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Die Erfindung betrifft ein Dosiersystem zum Dosieren einer Flüssigkeit und ein Verfahren zum Dosieren einer Flüssigkeit.
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Die
DE 10 2018 206 078 A1 offenbart ein Dosiersystem zum Dosieren einer vorgebbaren Flüssigkeitsmenge, mit einem Dosierventil, das ein Ventilgehäuse mit einem Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss und einen dazwischen erstreckten Fluidkanal sowie ein beweglich zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung im Fluidkanal angeordnetes Ventilglied umfasst, das in der Schließstellung abdichtend an einem im Fluidkanal ausgebildeten Ventilsitz anliegt und mit einer Antriebseinrichtung gekoppelt ist, die für eine Einleitung einer Bewegung auf das Ventilglied ausgebildet ist, sowie mit einer am Eingangsanschluss angeschlossenen Versorgungsleitung, die für eine fluidische Verbindung des Dosierventils mit einem Vorratsbehälter ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist dem Fluidkanal ein Drucksensor zur Erfassung eines Fluiddrucks zugeordnet, und dem Drucksensor ist eine Steuereinrichtung zugeordnet, die für eine Ermittlung einer Wellenreflexion in der Versorgungsleitung anhand eines zeitlichen Verlaufs eines vom Drucksensor bereitgestellten Sensorsignals ausgebildet ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Dosiersystem zum Dosieren einer Flüssigkeit und ein Verfahren zum Dosieren einer Flüssigkeit bereitzustellen, mit denen eine höhere dosieren Genauigkeit erzielt werden kann.
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Die Aufgabe der Erfindung wird für ein Dosiersystem zum Dosieren einer Flüssigkeit mit den nachstehend angeführten Merkmalen gelöst: das Dosiersystem umfasst einem Vorratsbehälter, der ein Raumvolumen vollständig umschließt und der mit einem Gasanschluss für einen Gasaustausch mit dem Raumvolumen sowie mit einer Dosierleitung für einen Flüssigkeitsaustausch mit dem Raumvolumen versehen ist, wobei sich die Dosierleitung ausgehend vom Vorratsbehälter bis zu einer Dosieröffnung erstreckt und wobei der Dosierleitung ein Dosierventil zugeordnet ist, das in einer ersten Funktionsstellung für eine Blockierung der Dosierleitung und in einer zweiten Funktionsstellung für eine Freigabe der Dosierleitung ausgebildet ist, sowie eine Sensoreinrichtung, die zur Erfassung einer Gassättigung der Flüssigkeit ausgebildet ist, sowie eine Steuereinrichtung, die elektrisch mit dem Dosierventil und mit der Sensoreinrichtung verbunden ist und die zur Erfassung von Sensorsignalen der Sensoreinrichtung sowie zur Bereitstellung von Steuersignalen zur Ansteuerung des Dosierventils und einer Gasfördereinrichtung in Abhängigkeit von einer aus dem Sensorsignal ermittelten Gassättigung ausgebildet ist.
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Das Dosiersystem umfasst somit als wesentliche Komponenten den Vorratsbehälter, die Steuereinrichtung, die Sensoreinrichtung und die Dosierleitung mit der Dosieröffnung und dem Dosierventil. Ferner ist dem Dosiersystem eine Gasfördereinrichtung zugeordnet, die für eine zeitweilige Überdruckbeaufschlagung des Vorratsbehälters sowie für eine zeitweilige Unterdruckbeaufschlagung des Vorratsbehälters genutzt wird und die mit einem am Vorratsbehälter ausgebildeten Gasanschluss fluidisch kommunizierend verbunden ist.
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Der Vorratsbehälter ist im Rahmen des bestimmungsgemäßen Gebrauchs des Dosiersystems druckfest und formstabil ausgebildet, sodass eine Druckbeaufschlagung des Vorratsbehälters, die mit Hilfe einer Gasfördereinrichtung bewirkt werden kann, nicht zu einer unerwünschten Deformation des Vorratsbehälters führt, wodurch Ungenauigkeiten in der Flüssigkeitsdosierung auftreten könnten. Typischerweise wird für die Druckbeaufschlagung, die auch als über Druckbeaufschlagung gegenüber einem Umgebungsdruck für den Vorratsbehälter angesehen werden kann, ein Überdruck zwischen 50 mbar und 2.000 mbar verwendet. Darüber hinaus ist der Vorratsbehälter auch im Hinblick auf eine Unterdruckbeaufschlagung druckfest und formstabil ausgebildet, da während des bestimmungsgemäßen Gebrauchs des Dosiersystems vorgesehen sein kann, zur Reduzierung einer Gassättigung der im Vorratsbehälter aufgenommenen Flüssigkeit eine Unterdruckbeaufschlagung des Vorratsbehälters unter Verwendung der Gasfördereinrichtung durchzuführen. Die Gasfördereinrichtung kann eine separat ausgebildete Überdruckquelle und eine separat ausgebildeten Unterdruckquelle aufweisen oder alternativ als bidirektionale arbeitende Pumpe ausgeführt sein.
