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DE19701001A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Dosieren von Flüssigkeitsmengen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Dosieren von Flüssigkeitsmengen

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Publication number
DE19701001A1
DE19701001A1 DE1997101001 DE19701001A DE19701001A1 DE 19701001 A1 DE19701001 A1 DE 19701001A1 DE 1997101001 DE1997101001 DE 1997101001 DE 19701001 A DE19701001 A DE 19701001A DE 19701001 A1 DE19701001 A1 DE 19701001A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
flow
liquid
valve arrangement
metering valve
metering
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE1997101001
Other languages
English (en)
Inventor
Klaus Schaefer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Patent GmbH
Original Assignee
Bailey Fischer and Porter GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bailey Fischer and Porter GmbH filed Critical Bailey Fischer and Porter GmbH
Priority to DE1997101001 priority Critical patent/DE19701001A1/de
Publication of DE19701001A1 publication Critical patent/DE19701001A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67C—CLEANING, FILLING WITH LIQUIDS OR SEMILIQUIDS, OR EMPTYING, OF BOTTLES, JARS, CANS, CASKS, BARRELS, OR SIMILAR CONTAINERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; FUNNELS
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    • B67C3/02—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus
    • B67C3/22—Details
    • B67C3/28—Flow-control devices, e.g. using valves
    • B67C3/287—Flow-control devices, e.g. using valves related to flow control using predetermined or real-time calculated parameters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
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    • B65B3/00—Packaging plastic material, semiliquids, liquids or mixed solids and liquids, in individual containers or receptacles, e.g. bags, sacks, boxes, cartons, cans, or jars
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    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
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    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dosieren von Flüssig­ keitsmengen MD, bei dem man die betreffende Flüssigkeit por­ tionsweise entsprechend den zu dosierenden Mengen MD aus einer Abgabeleitung ausströmen läßt, in der eine durch ein Öffnungs­ signal zum Freigeben der Flüssigkeitsströmung - und durch ein Schließsignal zum Sperren der Abgabeleitung aktivierbare Do­ sierventilanordnung mit einer bestimmten Ventilschließcharak­ teristik vorgesehen ist, wobei man die jeweils nach Freigabe der Flüssigkeitsströmung die Dosierventilanordnung durchströ­ mende Flüssigkeitsmenge auf der Basis der Messung des Durch­ flusses überwacht und bei Erreichen einer bestimmten Flüssig­ keitsmenge MS die Dosierventilanordnung zum Sperren der Ab­ gabeleitung aktiviert, um einen Dosiervorgang zu beenden.
Dosierverfahren der vorstehend genannten Art und Vorrichtungen zur Durchführung solcher Verfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt und finden beispielsweise in Abfüllanlagen Verwendung, um die in Flaschen oder dgl. abzufüllenden Flüs­ sigkeitsmengen zu dosieren.
An Dosiervorrichtungen in modernen Abfüllanlagen, wie sie beispielsweise in der Getränkeindustrie oder in der pharmazeu­ tisch-chemischen Industrie eingesetzt werden, werden hohe Anforderungen an die Dosiergenauigkeit und an die Dosierge­ schwindigkeit gestellt. Häufig werden magnetisch-induktive Durchflußmesser eingesetzt, um die pro Dosiervorgang abzufül­ lende Flüssigkeitsmenge (Flüssigkeitsvolumen oder Flüssig­ keitsmasse) mit hoher Genauigkeit auf der Basis des gemessenen Durchflusses zu überwachen. Dabei wird im allgemeinen eine mit einer Mikroprozessorschaltung ausgestattete Steuereinrichtung eingesetzt, die die in Form von Meßspannungen anfallenden und der Durchflußgeschwindigkeit der betreffenden Flüssigkeit näherungsweise proportionalen Meßwerte des magnetisch-indukti­ ven Durchflußmessers verarbeitet, um den Durchfluß bzw. die pro Zeiteinheit das Dosierventil durchströmende Flüssigkeits­ menge (Volumen oder Masse) zu bestimmen und die jeweils nach Öffnen des Dosierventils in laufender Folge ermittelten Durch­ flußwerte über die Zeit zu integrieren. Anhand dieser Integra­ tion wird die nach Öffnen des Dosierventils den Durchflußmes­ ser durchströmende und über das Dosierventil während eines Abfüllvorganges abgegebene Flüssigkeitsmenge überwacht. Sobald diese Flüssigkeitsmenge einen Sollwert erreicht hat, gibt die Steuereinrichtung ein elektrisches Schließsignal an das Do­ sierventil ab, um die Abgabeleitung zu sperren und somit den Dosier- und Abfüllvorgang zu beenden. Auch wenn das Dosierven­ til unmittelbar auf das Schließsignal anspricht, hat es eine endliche Schließzeit, bis es die Abgabeleitung vollständig versperrt. Während dieser Schließzeit tritt noch eine Nach­ laufmenge auf, die die Dosiergenauigkeit beeinträchtigt.
