die Erzeugungskurve
eines solchen Formschwimmers nur angenähert, entsprechend einiger Anreicherungen
in den damals verwendeten Grenzen der Ca 0-Zusätze, bestimmt wurde, ist klar, daß
auch der in dieser Weise vorgeschlagene Schwimmer die Forderung nach einem Universalschwimmer,
d. i. einem Schwimmer für ein beliebig großes Meßgefäß bzw. für einen genauen Zusatz
von Kalk in beliebigen Mengen und bis zum größten Inhalt, nicht erfüllen konnte.
Das Verhältnis zwischen dem größten und kleinsten noch meßbaren CaO-Verhältnis übersteigt
bei
dieser a1tf- Grund einiger weniger Proben vorgeschlagenen Vorrichtung nicht den
Wert -: von @ i :-:z,6, : vVährend bei dem Schwimmer gemäß der Erfindung das Verhältnis
den Wert von i : 6 erreicht und die Dichte der Lösung in den Grenzen von i bis 30°
BE geändert werden kann. Ein weiterer Nachteil des vorgeschlagenen, auf dem angedeuteten
Wege ermittelten Schwimmers bestand darin, daß sein ` Aüsgleichgewicht am Meßbälken
eine besondere, von,der Verstellbewegung des: Schwimmers unabhängige $ewegung hatte,
d. h. .Schwimmer als auch Läufer. mußten für sich eingestellt Werden,_ was eine
zweifache Kontrolle bedeutet.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung bedeutet eine wesentliche Vervollkommnung
der bekannten Einrichtungen. Man ist dabei wieder auf die Zweiteilung des Schwimmers
zurückgegangen, und das Wesen der Erfindung wird darin gesehen, daß einer der. beiden
Schwimmer in sonst bekannter Weise als in seiner Eintauchtiefe einstellbarer Formschwimmer
ausgebildet ist und mit dem anderen Schwimmer an demselben Meßbalkenarm hängt. Er
ist dabei unter gleichzeitiger entsprechender Verschiebung eines Ausgleichgewichtes
gegenüber der Meßbalkenschwingachse einstellbar, und seine Einstellung hinsichtlich
seiner Entfernung von der Meßbalkensch-,vingachse und seiner Eintauchtiefe sowie
die entsprechende Verschiebung des Ausgleichgewichtes geschieht gleichzeitig und
stetig durch Betätigen eines einzigen Einstellmittels. Weitere vorteilhafte Einzelheiten
sind . in den Ansprüchen gekennzeichnet. Es ist selbstverständlich auch möglich,
den Formschwimmer in einem gleichbleibenden Abstande.von der Meßbalkendrehachse
anzuordnen und dafür : den anderen Schwimmer verschiebbar vorzusehen. Die Form des
Schwimmers wurde auf Grund mathematischer Erwägungen bestimmt, und die Erzeugungskurve
des Formschwimmers verläuft stetig so, daß das Abmessen ganz genau für jegliche
CaO-Menge erfolgt, innerhalb der Grenzen, für welche der- Schwimmer bestimmt wurde.
, Mathematisch ist die Form der Erzeugungskurve des den obigen Bedingungen entsprechenden
Formschwimmers durch die Gleichung
gegeben, in welcher P den Auftrieb des in die Meßgefäßfüllung eingetauchten Teiles
des Formschwimmers und 2c =
das Sinken des Schwimmers K die erforderliche Menge,. an Txockensubstanz in Kilogramm
je Meßgefäßfüllung und U -die Oberfläche der Füllung biedeuten. b und p sind voneinander
abhängige Koeffizienten, die sich aus der Beziehung zwischen dem spezifischen Gewicht
der Flüssigkeit und der in ihr enthaltenen Trockensubstanz ergeben. Die Kurve ist
eine gleichachsige Hyperbel, deren senkrechte Achse Y identisch ist mit der. senkrechten
Drehachse des Schwimmers und deren horizontale Achse X sich in einer Entfernung
u unter der durch den ebenen Boden des Meßgefäßes -gelegten Achse I befindet. Die
mathematische Festlegung der Gestalt des Formschwimmers ist nicht Gegenstand der
Erfindung.