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Die Dosierleitung erstreckt sich durch einen Wandabschnitt des Vorratsbehälters in das vom Vorratsbehälter umschlossene Raumvolumen sowie außerhalb des Vorratsbehälters bis zu einer Dosieröffnung. Die Dosieröffnung kann entweder für eine direkte Abgabe von Flüssigkeit, die durch die Dosierleitung gefördert werden kann, genutzt werden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Dosieröffnung endseitig an der Dosierleitung ausgebildet ist, die insbesondere als kreiszylindrisches Rohr verwirklicht sein kann. Zumindest ein an die Dosieröffnung angrenzender Endbereich der Dosierleitung kann auch als Dosiernadel bezeichnet werden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass eine Eintrittsöffnung der Dosierleitung, die an einem der Dosieröffnung entgegengesetzten Endbereich der Dosierleitung angeordnet ist, in unmittelbarer Nähe zu einem Bodenbereich des Vorratsbehälters angeordnet ist, um bei einer Druckbeaufschlagung des Vorratsbehälters einen möglichst vollständigen Flüssigkeitsaustrag aus dem Vorratsbehälter zu ermöglichen.
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Die Dosierleitung ist mit einem Dosierventil versehen, bei dem es sich um ein Schaltventil oder ein Proportionalventil, insbesondere um ein 2/2-Wegeventil, handeln kann. Das Dosierventil ist wahlweise als Magnetventil oder Piezoventil ausgebildet und wird elektrisch angesteuert oder ist als vorgesteuertes Ventil ausgebildet und wird pneumatisch angesteuert. Die Aufgabe des Dosierventils besteht zum einen darin, die Dosierleitung in einer ersten Funktionsstellung zu blockieren, so dass ungeachtet einer Unterdruckbeaufschlagung oder Druckbeaufschlagung des Vorratsbehälters kein Fluidstrom durch die Dosierleitung erfolgen kann. Zum anderen besteht die Aufgabe des Dosierventils darin, die Dosierleitung in einer zweiten Funktionsstellung zeitweilig freizugeben und dadurch eine fluidisch kommunizierende Verbindung zwischen dem Raumvolumen des Vorratsbehälters und der Dosieröffnung zu ermöglichen, sodass bei einer Überdruckbeaufschlagung des Vorratsbehälters ein Fluidaustrag aus dem Vorratsbehälter erfolgen kann.
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Die Aufgabe der Sensoreinrichtung besteht darin, eine Gassättigung der im Vorratsbehälter aufgenommenen Flüssigkeit zu ermitteln. Die Gassättigung der Flüssigkeit ist unter anderem von der Temperatur der Flüssigkeit sowie von einem im Vorratsbehälter vorherrschenden Unterdruck bzw. Überdruck abhängig, wobei zusätzlich von Bedeutung ist, wie lange der jeweilige Überdruck bzw. Unterdruck auf die Flüssigkeit eingewirkt hat. Typischerweise ist vorgesehen, dass der Überdruck durch eine Bereitstellung von druckbeaufschlagter Umgebungsluft von der Gasfördereinrichtung in das Raumvolumen bereitgestellt wird, um einen Flüssigkeitsaustrag aus dem Vorratsbehälter durch die Dosierleitung an der Dosieröffnung vorzunehmen. Alternativ kann von der Gasfördereinrichtung auch ein einziges druckbeaufschlagtes Gas wie beispielsweise Stickstoff oder ein speziell zusammengestelltes Gasgemisch zur Verfügung gestellt werden, beispielsweise wenn die Flüssigkeit im Vorratsbehälter keinen Kontakt mit Sauerstoff oder einem anderen üblichen Luftbestandteil haben soll. Durch den von der Gasfördereinrichtung bereitgestellten Überdruck wird, insbesondere unter der Voraussetzung, dass keine Temperaturänderung für die Flüssigkeit erfolgt, eine Erhöhung der Gassättigung der Flüssigkeit bewirkt. Der Unterdruck kann ebenfalls durch die Gasfördereinrichtung durch eine zumindest teilweise Evakuierung des Raumvolumens bewirkt werden und dient dazu, die Gassättigung für die Flüssigkeit, insbesondere unter Beibehaltung der Temperatur der Flüssigkeit, zu reduzieren. Da eine Vorhersage der Gassättigung der Flüssigkeit anhand eines zeitlichen Verlaufs von Überdruck und Unterdruck im Raumvolumen mit erheblichen Unsicherheiten behaftet ist, weist das Dosiersystem eine Sensoreinrichtung auf, mit der die Gassättigung der Flüssigkeit mit erheblich größerer Genauigkeit bestimmt werden kann.