Die Nachlaufmenge hängt im wesentlichen von der Länge der Schließzeit des Dosierventils und von der Durchflußgeschwin­ digkeit der Flüssigkeit während der Schließzeit ab.
Um den Einfluß der Nachlaufmenge auf die Dosiergenauigkeit gering zu halten, werden Dosierventilanordnungen mit einer kurzen und möglichst reproduzierbaren Ventilschließzeit einge­ setzt.
Schwierig ist jedoch die Kontrolle der Durchflußgeschwindig­ keit während eines Dosiervorganges. Soll die Durchflußge­ schwindigkeit über eine größere Anzahl aufeinander folgender Dosiervorgänge konstant gehalten werden, so müssen die Visko­ sitätsschwankungen der Flüssigkeit in kleinen Grenzen gehalten und der Vordruck, der einen unmittelbaren Einfluß auf die Durchflußgeschwindigkeit hat, genauestens eingeregelt werden. Die Praxis hat gezeigt, daß sich diese Vorgaben mit vertret­ barem Aufwand nicht erfüllen lassen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das auf einfache Weise eine Berücksichtigung der Nachlaufmenge ermöglicht, um eine hohe Genauigkeit und gute Reproduzierbarkeit bei der Dosierung zu gewährleisten.
Ausgehend von einem Verfahren mit den eingangs genannten Merk­ malen wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man bei jedem Dosiervorgang die Dosierventilanordnung zum Sperren der Abgabeleitung aktiviert, wenn die Flüssigkeits­ menge MS bei einem Durchfluß Φ den Wert:
MS= MD - ΔM(Φ)
erreicht, worin
Φ den gemessenen Durchfluß vor Aktivierung der Dosier­ ventilanordnung (9) zum Sperren der Abgabeleitung (7) und
ΔM(Φ) die in Abhängigkeit von Φ auf der Basis der Ventil­ schließcharakteristik jeweils abgeschätzte Nachlauf­ menge während der Dosierventilschließzeit Δt zwi­ schen dem Start des Sperrvorganges der Dosierventil­ anordnung (9) durch Aktivierung zum Sperren und dem Abschluß des Sperrvorganges bei Erreichen des voll­ ständigen Schließzustandes der Dosierventilanordnung (9) bezeichnet.
Es hat sich an Hand von Probemessungen erwiesen, daß die nor­ malerweise in Abfüllanlagen eingesetzten Dosierventile eine gut reproduzierbare Schließcharakteristik aufweisen, die vor­ weg empirisch ermittelt und durch eine mathematische Formel in guter Näherung dargestellt werden kann. Auf der Basis der Ventilschließcharakteristik kann die nach dem Start des Sperr­ vorganges der Dosierventilanordnung noch anfallende Nachlauf­ menge ΔM(Φ) in Abhängigkeit von dem gemessenen Durchfluß Φ vor Aktivierung der Dosierventilanordnung zum Sperren der Abgabe­ leitung vorab geschätzt werden. Entspricht die überwachte Flüssigkeitsmenge MS der Differenz aus der zu dosierenden Flüssigkeitsmenge MD und der jeweils abgeschätzten Nachlauf­ menge ΔM, so ist dadurch der Zeitpunkt gegeben, zu dem die Dosierventilanordnung zum Sperren der Abgabeleitung aktiviert wird. Mit anderen Worten: Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird die Nachlaufmenge bei jedem Dosiervorgang abgeschätzt und bei der Dosierung berücksichtigt, indem die Dosierventilanord­ nung bereits dann zum Schließen aktiviert wird, wenn die wäh­ rend des Dosiervorgangs laufend überwachte Flüssigkeitsmenge MS bei einem Durchfluß Φ einen Wert erreicht hat, der zusammen mit der abgeschätzten Nachlaufmenge ΔM die gewünschte Dosier­ menge MD ergibt.