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Damit die Vorrichtung richtig arbeiten soll, ergibt sich, daß bei
einer Vergrößerung des Trockensubstanzgehaltes der Füllung im ganzen drei Größen
geändert werden müssen, und zwar a) der in die Füllung eingetauchte Formschwimmerteil,
d. i. ein Verkleinern des Volumens des eingetauchten Schwimmerteiles, b) die Höhenlage
der Erzeugungskurve des Formschwimmers, d. i. ein Sinken des Formschwimmers' in
b@ezwg auf das Meßgefäß, und c) der Auftrieb des Formschwimmers, d. i. ein Verschieben
des Formschwimmers am Meßbalken in Richtung zu dessen Stützachse, wobei gleichzeitig
sein Ausgleichgewicht verstellt wird.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung
dargestellt. Abb. i ist ein senkrechter Schnitt durch das Meßgefäß und Abb.2 ein
Ausführungsbeispiel für den mechanischen selbsttätigen Abschluß der Lösungs- oder
Emulsionszuleitung.
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Abb. 3 zeigt schematisch, wie die Vorrichtung zum Steuern mehrerer
Meßgefäße benutzt werden kann, und Abb. q. gibt die Anordnung des Formschwimmers,.
des unteren Tauchschwimmers und des Korrekturgliedes.
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Das Meßgefäß besteht aus dem feststehenden zylindrischen Behälter
i, welcher unten durch einen konischen Boden abgeschlossen ist, an den sich das
durch den Hahn 2 absperrbare Ablaßrohr anschließt. An oberen Rande des Behälters
ist ein Bock 3 befestigt, welcher den auf den. Stahlschneiden 5 schwingbar gelagerten
Waagebalken 4. trägt. Am Waagebalken q. ist in einer gleichbleibenden Entfernung
a von den Schneiden 5 auf einer Schneide 6 der Tauchschwimmer 7 angehängt. Der über
dem Behälter gelegene Waagebalken 4" ist mit einem Führungsteil 8 versehen, der
eine kurvenförmige Leitbahn H besitzt und mit der auf einer festen Skala zo spielenden
Zunge 9 versehen ist. Auf der
kurvenförmigen Leitbahn H hängt mit
Hilfe eines Daumens i i die Kulisse 12, welche auf dem entlang des prismatischen
Teiles des Waagebalkens 4.z verschiebbaren Block 13 senkrecht verschiebbar ist.
Im unteren Teil der Kulisse 12 hängt auf der Schneide 14 der Formschwimmer 15, der
die Form eines Rotationshyperboloids besitzt, dessen Erzeugungskurve G mathematisch
bestimmt ist und im Zusammeizhang mit der Kurve H der Führung 8 steht. Der Block
13, auf dem die Kulisse 12 senkrecht einstellbar ist, bewegt sich entlang des prismatischen
Teiles der Balkenseite 4a, und zwar mit Hilfe einer links- und rechtsgängigen Schraube
16, welche an den beiden Enden des Waagebalkens drehbar gelagert .und an einem Ende
mit einem Handrad 17 versehen ist. Diese Schraube 16 verschiebt auf dem Waagebalken
auch. das Ausgleichsgewicht i$, und da der für das - Verschieben des Ausgleichgewichtes
18 dienende Teil dieser Schraube einerseits und der -für das. Verschieben des Blockes
13 dienende Teil andererseits mit umgekehrtem Gewinde versehen sind, so verschieben
sich beim Drehen des Handrades 17 das Gegengewicht 18 und der Block 13 mit der Kulisse
12 und dem Formschwimmer 15 gleichzeitig aufeinander zu oder voneinander weg, wobei
die Kulisse i2 mit.dem Schwimmer außerdem entlang der Kurve H der - Führung 8 steigt
oder sinkt.
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Einer bestimmten, in der Füllung des Meßgefäßes enthaltenen- Menge
an Trockensubstanz in Kilogramm entspricht eine bestimmte, z. B. durch die Ordinate
m gegebene Höhenlage des Schwimmers 15 und eine bestimmte Entfernung f von der Schwingachse
5 des Waagebalkens sowie auch eine Entfernung z des Gegengewichtes 18 von dieser
Achse. Diese=-drei Größen" m, f, z sind voneinander abhängig und verändern
sich gleichzeitig nur durch das Drehen des Handrades 17. Die den Zusatz an Trockensubstanz
anzeigende Skala kann z. B. an der Balkenseite q. angebracht sein; . mit dieser
Skala arbeitet dann ein an dem Ausgleichgewicht 18 angeordneter Zeiger züsammen.