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Die Sensoreinrichtung ist hierfür elektrisch mit einer Steuereinrichtung verbunden, die zur Erfassung der Sensorsignale der Sensoreinrichtung und zur Auswertung dieser Sensorsignale ausgebildet ist, um daraus die Gassättigung der Flüssigkeit im Raumvolumen ermitteln zu können. Ferner ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von der ermittelten Gassättigung eine Ansteuerung des Dosierventils vorzunehmen, sofern ein Dosiervorgang für die Flüssigkeit durchgeführt werden soll. Die Steuereinrichtung ist auch dazu ausgebildet, Steuersignalen an die Gasfördereinrichtung bereitzustellen, um in Abhängigkeit von der ermittelten Gassättigung eine Überdruckbeaufschlagung zu Durchführung des Dosiervorgangs oder eine Unterdruckbeaufschlagung zur Reduzierung der Gassättigung für die im Vorratsbehälter aufgenommene Flüssigkeit zu bewirken. Die Steuereinrichtung kann beispielsweise einen Mikroprozessor umfassen, der zur Verarbeitung eines Computerprogramms ausgebildet ist und der sowohl die eintreffenden Sensorsignale auswertet als auch die jeweiligen Steuersignalen für das Dosierventil und die Gasfördereinrichtung, insbesondere an elektrische Endstufen, bereitstellt. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung mehrere, gegebenenfalls auch baulich getrennt voneinander ausgebildete Mikroprozessoren umfasst, die jeweils zur Ausführung von Computerprogrammen ausgebildet sind und jeweils eine der vorstehend beschriebenen Teilaufgaben (Auswertung von Sensorsignalen, Bereitstellung von Steuersignalen für das Dosierventil, Bereitstellung von Steuersignalen für die Gasfördereinrichtung), durchführen. Bei einer derartigen Ausgestaltung der Steuereinrichtung sind die Mikroprozessoren beispielsweise durch ein internes Bussystem oder eine andere Kommunikationstechnologie miteinander verbunden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zweckmäßig ist es, wenn die Sensoreinrichtung zur Erfassung wenigstens einer physikalischen Größe aus der Gruppe:
- Sauerstoffkonzentration, Stickstoffkonzentration, Kohlendioxidkonzentration, ausgebildet ist. Prinzipiell wird davon ausgegangen, dass eine Druckbeaufschlagung des Raumvolumens unter Verwendung der Gasfördereinrichtung mit Luft aus der Umgebung durchgeführt wird, bei der von einer bekannten Zusammensetzung (ca. 78 Prozent Stickstoff und ca. 21 Prozent Sauerstoff sowie Anteile von Argon und Kohlendioxid) ausgegangen wird. In Abhängigkeit von der Dauer und dem Betrag des auf die im Raumvolumen aufgenommenen Flüssigkeit einwirkenden Überdrucks sowie in Abhängigkeit von den Eigenschaften der Flüssigkeit, die im Raumvolumen aufgenommen ist, werden zumindest Anteile diese Umgebungsluft in der Flüssigkeit gelöst, die bei einem nachfolgenden Dosiervorgang wieder aus der Flüssigkeit ausgasen können und hierdurch zu einer Verschlechterung der Dosiergenauigkeit führen können. Dementsprechend ist vorgesehen, mit der Sensoreinrichtung die Konzentration wenigstens eines in der Flüssigkeit gelösten Gases zu ermitteln, um hieraus einen Rückschluss auf die Gassättigung ziehen zu können.
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Beispielhaft kann hierzu ein Sauerstoffsensor aus der Gruppe: amperometrischer Sensor, bei dem eine Stromstärke in einer galvanischen Zelle gemessen wird, wobei Sauerstoff an einer Kathode umgesetzt wird und dadurch zu einem Strom führt; Widerstandssensor, bei dem sich ein elektrischer Widerstand, zum Beispiel eines Halbleiteroxides, ändert; paramagnetischer Sensoren; optischer Sensor, beispielsweise als Absorptionssensoren zur Ermittlung einer von der Sauerstoffkonzentration abhängigen Lichtabsorption, bevorzugt bei 760 nm; optischer Sensor, der die Fluoreszenz nutzt, die durch Sauerstoff gelöscht werden kann; verwendet werden.
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Ergänzend oder alternativ kann für die Sensoreinrichtung ein Stickstoffsensor vorgesehen werden, der beispielsweise auf eine Ermittlung einer Wärmeleitfähigkeit basiert.