Es hat sich gezeigt, daß die meisten Dosierventiltypen eine in guter Näherung lineare Schließcharakteristik aufweisen, so daß der Durchfluß während der Ventilschließzeit linear abnimmt. Die Nachlaufmenge ΔM(Φ) wird dann gemäß folgender Beziehung geschätzt:
worin
Φ den gemessenen Durchfluß vor dem Start des Sperrvor­ ganges der Dosierventilanordnung und
Δt die Dosierventilschließzeit zwischen dem Start des Sperrvorganges der Dosierventilanordnung durch Akti­ vierung zum Sperren und dem Abschluß des Sperrvor­ ganges bei Erreichen des vollständigen Schließzu­ standes der Dosierventilanordnung bezeichnet.
Bei den Dosierverfahren der betrachteten Art stellt sich nach Ablauf der endlichen Dosierventilöffnungszeit rasch ein zumin­ dest näherungsweise konstanter Durchfluß während eines Dosier­ vorganges ein. Der an Hand der Durchflußmessung ermittelte Wert Φ dieses etwa konstanten Durchflusses wird für die vor­ ausschauende Abschätzung der Nachlaufmenge herangezogen. Zur Abschätzung der Nachlaufmenge wird bei zumindest näherungs­ weise linearer Ventilschließcharakteristik der Durchflußwert Φ mit der Dosierventilschließzeit Δt multipliziert, und das Produkt Φ.Δt wird durch 2 dividiert.
Da die Abschätzung der Nachlaufmenge vorzugsweise bei jedem Dosiervorgang erfolgt, kommt es nicht darauf an, daß der Durchfluß in mehreren aufeinanderfolgenden Dosiervorgängen den gleichen konstanten Wert annimmt. Langsame Änderungen des Vor­ drucks der Flüssigkeit können daher durchaus toleriert werden.
Die Ventilschließzeit Δt ist bei den heutzutage verfügbaren, elektrisch ansteuerbaren Sperrventilen gut reproduzierbar und kann daher als einmal empirisch ermittelte Konstante in einem die Nachlaufmengenabschätzung vornehmenden Rechner gespeichert sein. Selbstverständlich ist es auch denkbar, die Dosierven­ tilschließzeit bzw. die Ventilschließcharakteristik in be­ stimmten Dosierabständen zu überprüfen und ggf. im Rechner zu aktualisieren. Die Ventilschließcharakteristik kann beispiels­ weise dadurch aufgenommen werden, daß man während der Ventil­ schließzeit an aufeinanderfolgenden Stützstellen Durchflußmeß­ werte in Abhängigkeit von der Zeit aufnimmt und daß man im Wege einer Kurvenanpassungsrechnung eine die Ventilschließ­ charakteristik repräsentierende Formel bestimmt, die der Rech­ ner in einen entsprechenden Algorithmus umsetzt. In bezug auf die Ventilschließcharakteristik kann das Meßsystem sozusagen selbstlernend ausgebildet sein.
