CH622632A5 - Metering apparatus for two free-flowing media. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur dosierten Abgabe zweier fliessfähiger Medien in einem einstellbaren Mengenverhältnis gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Dosierung zweier Flüssigkeiten V und F kann prinzipiell kontinuierlich (z.B. 10 Liter/Stunde von V und 20 Liter/ Stunde von F) oder intermittierend (z.B. auf einen Befehl werden 10 Liter von V und 20 Liter von F zugeführt) erfolgen. Sie kann ferner sequentiell (zunächst V und nachher F) oder simultan (V und F werden zumindest teilweise gleichzeitig zugeführt) geschehen. Schliesslich kann sie in absoluter (z.B. 10 Liter von V und 20 Liter von F) oder relativer (z. B. im Verhältnis V :F = 1:2) Art vorgenommen werden. Diesen Definitionen entsprechend bezieht sich die vorliegende Erfindung somit auf eine Dosiervorrichtung der intermittierenden, simultanen, relativen Art.

Die heute am meisten eingesetzten Vorrichtungen zu intermittierenden, relativen Dosierung arbeiten nicht simultan, sondern sequentiell, indem mittels eines (z.B. auf 100) gesetzten Zählers zunächst eine Menge (z.B. 80) der einen Flüssigkeit und anschliessend die Restmenge (100-80 = 20) der anderen Flüssigkeit abgezählt werden. Diese Vorrichtungen sind schaltungs-gemäss einfach, lassen sich aber nur dort anwenden, wo simultane Zufuhr der Flüssigkeiten nicht verlangt wird. Wird eine simultane Zufuhr gewünscht, dann werden, um die Verhältnisbildung zu gewährleisten, komplizierte Schaltungen eingesetzt, die nur für anspruchsvolle und kostspielige Anlagen in Frage kommen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Dosiervorrichtung zu schaffen, welche praktisch Simultanbetrieb gestattet und schaltungstechnisch äusserst einfach ist.

Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 beschriebenen Merkmale gelöst.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschema einer erfindungsgemässen Dosiervorrichtung,

Fig. 2 ein detaillierteres Blockschema eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Vorrichtung,

Fig. 3,4,5,7 und 8 Schaltungsdetails und Varianten,

Fig. 6 ein Blockschema eines weiteren Ausführungsbeispiels und

Fig. 9 ein Blockschema eines dritten, bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Dosiervorrichtung.

Die in Fig. 1 dargestellte Dosiervorrichtung umfasst zwei Ventile 4 und 5, zwei Durchflussmesser 6 und 7, einen Niveausensor 8 und eine als Ganzes mit 10 bezeichnete Steuerung.

Die beiden in ein Behältnis 1 einzudosierenden Medien, bei denen es sich beispielsweise um Flüssigkeiten V und F handeln kann, werden je über eine Leitung 2 bzw. 3 zugeführt, in denen die Durchflussmesser 6 und 7 und die Ventile 4 und 5 eingebaut sind. Der Niveausensor 8 befindet sich in einer Wand des Behälters 1.

Das Kernstück der Dosiervorrichtung bildet die Steuerung 10. Diese umfasst, wie in der Fig. 2 dargestellt ist, im wesentlichen einen zweidekadigen Vorwärtszähler 16, einem ebensolchen Rückwärtszähler 15, ein Einstellorgan 9 z.B. in Form eines Vorwahlschalters zum Einstellen des gewünschten Mengenverhältnisses bzw. Prozentanteils des einen der beiden Medien, ein Füllbefehlsfilter 21 zur Initialisierung eines Dosiervorganges, zwei Ventilsteuerschaltungen 13 und 14, einen Ventilstellungsdetektor 19 und ein Differenzierglied 26 zur Erzeugung eines Setzimpulses für die Zähler.

Die generelle Funktionsweise der Vorrichtung ist wie folgt:

Zunächst wird das gewünschte prozentuale Mengenverhältnis des einen oder des anderen Mediums eingestellt, hier beispielsweise 89(%). Die eingestellte Zahl bezieht sich dabei auf dasjenige Medium, dessen Ventil dem Rückwärtszähler 15 zugeordnet ist.