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Als weitere Ergänzung oder Alternative kann für die Sensoreinrichtung ein Sensor zur Ermittlung einer Kohlendioxidkonzentration eingesetzt werden, hierbei wird im Zusammenhang mit Flüssigkeiten beispielsweise ein pH-Sensor eingesetzt, mit dem die Konzentration von Kohlendioxid in der im Vorratsbehälter aufgenommenen Flüssigkeit ermittelt werden kann.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung für eine Erfassung wenigstens einer weiteren physikalischen Größe aus der Gruppe: Temperatur, Druck, ausgebildet ist. Da die Gassättigung eine Flüssigkeit in erheblichem Maße von der Temperatur der Flüssigkeit und von einem auf die Flüssigkeit einwirkenden Druck abhängig ist, kann bei einer Berücksichtigung wenigstens einer der beiden physikalischen Größen: Temperatur, Druck, eine erhebliche Verbesserung bei der Ermittlung der tatsächlich vorhandenen Gassättigung und damit auch eine Verbesserung der Dosiergenauigkeit erzielt werden.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Sensoreinrichtung für eine Erfassung der Gassättigung in dem vom Vorratsbehälter begrenzten Raumvolumen ausgebildet ist. Hierbei ist vorgesehen, dass zumindest derjenige Bereich der Sensoreinrichtung, mit dem eine Ermittlung der Sauerstoffkonzentration und/oder der Stickstoffkonzentration und/oder der Kohlendioxidkonzentration erfolgt, in einem Bereich des Vorratsbehälters angeordnet ist, der während eines bestimmungsgemäßen Gebrauchs des Dosiersystems flüssigkeitsgefüllt ist. Sofern eine Ermittlung einer Temperatur und/oder eines Drucks durch die Sensoreinrichtung vorgenommen werden soll, kann diese Messung entweder ebenfalls in dem flüssigkeitsgefüllten Bereich des Vorratsbehälters oder oberhalb eines während des bestimmungsgemäßen Gebrauchs des Dosiersystems zu erwartenden Flüssigkeitspegels erfolgen. Bei dieser Ausführungsform ist somit vorzugsweise vorgesehen, dass alle Komponenten der Sensoreinrichtung unmittelbar dem Vorratsbehälter zugeordnet sind.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung für die Erfassung der Gassättigung der Flüssigkeit in der Dosierleitung, insbesondere zwischen dem Dosierventil und der Dosieröffnung, angeordnet ist. Hierdurch wird eine Messung der Gassättigung in einem Bereich ermöglicht, in dem verglichen mit dem Vorratsbehälter ein niedrigerer Druck vorliegt, sodass die Messung der Gassättigung mit höherer Präzision vorgenommen werden kann. Die Druckdifferenz zwischen dem Vorratsbehälter und der Dosierleitung ist insbesondere damit zu erklären, dass für den Ausgabevorgang der Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter typischerweise ein Höhenunterschied zwischen der Eintrittsöffnung der Dosierleitung und der Dosieröffnung überwunden werden muss, sodass allein hierzu ein dem hydrostatischen Druck der Flüssigkeit entsprechender Überdruck im Raumvolumen bereitgestellt werden muss. Dazu kommen weitere Komponenten wie beispielsweise die Flüssigkeitsreibung in der Dosierleitung, sodass im Ergebnis ein auf die Flüssigkeit im Vorratsbehälter wirkender Druck erheblich größer als ein Druck in der Dosierleitung, insbesondere im Bereich stromab des Dosierventils, ist.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen dem Dosierventil und der Dosieröffnung eine Drosselblende angeordnet ist und dass die Sensoreinrichtung zwischen der Drosselblende und der Dosieröffnung angeordnet ist. Die Drosselblende dient zur Erhöhung der Dosiergenauigkeit und bewirkt einen Druckabfall für die Flüssigkeit verglichen mit einem Bereich der Dosierleitung, der vor der Drosselblende angeordnet ist. Bevorzugt ist vorgesehen, dass zwischen der Drosselblende und der Dosieröffnung ein geringer Abstand vorgesehen ist, sodass auch die Flüssigkeitsreibung nur noch eine geringe Rolle spielt und der Druck in der Flüssigkeit nach der Drosselblende bereits nahezu den Umgebungsdruck entspricht, der auf die Flüssigkeit wirkt, sobald sie die Dosieröffnung passiert hat. Dementsprechend kann durch eine derartige Anordnung der Sensoreinrichtung eine zusätzliche Erhöhung der Messgenauigkeit bezüglich der zu ermittelnden Gassättigung erzielt werden.