Wenngleich man zur Messung des Durchflusses irgendeine die geforderte Genauigkeit bietende Durchflußmeßvorrichtung her­ anziehen kann, so wird vorzugsweise ein magnetisch-induktiver Durchflußmesser eingesetzt. Magnetisch-induktive Durchflußmes­ ser bieten eine hohe Genauigkeit bei der Messung des Volumen­ durchflusses oder des Massendurchflusses, weisen einen ein­ fachen Aufbau auf und liefern unmittelbar elektrische Informa­ tionen als Meßwerte. Zur Überwachung der Flüssigkeitsmenge während eines Dosiervorgangs werden die Durchflußmeßwerte vorzugsweise numerisch integriert.
Um den Einfluß der Nachlaufmenge bei einem betreffenden Do­ siervorgang auf die Dosiergenauigkeit noch weiter zu reduzie­ ren, kann es gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, daß man den Flüssigkeitsstrom bei jedem Dosiervorgang vor der Aktivierung der Dosierventilanord­ nung zum Sperren von einem im wesentlichen konstanten ersten Durchflußwert auf einen im wesentlichen konstanten zweiten, kleineren Durchflußwert drosselt. Dabei kann die Drosselung beispielsweise zu dem Zeitpunkt stattfinden, in dem die über­ wachte Flüssigkeitsmenge 75% der gewünschten Dosiermenge MD erreicht hat.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diesbezüglich geht die Erfindung aus von einer Vorrichtung zum Dosieren von Flüssigkeitsmengen MD, mit einem Reservoir für die Flüssigkeit, einer Fördereinrichtung, die Flüssigkeit aus dem Reservoir zu einer Abgabeleitung fördert, über die die Flüssigkeit por­ tionsweise entsprechend den zu dosierenden Mengen MD ausbring­ bar ist und in der eine steuerbare Dosierventilanordnung vor­ gesehen ist, welche auf ein Öffnungssignal hin öffnet, um die Strömung der Flüssigkeit durch die Abgabeleitung hindurch freizugeben und dadurch einen Dosiervorgang einzuleiten, und welche auf ein Schließsignal hin die Abgabeleitung sperrt, um einen jeweiligen Dosiervorgang zu beenden, einer Durchflußmeß­ einrichtung zur Messung des Durchflusses durch die Abgabelei­ tung während eines jeweiligen Dosiervorganges und einer Steu­ ereinrichtung zur Steuerung der Dosierventilanordnung, wobei die Steuereinrichtung auf der Basis der mittels der Durchfluß­ meßeinrichtung gemessenen Durchflußwerte die während eines jeweiligen Dosiervorganges über die Abgabeleitung ausgebrachte Flüssigkeitsmenge überwacht und durch Abgabe des Schließsi­ gnals die Dosierventilanordnung zum Sperren aktiviert, wenn die Flüssigkeitsmenge einen bestimmten Wert MS erreicht.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, das Schließ­ signal an die Dosierventilanordnung abzugeben, um einen jewei­ ligen Dosiervorgang zu beenden, wenn die überwachte Flüssig­ keitsmenge MS bei einem Durchflußwert Φ den Wert:
MS= MD - ΔM(Φ)
erreicht, worin
Φ den gemessenen Durchfluß vor Aktivierung der Dosier­ ventilanordnung (9) zum Sperren der Abgabeleitung (7) und
ΔM(Φ) die in Abhängigkeit von Φ auf der Basis der Ventil­ schließcharakteristik jeweils abgeschätzte Nachlauf­ menge während der Dosierventilschließzeit Δt zwi­ schen dem Start des Sperrvorganges der Dosierventil­ anordnung (9) durch Aktivierung zum Sperren und dem Abschluß des Sperrvorganges bei Erreichen des voll­ ständigen Schließzustandes der Dosierventilanordnung (9) bezeichnet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung und ermöglicht mit einfachen Mitteln die Berücksichtigung der Nachlaufmenge. Die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung eignet sich zum Einsatz in einer Ab­ füllanlage und erlaubt eine genaue, rasche Dosierung von Flüs­ sigkeitsmengen in schneller Folge.
Die Durchflußmeßeinrichtung umfaßt vorzugsweise einen magne­ tisch-induktiven Durchflußmesser.