Wenn nun das im Behältnis 1 befindliche Mediumsgemisch unter den durch den Niveausensor 8 bestimmten Sollpegel sinkt, veranlasst dieser (in Fig. 2 nicht dargestellt) über das Füllbefehlsfilter 21 eine Auslösung eines Dosiervorganges. Die Ventilsteuerschaltungen 13 und 14 veranlassen nun das Öffnen der beiden Ventile 4 und 5. Gleichzeitig erzeugt das Differenzierglied 26, das vom Ventilstellungsdetektor 19 gesteuert ist, eine Setzimpuls für die beiden Zähler, so dass diese auf ihren Anfangsstand - hier 89 - gesetzt werde.

Die durch die Leitungen 2 und 3 fliessenden Mediumsmengen werden von den Durchflussmessern erfasst. Diese erzeugen mengenproportionale (z.B. 1 Impuls pro 1 Deziliter) Impule, die den beiden Zählern zugeführt und von diesen

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5

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gezählt werden. Wenn der Rückwärtszähler 15 von 00 auf 99 springt, gibt er einen Überlaufimpuls ab, der die Schliessung des Ventils 5 bewirkt. Simultan mit dem Rückwärtszähler 15 zählt der Vorwärtszähler 11 Schritte bis zum Erreichen des Überlaufs (Zählerstand 00) vorwärts und veranlasst dann die 5 Schliessung des Ventils 4.

Damit ist der Dosiervorgang beendet Wenn danach der Sollpegel im Behältnis 1 noch nicht erreicht ist oder sinkt der Pegel erneut unter diesen Sollwert, wird ein neuer Dosiervorgang eingeleitet. io

Durch geeignete Bemessung bzw. Drosselung einer der beiden Leitungen 2 und 3 kann erreicht werden, dass (bei gegebenen Mengenverhältnis der beiden zu dosierenden Medien) die Ventile gleich lang offen sind und damit eine simultane Dosierung erfolgt. 15

Wenn das Ventil 5 mit dem Überlauf des Rückwärtszählers 15 geschlossen wird, wird eigentlich, wie das vorstehende Beispiel schon gezeigt hat, vom Medium V eine einem Zählimpuls entsprechende Menge zuviel (90 statt 89) zudosiert. Wie weiter unten noch erläutert wird, kann dieser geringfügige Fehler 20 jedoch durch relativ einfache Schaltungsmassnahmen eliminiert werden.

Die Ableitung des Setzimpulses aus der Stellungsänderung der Steuerventile (direkt durch Detektion der mechanischen Ventilstellung oder indirekt durch Detektion der elektrischen 25 Ventilsteuergrösse) gestattet ferner ebenfalls auf einfachste Weise eine für den praktischen Betrieb wichtige Verriegelung zu erzielen, indem die Zähler dann und nur dann gesetzt werden, wenn die Ventile aufgehen. Damit wird die Störsicherheit der Anlage wesentlich erhöht. 30

Gemäss einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemässen Dosiervorrichtung ist der Ventilstellungsdetektor 19 als logische ODER-Kombination der Ventilstellungen ausgelegt (Fig. 3). Dadurch wird erreicht, dass bereits beim Öffnen nur eines Ventiles der Setzbefehl ausgelöst wird und infolge- 35 dessen die Dosierung entsprechend den Mischverhältnissen 0% bzw. 100% sichergestellt ist.

Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemässen Dosiervorrichtung wird der den Dosier-prozess einleitende Befehl mittels logischer Filterung von 40 Niveausensor-, Wiederhol- und Füllbefehl einerseits und steuerungsinternen oder -externen Verbotsbefehlen andererseits gewonnen. Durch diese Ausgestaltung wird eine betriebsmäs-sig sehr flexible Füllbefehlserstellung erreicht. Ein Beispiel hierfür ist in Fig. 5 dargestellt. NAND-Tor T1 lässt alle Füllbefehle 45 (Füllbefehl aus Niveaugeber 8/Fig. 1 ; Wiederholbefehl aus Verzögerungsglied 27/Fig. 3; externer Füllbefehl aus Fernbetriebsdose 12/Fig. 9) durch, welche jedoch durch NAND-Tor T 2 logisch filtriert werden, indem Durchlass nur erfolgt, wenn auch beide anderen Eingänge (interner Sperrbefehl aus Sperr- 50 generator 20/Fig. 3; externer Sperrbefehl aus Fernbetriebsdose 12/Fig. 9) hoch sind.

Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemässen Vorrichtung (Fig. 4) werden Vor- und Rückwärtszähler 16 bzw. 15 auf der Zählimpulsseite Verstär- 55 kungsentzerrer 18 bzw. 17 vorgeschaltet, welche eine eindeutige, gegebenenfalls eventuell auch nichtlineare Umwandlung der von Messvorrichtungen 7 und 6 erzeugten Durchflussinformation gewährleisten. Durch diese Anordnung können systematische Fehler in der Durchflussmessung (z. B. geschwindig- w keitsabhängige) korrigiert werden. Umgekehrt können aber auch nichtlineare Dosierzusammenhänge erzielt werden.

Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemässen Vorrichtung werden die Befehle zur Schliessung der Flüssigkeitssteuerventile aus der Überlaufsmel- 65 dung des Vorwärtszählers bzw. aus der Unterlaufsmeldung des Rückwärtszählers abgeleitet. Diese Anordnung besitzt den grossen Vorteil der Einfachheit. Ihre Verwendung ist allerdings

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ausdrücklich auf die Dosierung von höheren Werten von V/(V+ F) zu beschränken, da der Rückwärtszähler die Unterlaufsmeldung beim Übergang 0—9 anstatt 1 —0 hergibt und infolgedessen die kleineren V/(V+F) Mischverhältnisse um 1 verfälscht werden.

Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemässen Vorrichtung werden Rückwärtszähler 15 Mittel angegliedert, welche den bereits erwähnten Unterlaufsfehler verhindern und dadurch eine exakte Dosierung über den ganzen V/(V+F)-Bereich gewährleisten. Wie dies beispielsweise erreicht werden kann, zeigt Fig. 8 im Falle eines 2dekadi-schen BCD-Rückwärtszählers 15.TorT7 liefert einen Sperrbefehl (tief), nur wenn alle seine Eingänge hoch sind. Dies ist nur der Fall, wenn beim dekadischen Wert 01 (BCD 0000.0001) ein Zählimpuls aus Durchflussmessverstärker 17 kommt. In diesem Moment stehen nämlich Qso Q40 Q20 Q10 Qs Q4 und Q2 tief und Qi hoch. Die Ausgänge von Toren Tó Ts Tt stehen also hoch und der Ausgang von Tor T3 wird durch den ankommenden Zählimpuls Pi von tief auf hoch geschaltet. Damit wird also der Sperrbefehl beim Übergang von 1 —0, also ein Schritt vor der von Zählern üblicherweise abgegebenenen Unterlaufsmeldung (d.h. 0—9), erzeugt.

Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemässen Vorrichtung sind dem Füllbefehlsfilter 21 (Fig. 1) Mittel vorgeschaltet, welche das öffnen des V-Ventils bei der Wahl V/(V + F) = 0 verhindern. Die Vorteile der Ableitung des Setzbefehls aus der Änderung der Ventilstellung bedingen jedoch, dass eine Stellungsänderung stattfindet, d.h. dass etwas zufliesst. Diese Tatsache beschränkt also die niedrigste V/(V + F)-Wahl auf die Menge 1, was bei den meisten vorkommenden Dosierverhältnissen belanglos ist. Wird jedoch die Dosierung V/(V + F) = 0 gewünscht, dann kann sie erfin-dungsgemäss statisch aus der Stellung von Vorwahlschalter 9 abgeleitet werden und zur Verriegelung des V-Ventils verwendet werden. Ein diesbezügliches Beispiel zeigt Fig. 7. Die anhand von Vorwahlschalter 9 eingestellte Vorwahl wird von digitalen Nulldetektor 22 überwacht. Dieser liefert am Ausgang ein Sperrsignal (tief), nur wenn alle Eingänge von Tor T 8 hoch sind, respektive wenn alle Eingänge von Toren T>, T10, Ti 1, T12 tief sind, was eben nur bei der Wahl V/(V+F) = 00% der Fall ist. Der erstellte Sperrbefehl wird dann im Tor 23 mit den gegebenenfalls vorkommenden Füllbefehlen logisch kombiniert und damit Ventilsteuerschaltungen 13 gesperrt.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemässen Vorrichtung kann die Einstellung der zu dosierenden Menge wahlweise lokal oder fern vorgenommen werden. Diese Anordnung wird vorteilhafterweise beim Einsatz einer zentralen computermässigen Berechnung der Dosierverhältnisse eingesetzt, wobei man trotzdem in Spezialfällen (Pannen der Zentraleinheit, Kontrollen) die Vorteile der Lokalbedienung beibehalten will. Ein diesbezügliches Ausführungsbeispiel ist in Fig. 9 dargestellt, wo das Einstellen der Startzahl der Zähler 15 und 16 mittels Umschalter 28 wahlweise lokal (Vorwahlschalter 9) oder fern (Steckdose 12) vorgenommen werden kann.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die erfin-dungsgemässe Vorrichtung mit einer Prüfsteckdose versehen, wo die wichtigste Information über die betriebsmässigen Zustände während des Dosierprozesses abgenommen werden kann. Diese Ausgestaltung erhöht wesentlich die Wartungsfreundlichkeit der Anlage, indem durch Anstecken eines entsprechend konzipierten Prüfgerätes an die oben erwähnte Prüfsteckdose Störungsursachen sofort erkannt werden können. Ein Beispiel hierfür ist in Fig. 9 gezeigt, wo Ventilzustand und Zählerzustand an Prüfsteckdose 11 zugänglich gemacht sind.

Als Schlussbeispiel sei in Fig. 9 eine Dosiervorrichtung dargestellt, welche alle vorstehend beschriebenen Ausgestaltun

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gen der vorliegenden Erfindung umfasst. Ihre Funktionsweise ist die folgende: Lokal (mittels Vorwahlschalter 9) oder fern (über Dose 12) wird wahlweise (mittels Umschalter 28) das zu dosierende V/(V+F)-Mengenverhältnis eingestellt. Sinkt in Tank 1 das Niveau unter einen Sollwert, dann erzeugt Niveau- s meider 8 über Verstärker 25 einen Füllbefehl. Liegen an Füllbe-fehlsfilter 21 und Nullsperre 23 keine Sperrbefehle vor, dann werden über Ventilsteuerungen 13 und 14 Ventile 5 und 4 geöffnet. Gleichzeitig wird über Ventilstellungsdetektor 19 und Dif-ferentiator 26 die Stellungsänderung der Ventile festgestellt 10 und als Setzbefehl an Zähler 15 und 16 weitergeleitet, welche infolgedessen den vorgewählten V/(V+F>Wert übernehmen. Fliessen nun V und F zu, dann erzeugen Durchflussmesser 6 und 7 Verstärkungsentzerrer 18 und 17 durchflussmengenbezo-gene Zählimpulse, welche in Zählern 15 und 16, von der einge- 15 stellten V/( V+F)-Zahl ausgehend, ab- bzw. zugezählt werden. Beim Überlauf von Vorwärtszähler 16 (Überschreiten der Grenze 99—00) wird über die bistabile Ventilsteuerung 14 F-Ventil 4 gesperrt. Das Unterschreiten der Grenze 01-00 durch Rückwärtszähler 15 wird mittels Nulldetektor 25 festge- 20 stellt und über bistabile Ventilsteuerung 13-V-Ventil 5 gesperrt. Wird nach dieser Zufuhr das geforderte Gemischniveau in Behälter 1 erreicht, dann kommt die Dosiervorrichtung zur Ruhe. Wird hingegen das Sollniveau nicht erreicht, dann lässt Füllbefehlsfilter 21 einen von Ventilstellungsdetektor 19 25