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Zweckmäßig ist es, wenn die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass eine Druckbeaufschlagung des Vorratsbehälters sowie eine Ansteuerung des Dosierventils zur zeitweiligen Überführung des Dosierventils aus der ersten Funktionsstellung in die zweite Funktionsstellung vorgenommen werden kann, wenn die Gassättigung unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts liegt. Durch diese Maßnahme wird gewährleistet, dass es bei einem Ausgabevorgang für die im Vorratsbehälter aufgenommene Flüssigkeit nicht zu einer erheblichen Ungenauigkeit bei der Dosierung der auszugebenden Flüssigkeitsmenge kommt, wie sie auftreten könnte, sofern die Gassättigung oberhalb eines für die jeweilige Flüssigkeit festzulegenden Schwellwerts liegt.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass eine Unterdruckbeaufschlagung des Vorratsbehälters sowie eine Ansteuerung des Dosierventils zur zeitweiligen Überführung des Dosierventils aus der zweiten Funktionsstellung in die erste Funktionsstellung vorgenommen werden kann, wenn die Gassättigung oberhalb eines vorgegebenen Schwellwerts liegt. Auch diese Maßnahme dient dazu, eine Ausgabe von Flüssigkeit nur für den Fall vorzunehmen, dass eine exakte Dosierung gewährleistet werden kann. Ist hingegen die Gassättigung auf ein Niveau angestiegen, das eine derartige exakte Dosierung verhindert, wird von der Steuereinrichtung ein Steuersignal ausgegeben, um das Dosierventil in die erste Funktionsstellung zu überführen. Anschließend wird von der Steuereinrichtung ein weiteres Steuersignal ausgegeben, mit dem die Gasfördereinrichtung zur Bereitstellung eines Unterdrucks in das Raumvolumen veranlasst wird, um dadurch eine zumindest teilweise Entgasung der im Raumvolumen aufgenommenen Flüssigkeit und damit einhergehend eine Reduzierung der Gassättigung der Flüssigkeit zu bewirken.
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Vorteilhaft ist es, wenn dem Vorratsbehälter eine Temperiereinrichtung, insbesondere eine Heizeinrichtung, zugeordnet ist, die elektrisch mit der Steuereinrichtung verbunden ist, um eine Temperierung des Vorratsbehälters in Abhängigkeit von der ermittelten Gassättigung zu ermöglichen, und/oder dass der Dosierleitung eine Temperiereinrichtung, insbesondere eine Kühleinrichtung, zugeordnet ist, die elektrisch mit der Steuereinrichtung verbunden ist, um eine Temperierung der Dosierleitung in Abhängigkeit von der ermittelten Gassättigung zu ermöglichen. Durch die Anpassung einer Temperatur der im Vorratsbehälter aufgenommenen Flüssigkeit an eine vorgegebene Temperatur oder ein vorgegebenes Temperaturintervall und/oder durch eine Anpassung einer Temperatur der in der Dosierleitung aufgenommenen Flüssigkeit an eine vorgegebene Temperatur oder ein vorgegebenes Temperaturintervall lässt sich eine Erhöhung der Genauigkeit erzielen. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn die Sensoreinrichtung eine Temperatursensor umfasst und wenn die Steuereinrichtung für eine Regelung der jeweiligen Temperiereinrichtung, bei der sich um eine Heizeinrichtung oder eine Kühleinrichtung handeln kann, ausgebildet ist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird für ein Verfahren zum Dosieren einer Flüssigkeit mit den nachfolgenden Schritten gelöst:
- Erfassen einer physikalischen Größe aus der Gruppe: Sauerstoffkonzentration, Stickstoffkonzentration, Kohlendioxidkonzentration einer Flüssigkeit, die in einem Vorratsbehälter aufgenommen ist, mit einer Sensoreinrichtung, Ermitteln einer Gassättigung für die Flüssigkeit aus einem Sensorsignal der Sensoreinrichtung in einer Steuereinrichtung, Aktivieren einer Gasfördereinrichtung durch die Steuereinrichtung in Abhängigkeit von einem Betrag der Gassättigung, wobei die Steuereinrichtung die Gasfördereinrichtung für eine Unterdruckbeaufschlagung des Vorratsbehälters ansteuert, sofern der Betrag der Gassättigung oberhalb eines vorgegebenen Maximalwerts liegt, wobei die Steuereinrichtung die Unterdruckbeaufschlagung des Vorratsbehälters beendet, sobald der Betrag der Gassättigung unterhalb eines vorgegebenen Sollwerts liegt, wobei die Steuereinrichtung ein Steuersignal an ein Dosierventil bereitstellt, das in einer dem Vorratsbehälter zugeordneten Dosierleitung zwischen dem Vorratsbehälter und einer Dosieröffnung angeordnet ist, um das Dosierventil zur Dosierung einer vorgegebenen Flüssigkeitsmenge zeitweilig aus einer ersten Funktionsstellung, die für eine Blockierung der Dosierleitung ausgebildet ist, in eine zweite Funktionsstellung, die für eine Freigabe der Dosierleitung ausgebildet, zu überführen und damit eine Dosierung von Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter zu bewirken.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Hierbei zeigt:
- 1 eine rein schematische Systemdarstellung einer ersten Ausführungsform eines Dosiersystem zum Dosieren einer Flüssigkeit, bei dem eine Sensoreinrichtung einem Vorratsbehälter zugeordnet ist, und
- 2 eine rein schematische Systemdarstellung einer zweiten Ausführungsform eines Dosiersystem zum Dosieren einer Flüssigkeit, bei dem eine Sensoreinrichtung einer Dosierleitung zugeordnet ist.