Die Steuereinrichtung ist vorzugsweise mit einer Recheneinheit ausgerüstet, die die Durchflußmeßwerte nach Analog-Digital- Wandlung während jedes Dosiervorganges integriert, um die Flüssigkeitsmenge zu überwachen, die nach Öffnen der Dosier­ ventilanordnung während des betreffenden Dosiervorganges über die Abgabeleitung ausgebracht wird. Sobald diese Flüssigkeits­ menge den Wert MS erreicht hat, gibt die Steuereinrichtung das Schließsignal ab.
Die Dosiervorrichtung nach der Erfindung eignet sich zum Ein­ satz in einer Abfüllstation, um die abzufüllenden Dosiermengen bereitzustellen.
Gemäß einer Weiterbildung kann die erfindungsgemäße Dosiervor­ richtung dazu eingerichtet sein, einen Dosiervorgang zweistu­ fig auszuführen, wobei die Dosierventilanordnung unter Kon­ trolle der Steuereinrichtung derart ansteuerbar ist, daß sie vor Beendigung eines jeweiligen Dosiervorganges den Flüssig­ keitsstrom durch die Abgabeleitung von einem im wesentlichen konstanten ersten Durchflußwert auf einen im wesentlichen konstanten zweiten Durchflußwert drosselt. Da die Nachlauf­ menge dann geringer ist und auf der Basis des kleineren Durch­ flußwertes abgeschätzt wird, wird ihr Einfluß auf die Dosier­ genauigkeit noch weiter zurückgedrängt.
Die Dosierventilanordnung ist vorzugsweise durch ein elek­ trisch steuerbares Magnetventil realisiert.
Die Fördereinrichtung kann Mittel zur Steuerung des Vordrucks der Flüssigkeit aufweisen.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. näher erläutert.
Fig. 1 zeigt in einer stark schematisierten Weise eine Ab­ füllstation mit einer Dosiervorrichtung nach der Erfindung in teilweiser Blockdarstellung,
Fig. 2 zeigt in einem Durchfluß/Zeit-Diagramm die Durch­ flußverhältnisse bei einem Dosiervorgang der Vor­ richtung nach Fig. 1,
Fig. 3 zeigt ein Durchfluß/Zeit-Diagramm zur Erläuterung der Abschätzung der Nachlaufmenge,
Fig. 4 zeigt ein Durchfluß/Zeit-Diagramm gemäß Fig. 2 für einen zweistufigen Dosiervorgang, wobei der Durch­ fluß vor Schließen der Dosierventilanordnung auf einen kleineren Wert herabgedrosselt worden ist.
Fig. 1 zeigt teils in Blockdarstellung und in stark schemati­ sierter Weise eine Abfüllstation zum Abfüllen von Flaschen 15 mit einer dosierten Flüssigkeitsmenge. Eine gesteuerte Pumpe 3 fördert aus dem Reservoir 5 Flüssigkeit in die Abgabeleitung 7, an deren ausgangsseitigen Ende ein Dosierventil 9 vorgese­ hen ist, welches von der Steuereinrichtung 12 elektrisch ge­ steuert wird und in guter Näherung eine lineare Schließcharak­ teristik aufweist. Vor dem Dosierventil 9 ist in der Abgabe­ leitung 7 ein magnetisch-induktiver Durchflußmesser 11 vor­ gesehen, der zur Messung des Durchflusses der Flüssigkeit durch die Abgabeleitung 7 und durch das Dosierventil 9 dient.