erzeugten und in Verzögerungsschaltung 27 etwas verzögerten RPT-Wiederholimpuls durch, welcher einen neuen Füllzyklus einleitet. Die Sperrung des V-Ventils bei der Wahl V/(V+F) = 0% wird von Nulldetektor 22 über Tor 23 vorgenommen. Die Vermeidung der Unterbrechung eines bereits eingeleiteten Füllzyklus wird durch Erzeugung (aus Ventilstellungsdetektor 19 über Verstärker 20) eines Sperrsignals ENA erreicht, welcher das Füllbefehlsfilter 21 während der Flüssigkeitszufuhr sperrt. Externe Ventilöffnungsbefehle (ON EXT) und externe Ventilsperrbefehle (OFF EXT) können über Fernbetriebssteckdose 12 dem Füllbefehlsfilter 21 zugeführt werden. Ihre Ausführung ist jedoch erst nach dem Ende des gegebenenfalls angelaufenen Füllzyklus möglich. Der Betriebszustand der Dosiervorrichtung (Ventillage, Zählerstand) ist über Prüfsteckdose 11 ohne jegliche Störung des Prozesses jederzeit kontrollierbar.

Obwohl vorstehend hauptsächlich von flüssigen Dosiermedien die Rede ist, kann die Vorrichtung mittels geeigneter Sensoren auch für die Dosierung von Mehlen, Pulvern, Granulaten, Teilchen usw. sinngemäss verwendet werden. Massgebend für ihren Einsatz ist nur, dass die kleinstdosierbare Menge mit der angestrebten Dosiergenauigkeit in Einklang steht. Dosiert man z.B. unter Angabe eines %-igen Verhältnisses, dann muss die kleinstdosierbare Menge 1 % (oder einen Bruchteil davon) betragen.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

622632 PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zur dosierten Abgabe zweier fliessfähiger Medien in einem einstellbaren Mengenverhältnis, mit zwei Medienleitungen, in denen je ein Durchflussmesser angeordnet ist, die je eine von der Menge des sie durchströmenden Mediums abhängige Anzahl von Impulsen abgeben, mit in Reihe zu jedem Durchflussdetektor liegenden Ventil und einer Steuereinrichtung, welche die Impulse empfängt und so die Ventile nach Massgabe des an ihr eingestellten Mengenverhältnisses öffnet bzw. schliesst, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung ( 10) einen Vorwärts- ( 16) und einen Rückwärtszähler (15) gleicher Zählkapazität für die von je einem der Durchflussmesser (6,7) erzeugten Impulse sowie Schaltmittel (13,14, 19,21,26) umfasst, welche die beiden Zähler (15 und 16) zu Beginn einer Dosiervorganges auf einen vom eingestellten Mengenverhältnis abhängigen Zählerstand setzen und das dem jeweiligen Zähler zugeordnete Ventil schliessen, wenn der betreffende Zähler einen vorbestimmten Stand erreicht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Zählerstand, bei dessen Erreichen die Ventile geschlossen werden, für den Vorwärtszähler Null und für den Rückwärtszähler Null oder der höchste erreichbare Stand ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung erste Mittel (26) enthält, welche das Öffnen eines Ventils zu Beginn eines Dosiervorganges verhindern, wenn der eingestellte Mengenanteil des dem betreffenden Ventil zugeordneten Mediums Null ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichet, dass die Steuereinrichtung zweite Mittel (19) enthält, welche den Öffnungszustand der Ventile überwachen und beim Übergang mindestens eines der Ventile vom geschlossenen in den offenen Zustand das Setzen der Zähler bewirken.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 -4, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Sensor (8) für das Niveau des dosierten Mediums in einem Behältnis (1) aufweist, und dass die Steuereinrichtung ferner mit dritten Mitteln (21) versehen ist, welche einen Dosiervorgang starten und solange wiederholen, bis der Sensor das Erreichen eines bestimmten Niveaus detek-tiert.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung vierte Mittel (9,12) zum datengesteuerten Einstellen des Mengenverhältnisses der beiden Medien aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung mit einem Dia-gnose-Anschluss (11) versehen ist, über welchen ohne Betriebsunterbruch Funktionsparameter kontrollierbar sind.