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Ein in der 1 gezeigtes Dosiersystem 1 umfasst als wesentliche Komponenten einen Vorratsbehälter 2, eine Dosierleitung 8, eine Sensoreinrichtung 9, eine Steuereinrichtung 10 sowie eine Gasfördereinrichtung 11 und dient zur präzisen Dosierung einer im Vorratsbehälter 2 aufgenommenen Flüssigkeit 19.
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Der Vorratsbehälter 2 ist rein exemplarisch aus einem Behälterunterteil 3 und einem druckdicht am Behälterunterteil 3 aufgenommenen Behälterdeckel 4 gebildet und begrenzt ein Raumvolumen 20. Dabei ist der Vorratsbehälter 2 vorzugsweise derart ausgebildet, dass er bei bestimmungsgemäßem Gebrauch keine nennenswerte Deformation erfährt, sodass das vom Vorratsbehälter 2 begrenzte Raumvolumen 20 sowohl bei einer Druckbeaufschlagung bis zu einem vorgegebenen Überdruckniveau als auch bei einer Unterdruckbeaufschlagung bis zu einem vorgegebenen Unterdruckniveau konstant ist.
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Rein exemplarisch ist das Behälterunterteil 3 als kreiszylindrische Hülse 31 mit einem ebenen Bodenbereich 32 ausgebildet. Beispielhaft ist auch der Behälterdeckel 4 als kreiszylindrische Hülse 33 mit ebenem Bodenbereich 34 ausgebildet und abdichtend auf das Behälterteil 3 aufgeschoben. Das Behälterunterteil 3 und der Behälterdeckel 4 sind vorzugweise aus einem Material hergestellt, bei dem im Rahmen des bestimmungsgemäßen Gebrauchs eine verschwindende Deformation und damit auch eine verschwindende Volumenänderung für das vom Vorratsbehälter 2 begrenzte Raumvolumen 20 gewährleistet werden kann.
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Im Bodenbereich 34 des Behälterdeckels 4 sind eine als Gasanschluss 5 dienende Ausnehmung, eine als Dosieranschluss 6 dienende Ausnehmung sowie eine als Messanschluss 7 dienende Ausnehmung eingebracht.
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In den Gasanschluss 5 ist rein exemplarisch eine Förderleitung 17 abdichtend eingeschoben, die in das Raumvolumen 20 mündet und die an einem dem Raumvolumen 20 abgewandten Endbereich mit einer Förderpumpe 16 fluiddicht verbunden ist. Die Förderpumpe 16 ist als 2-Wege-Pumpe ausgebildet und ermöglicht somit sowohl eine Überdruckbeaufschlagung des Raumvolumens 20 als auch eine Unterdruckbeaufschlagung des Raumvolumens 20. Die Förderpumpe 16 ist über eine nicht bezeichnete Antriebswelle mit einem Antriebsmotor 15 gekoppelt, bei dem es sich insbesondere um einen Elektromotor handelt, der seinerseits über eine Antriebsleitung 23 mit der Steuereinrichtung 10 verbunden ist. Dabei ist die Steuereinrichtung 10 dazu ausgebildet, elektrische Energie an den Antriebsmotor 15 bereitzustellen, damit dieser die Förderpumpe 16 entsprechend einer Überdruckanforderung oder einer Unterdruckanforderung für das Raumvolumen 20 antreiben kann.
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In den Dosieranschluss 6 ist eine Dosierleitung 8 eingeschoben, die sich nahezu bis zum Bodenbereich 32 des Behälterunterteils 3 erstreckt und dort eine Eintrittsöffnung 13 aufweist, durch die die Flüssigkeit 19 in die Dosierleitung 8 eintreten kann. An einem der Eintrittsöffnung 13 abgewandten Endbereich, der auch als Dosiernadel bezeichnet wird, weist die Dosierleitung 8 eine Dosieröffnung 14 auf, die auch als Mündungsöffnung bezeichnet werden kann und die rein exemplarisch in die Umgebung des Dosiersystems 1 mündet.