Die Steuereinrichtung 12 steuert den bei 13 angedeuteten För­ dermechanismus, der die abzufüllenden Flaschen 15 nacheinander für einen jeweiligen Abfüllvorgang in Abfüllposition relativ zu dem Ausgang 17 des Dosierventiles 9 positioniert. Zum Star­ ten eines Abfüllvorganges gibt die Steuereinrichtung 12 ein Öffnungssignal an das Dosierventil 9 ab, woraufhin das Dosier­ ventil 9 den Flüssigkeitsstrom durch die Abgabeleitung 7 frei­ gibt. Die von der Pumpe 3 aus dem Reservoir 5 geförderte Flüs­ sigkeit durchströmt dann das Dosierventil 9 und gelangt in eine in Abfüllposition positionierte Flasche 15. Während des Dosier- und Abfüllvorganges wird die Meßspannung des magne­ tisch-induktiven Durchflußmessers 11 abgetastet, wobei die Abtastwerte einer Analog/Digital-Wandlung unterzogen werden. Die Steuereinrichtung 12 enthält eine Mikroprozessorschaltung, welche die digitalisierten Spannungswerte des magnetisch-in­ duktiven Durchflußmessers 11 zu Durchflußmeßwerten auswertet und ferner diese Durchflußmeßwerte numerisch integriert, um die Durchflußmenge, beginnend mit dem Start des Abfüllvorgan­ ges, zu überwachen.
Sobald diese überwachte Flüssigkeitsmenge MS den Wert
erreicht hat, gibt die Steuereinrichtung 12 ein Schließsignal an das Dosierventil 9 ab, woraufhin das Dosierventil die Ab­ gabeleitung 7 wieder sperrt.
Während der endlichen Schließzeit des Dosierventiles 9 gelangt noch die Nachlaufmenge
in die aktuell abzufüllende Flasche 15. Darin bezeichnet Φ den Durchfluß unmittelbar vor Abgabe des Schließsignals an das Dosierventil 9, und Δt bezeichnet die endliche Ventilschließ­ zeit, welche im voraus empirisch ermittelt wurde und als Kon­ stante in der Steuereinrichtung 12 gespeichert ist.
Aufgrund der vorstehend geschilderten Arbeitsweise der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung wird erreicht, daß die Flüssigkeits­ menge MS zum Zeitpunkt der Abgabe des Schließsignals plus die Nachlaufmenge ΔM die tatsächlich gewünschte Dosiermenge MD ergibt. Nach Ablauf der Dosierventilschließzeit steuert die Steuereinrichtung 12 den Fördermechanismus 13 an, um die abge­ füllte Flasche weiterzutransportieren und die nächst folgende leere Flasche in Abfüllposition zu bringen. Sodann kann ein neuer Abfüllvorgang gestartet werden.
Die Dosiervorrichtung nach der Erfindung arbeitet höchst zu­ verlässig und erlaubt eine genaue und reproduzierbare Dosie­ rung von Flüssigkeitsmengen in schneller Folge.
Fig. 2 zeigt für einen Dosiervorgang ein durch Messung erhal­ tenes Durchfluß/Zeit-Diagramm der Dosiervorrichtung nach der Erfindung.
Zum Zeitpunkt t1 beginnt das Dosierventil 9 auf das Öffnungs­ signal hin die Strömung in der Abgabeleitung 7 freizugeben. Der Durchfluß steigt näherungsweise linear an und verbleibt dann nach vollständiger Öffnung des Dosierventils auf einem im wesentlichen konstanten Wert Φ. Im Zeitpunkt t2 wird das Do­ sierventil 9 durch Abgabe des Schließsignals zum Schließen aktiviert. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sinkt der Durchfluß daraufhin während der Ventilschließzeit Δt näherungsweise linear auf den Wert null ab.
Aus dem idealisierten Durchfluß/Zeit-Diagramm für zwei unter­ schiedliche Dosiervorgänge gemäß Fig. 3 ist leicht zu ersehen, daß die Nachlaufmenge jeweils der Fläche zwischen der linear abfallenden Durchflußgeraden und der Zeitachse entspricht. Diese Dreiecksfläche kann gemäß
berechnet werden.
In dem Diagramm gemäß Fig. 3 sind die entsprechenden Flächen für zwei verschiedene Durchflüsse (i = 1 bzw. 2) und für un­ terschiedliche Dosiermengen MD angedeutet.
In Fig. 4 ist ein Durchfluß/Zeit-Diagramm für einen zweistufi­ gen Dosier- bzw. Abfüllvorgang gezeigt. Bei diesem zweistufi­ gen Abfüllvorgang wird der Flüssigkeitsstrom durch die Abgabe­ leitung 7 vor dem Schließen des Dosierventils 9 auf einen kleineren Wert gedrosselt. Dies erfolgt durch entsprechende Ansteuerung des Dosierventils 9, welches seinen Durchflußquer­ schnitt gesteuert verringert.