In diesem Falle muß die Skala aber nicht gleichmäßig, sondern hyperbolisch geteilt-
werden, da sie ja angibt, wie sich mit wachsendem Zusatz an Trockensubstanz das
Gegengewicht i8 und der Schwimmer 15 verschieben, d.h. die Skala wird die den Wert
f entsprechende Größe angeben. -Um eine gleichmäßig geteilte Skala zu erhalten,
welche in bezug auf die Genauigkeit der Ausführung und auf das Ablesen vorteilhafter
ist, da dann z. B. auf dem Zeiger ein Nonius angebracht werden kann, bringt man
vorteilhafterweise diese gleichmäßige Skala 19 auf der an der kurvenförmigen-
Leitbahn H eingehängten Kulisse 1a und den Nonius zo auf den an der Balkenseite
4a verschiebbaren Block 13 an. Durch das Handrad 17 kann demnach mit dem
Nonius 2o sehr genau und bequem die gewünschte Zusatzmenge an Trockensubstanz auf
der Skala i9 eingestellt werden. ' Die geschilderte Vorrichtung arbeitet z. B. beim
Wägen von Kalkmilch in der folgenden Weise: Die Kalkmilch, deren Dichte in den Grenzen
zwischen i ° bis 3o' Be liegt, wird bei geschlossenem Ablaßhahn - durch den Hahn
21 so lange eingelassen, bis sich der Balken im Gleichgewicht befindet, d. h. bis
der Balken, welcher bei leerem Gefäß so geneigt war, daß sich die Anzeigezunge 9
in der Lage j' befand, in die Lage j kommt, in der stets Gleichgewicht.
herrscht. Sobald diese waagerechte Lage erreicht ist, wird das Einlaßventi122 geschlossen.
Die im Meßgefäß enthaltene Flüssigkeit enthält dann tatsächlich genau jene geforderte
Menge an Trockensubstanz, welche durch den Nonius des Zeigers i9 auf der Skala 2o
eingestellt wurde, ohne Rücksicht auf die Dichte der Milch. Mittels des Ablaßhahnes
2 wird der Inhalt des Meßgefäßes in den Betrieb abgelassen. Nach dem Schließen des
Hahnes 2 ist das Meßgefäß für ein erneutes Abmessen bereit.
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Das Schließen des Einlaßventils ai erfolgt entweder von Hand aus,
derart, daß der das Meßgefäß Bedienende die Bewegung der Zunge 9 verfolgt, oder
selbsttätig. Dieser selbsttätige Abschluß kann mechanisch oder elektrisch in der
verschiedenartigsten Ausführung erfolgen.
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Abb. 2 der Zeichnung zeigt ein Beispiel für ein mechanisches Schließen
des Ventils. Der Ventilteller 21 ist durch die Stange 22 mit dem um den Zapfen z¢
drehbaren Hebel 23 verbunden. An dem Hebel z3 ist das Gegengewicht 25 verstellbar
angebracht, und das Ende des Hebels 23 liegt verschiebbar auf einem kurzen, auf
dem Führungsteil 8 angeordneten Auflagestück 26.
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In der gezeichneten Lage ist das Ventil 21 geöffnet, der Behälter
füllt sich mit der Lösung oder Emulsion. Durch das Drehen des Balkens um die Achse
5 verschiebt sich das Auflagestück 26 unter dem Ende des Hebels 23, bis der
Hebel genau in derjenigen Lage, wo Gleichgewicht eintritt, d. i. wo der Zeiger 9
das mittlere Zeichen j anzeigt, von dem Auflagestück 26 abfällt und so den Ventilteller
des Einlaßrohres schließt.
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Bei einem schlechten Dichten des Einlaßventils würde eine zu große
Lösüngs- oder Emulsionsmenge in das Meßgefäß gelangen, da sich dieses auch bei einem
scheinbar geschlossenen Ventil füllen. würde: In- diesem
Falle dreht
sich der Balken weiter über die waagerechte Lage, bis er eine Signalvorrich-=tung
auslöst, welche den das Meßgefäß Bedienenden aufmerksam macht. -Um ein Ansetzen
der in der Flüssigkeit enthaltenen Trockensubstanz im Meßgefäß zu verhindern, kann
dieses an den in Betracht kommenden Stellen ' durch eingespritztes Wasser abgespült
werden. In Abb. 2 ist eine Vorrichtung dargestellt, bei welcher `der beim Auslassen
der Meßgefäßfüllung sinkende Balkenarm selbsttätig-durch den'Anschlag 27 ein Spülventil
28 öffnet, welches sich nach Einspritzen der erforderlichen Wassermenge vön selbst
wieder schließt.