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Zwischen der Eintrittsöffnung 13 und der Dosieröffnung 14 ist die Dosierleitung 8 mit einem außerhalb des Vorratsbehälters 2 angeordneten Dosierventil 12 versehen. Bei dem Dosierventil 12 handelt es sich rein exemplarisch um ein nicht näher dargestelltes 2/2-Wege-Schaltventil, das über eine Steuerleitung 22 mit der Steuereinrichtung 10 verbunden ist. Die Steuereinrichtung 10 ist dazu ausgebildet, über elektrische Signale das Dosierventil 12 zwischen einer nicht näher dargestellten ersten Funktionsstellung und einer ebenfalls nicht näher dargestellten zweiten Funktionsstellung umzuschalten. Beispielhaft ist vorgesehen, dass das Dosierventil 12 in der ersten Funktionsstellung die Dosierleitung 8 blockiert, sodass keine fluidisch kommunizierende Verbindung zwischen der Eintrittsöffnung 13 und der Dosieröffnung 14 vorliegt. Nach Umschaltung in die zweite Funktionsstellung ermöglicht das Dosierventil 12 eine fluidisch kommunizierende Verbindung zwischen der Eintrittsöffnung 13 und der Dosieröffnung 14.
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In den Messanschluss 7 im Behälterdeckel 4 ist eine Sensoreinrichtung 9 eingeschoben, die rein exemplarisch als Kombination eines nicht näher dargestellten Sauerstoffsensors mit einem ebenfalls nicht näher dargestellten Temperatursensor ausgebildet ist und die über eine Sensorleitung 21 mit der Steuereinrichtung 10 verbunden ist. Beispielhaft ist vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung 9 derart ausgebildet ist, dass sie sich bis nahezu zum Bodenbereich 32 des Behälterunterteils 3 erstreckt und damit während eines bestimmungsgemäßen Gebrauchs der Dosiereinrichtung 1 in die Flüssigkeit 19 eingetaucht ist.
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Rein exemplarisch umfasst die Steuereinrichtung 10 einen Mikroprozessor 24, der elektrisch mit der Sensoreinrichtung 9 verbunden ist, um die von der Sensoreinrichtung 9 bereitgestellten Sensorsignale aufbereiten und verarbeiten zu können und daraus einen Betrag der Gassättigung für die Flüssigkeit 19 ermitteln zu können. Hierzu ist der Mikroprozessor 24 mit einem Computerprogramm programmiert. Ferner ist der Mikroprozessor 24 darüber hinaus auch dazu vorgesehen, eine elektrische Ansteuerung einer in der Steuereinrichtung 10 aufgenommenen Endstufe 25 für die Gasfördereinrichtung 11 sowie einer ebenfalls in der Steuereinrichtung 10 aufgenommenen Endstufe 26 für das Dosierventil 12 in Abhängigkeit von dem ermittelten Betrag der Gassättigung durchzuführen.
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Eine Betriebsweise für das in der 1 gezeigte Dosiersystem 1 kann wie folgt beschrieben werden: zunächst erfolgt eine Erfassung einer Gassättigung für die Flüssigkeit 19 rein exemplarisch anhand der Messung einer Sauerstoffkonzentration für die im Raumvolumen 20 aufgenommene Flüssigkeit 19 mit Hilfe der Sensoreinrichtung 9. Die Sensoreinrichtung 9 stellt ein von der Sauerstoffkonzentration in der Flüssigkeit 19 abhängiges Sensorsignal über die Sensorleitung 21 an die Steuereinrichtung 10 zur Verfügung. In der Steuereinrichtung 10 erfolgt im Mikroprozessor 24 gemäß dem dort gespeicherten und durchgeführten Computerprogramm eine Verarbeitung des Sensorsignals, um daraus den Betrag für die Gassättigung der Flüssigkeit 19 zu ermitteln.
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Wird von der Steuereinrichtung 10 beispielsweise festgestellt, dass ein Betrag der Gassättigung der Flüssigkeit 19 oberhalb eines vorgegebenen Schwellwerts liegt, so ist die Programmierung des Mikroprozessors 24 dazu ausgebildet, das Dosierventil 12 zu schließen bzw. zu prüfen, dass das Dosierventil 12 geschlossen ist. Anschließend erfolgt eine Ansteuerung der Gasfördereinrichtung 11 derart, dass eine Unterdruckbeaufschlagung für das Raumvolumen 20 hervorgerufen wird, wodurch eine Reduzierung der Gassättigung der im Raumvolumen 20 aufgenommenen Flüssigkeit 19 hervorgerufen wird. Sobald die Gassättigung der Flüssigkeit 19 unter einen vorgegebenen Grenzwert gesunken ist, was wieder mit Hilfe der Sensoreinrichtung 9 und der Steuereinrichtung 10 festgestellt wird, wird die Unterdruckbeaufschlagung wieder eingestellt.
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Anschließend kann unmittelbar wieder eine Druckbeaufschlagung des Raumvolumens 20 durch eine entsprechende Ansteuerung der Gasfördereinrichtung 11 hervorgerufen werden, um anschließend durch Ansteuerung des Dosierventils 12 einen nachfolgenden Dosiervorgang durchzuführen.
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Alternativ kann auch vorgesehen werden, den Dosiervorgang erst zu einem späteren Zeitpunkt durchzuführen, wobei in der Zwischenzeit eine kontinuierliche oder in vorgegebenen zeitlichen Abschnitten durchgeführte Ermittlung der Gassättigung für die Flüssigkeit 19 vorgenommen wird.
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Die in der 2 gezeigte zweite Ausführungsform eines Dosiersystems 51 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform eines Dosiersystem 1 gemäß der 1 durch die Platzierung der Sensoreinrichtung 59, sodass für diejenigen Komponenten, die mit der Ausführungsform gemäß der 1 übereinstimmen, die gleichen Bezugszeichen wie in der 1 verwendet werden und auf eine neuerliche Beschreibung verzichtet wird.
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Bei der Ausführungsform gemäß der 2 ist die Sensoreinrichtung 59 in einem Abschnitt der Dosierleitung 58 angeordnet, die sich zwischen dem Dosierventil 12 und der Dosieröffnung 14 erstreckt. Die Sensoreinrichtung 59 ist rein exemplarisch als Kombination eines nicht näher dargestellten Sauerstoffsensors mit einem ebenfalls nicht näher dargestellten Temperatursensor ausgebildet und ist über die Sensorleitung 21 mit der Steuereinrichtung 10 verbunden. Bei einer derartigen Anordnung der Sensoreinrichtung 59 ist vorteilhaft, dass die auszugebende Flüssigkeit in den Abschnitt der Dosierleitung 58, die sich zwischen dem Dosierventil 12 und der Dosieröffnung 14 erstreckt, bereits ein Druckniveau aufweist, das nahezu dem Umgebungsdruck entspricht, sodass eine Ausgasung von Gas, insbesondere Luft, das in der Flüssigkeit 19 gelöst ist, im Bereich der Sensoreinrichtung 59 stattfinden kann und somit möglicherweise zu einem früheren Zeitpunkt eine Unterbrechung des Ausgabevorgangs durchgeführt wird, als dies bei der Ausführungsform gemäß der 1 der Fall ist, womit eine verbesserte Dosiergenauigkeit erzielt werden kann.
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Zusätzlich kann sowohl der Dosierleitung 8 als auch der Dosierleitung 58 im Bereich zwischen dem Dosierventil 12 und der Dosieröffnung 14 eine Drosselblende 77 zugeordnet sein, mit der ein Strömungswiderstand für die auszutragende Flüssigkeit in definierter Weise lokal erhöht werden kann, um dadurch die Dosiergenauigkeit zu verbessern. Bei der Ausführungsform gemäß der 2 ist die Drosselblende 77 vorzugsweise zwischen das Dosierventil 12 und die Sensoreinrichtung 59 eingefügt.
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Ergänzend oder alternativ kann dem Vorratsbehälter 2 eine Heizeinrichtung 78 zugeordnet sein, mit der eine Erwärmung des Vorratsbehälters 2 und der darin aufgenommene Flüssigkeit 19 bewirkt werden kann, um bereits im Vorratsbehälter 2 ein Ausgasen des in der Flüssigkeit 19 aufgenommenen Gases, insbesondere Luft, zu bewirken. Die Heizeinrichtung 78 ist über eine nicht bezeichnete Steuerleitung mit der Steuereinrichtung 10 verbunden.
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Ergänzend oder alternativ kann der Dosierleitung 8, 58 eine Kühleinrichtung 79 zugeordnet sein, mit deren Hilfe die auszugebende Flüssigkeit vor dem Verlassen der Dosierleitung 8, 58 gekühlt werden kann. Dies ist insbesondere dann von Interesse, wenn die Flüssigkeit 19 im Vorratsbehälter 2 durch die Heizeinrichtung 78 auf eine Temperatur gebracht wurde, die oberhalb einer gewünschten Ausgabetemperatur für die Flüssigkeit 19 liegt. Die Kühleinrichtung 79 ist über eine nicht bezeichnete Steuerleitung mit der Steuereinrichtung 10 verbunden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018206078 A1 [0002]