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Natürlich' kann die auch so verwendet werden, daß sie für das gleichzeitige-Abteilen
der Lösung oder Emulsion in mehreren Behältern dient . (Abb. 3). Das Füllen und
Entleeren aller Behälter muß dann gleichzeitig erfolgen, weshalb die betreffenden
Schließorgane miteinander mechanisch verbunden sind. Für das Entleeren werden Dreiweghähne
verwendet, damit sich während der Entleerung jeder Behälter selbständig entleert,
jedoch nachher die Behälter miteinander verbunden sind und die. Spiegelflächen sich
in den einzelnen Behältern ausgleichen können.
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Die angeführten Beziehungen gelten genau nur dann, wenn die Flüssigkeit
ganz rein und ihre Temperatur normal ist. In der Praxis werden diese Bedingungen
gewöhnlich nicht erfüllt: -Für eine noch vollkommenere Berechnung der Gleichung
für die Schwimmerkrümmung ist nicht nur die Zähflüssigkeit und Reinheit der Flüssigkeit,
sondern auch die Wärmeausdehnung. des Schwimmers und des Meßgefäßes zu berücksichtigen.
In .diesem Falle wird die Gleichung der Meridiankurve die Form haben
wobei A; ein Koeffizient ist; der von der die Temperaturänderung des .Schwimmers
hervorrufenden Temperaturänderung der Flüssigkeit oder -Lösung sowie von dem spezifischen
Gewicht der die Flüssigkeit verunreinigenden Substanz abhängt. Ebenso hängt das
Sinken et des Schwimmers von dem durch die Wärmeausdehnung der Füllung und der metallischen
Bestandteile des Meßgefäßes selbst verursachten Einflüssen und von dem Inhalt der
in der Flüssigkeit enthaltenen Verunreinigung ab. Allgemein gilt it-=.
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wo x der von der Reinheit der Flüssigkeit und von den Temperaturänderungeil
des Gefäßes und der Füllung abhängige Koeffizient ist und U die Spiegelfläche der
Meßgefäßfüllung bedeutet.
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. = Die beiden Koeffizienten ? und x sind also von der Temperatur
der Flüssigkeit und ihrer Reinheit abhängig und können durch Berechnung festgestellt
und in Tabellen zusammengestellt werden.
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Bei der praktischen Ausführung eines solchen Meßgerätes können gemäß
der Erfindung die eben genannten Beziehungen dadurch berücksichtigt werden, daß
die hyperbolische Kurve H, welche die Bahn bestimmt, nach der sich der Daumen ii
mit dem angehängten Schwimmer z5 bewegt; um einen dem Dreh-Punkt 5 entsprechenden
Punkt etwas- gedreht wird. Praktisch wird diese Korrektur derart durchgeführt, daß
man den die Kurve H enthaltenden Teil 8 vom Waagebalken 4, 4" trennt und so anordnet,
daß sie um eine über der Schneide 5 liegende, zur Schwingebene des Balkens senkrechte
Achse gedreht werden kann. An dem rechten Ende der Führung 8 ist dabei eine Stellschraube
vorgesehen, welche die Führung 8 gegenüber den Balken entsprechend einer kleinen,
in dem Balken eingravierten Skala dreht. Die auf der Kulisse 12 vorgesehene Hauptskala
i9 gibt den in der Füllung vorhandenen Gehalt an Trockensubstanz in Kilogramm an.
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Da sich beim Aufunduntertauchen des Formschwimmers 15 in die Füllung
der Flächeninhalt der Spiegelfläche U, welcher bei der .Berechnung als konstant
angenommen wurde, ändert, entsteht ein kleiner Fehler. Dieser kann dadurch behoben
werden, daß man in das Meßgefäß ein Korrekturglied 29 einhängt, d. i. ein den Formschwimmer
15 ergänzender Körper, welcher so ausgebildet ist, daß seine waagerechten Querschnitte
die waagerechten Querschnitte des Schwimmers ergänzen. Dieses Korrekturglied soll
senkrecht verschiebbar sein, und zwar gleichzeitig mit der senkrechten Verstellung
des Formschwimmers. Wird er unverschiebbar aus- i geführt, dann entsteht ein für-
die Praxis unbedeutender Fehler.