Wie aus Fig. 4 deutlich zu erkennen ist, läßt sich auf diese Weise die Nachlaufmenge und damit auch deren Einfluß auf die Dosiergenauigkeit noch weiter reduzieren, um eine extrem ge­ naue Dosierung zu erzielen.
Das beschriebene Ausführungsbeispiel zeichnet sich insbeson­ dere dadurch aus, daß die aufgrund der endlichen Schließzeit der Dosierventilanordnung unvermeidliche Nachlaufmenge auf­ grund einer sehr einfachen und dennoch zuverlässigen Abschät­ zung berücksichtigt wird. Es können im Rahmen der Erfindung herkömmliche Dosier- oder Abfüllventile verwendet werden, so daß trotz präziser Berücksichtigung der Nachlaufmenge kein nennenswert größerer apparativer Aufwand gegenüber dem Stand der Technik erforderlich ist.

Claims (13)

1. Verfahren zum Dosieren von Flüssigkeitsmengen MD, bei dem man die betreffende Flüssigkeit portionsweise entspre­ chend den zu dosierenden Mengen MD aus einer Abgabeleitung ausströmen läßt, in der eine durch ein Öffnungssignal zum Freigeben der Flüssigkeitsströmung und durch ein Schließ­ signal zum Sperren der Abgabeleitung (7) aktivierbare Dosierventilanordnung (9) mit bestimmter Ventilschließ­ charakteristik vorgesehen ist, wobei man die jeweils nach Freigabe der Flüssigkeitsströmung die Dosierventilanord­ nung (9) durchströmende Flüssigkeitsmenge auf der Basis der Messung des Durchflusses überwacht und bei Erreichen einer bestimmten Flüssigkeitsmenge MS die Dosierventil­ anordnung (9) zum Sperren der Abgabeleitung (7) akti­ viert, um einen Dosiervorgang zu beenden, dadurch gekennzeichnet,
daß man bei jedem Dosiervorgang die Dosierventilanordnung (9) zum Sperren der Abgabeleitung (7) aktiviert, wenn die überwachte Flüssigkeitsmenge MS bei einem Durchfluß Φ den Wert:
MS = MD ΔM(Φ)
erreicht, worin
Φden gemessenen Durchfluß vor Aktivierung der Dosierventilanordnung (9) zum Sperren der Ab­ gabeleitung (7) und
ΔM(Φ) die in Abhängigkeit von Φ auf der Basis der Ventilschließcharakteristik jeweils abge­ schätzte Nachlaufmenge während der Dosierven­ tilschließzeit Δt zwischen dem Start des Sperr­ vorganges der Dosierventilanordnung (9) durch Aktivierung zum Sperren und dem Abschluß des Sperrvorganges bei Erreichen des vollständigen Schließzustandes der Dosierventilanordnung (9) bezeichnet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierventilanordnung (9) eine zumindest näherungs­ weise lineare Ventilschließcharakteristik aufweist und daß die Nachlaufmenge ΔM(Φ) gemäß der Beziehung:
abgeschätzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Messung des Durchflusses einen magnetisch- induktiven Durchflußmesser (11) verwendet.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß man die Durchflußmeßwerte während eines Dosier­ vorganges integriert, um die die Dosierventilanordnung (9) durchströmende Flüssigkeitsmenge bis zum Erreichen des Wertes MS zu überwachen.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß man den Flüssigkeitsstrom vor der Aktivierung der Dosierventilanordnung (9) zum Sperren von einem im wesentlichen konstanten ersten Durchflußwert auf einen im wesentlichen konstanten zweiten Durchfluß­ wert drosselt.
6. Vorrichtung zum Dosieren von Flüssigkeitsmengen MD, mit einem Reservoir (5) für die Flüssigkeit, einer Förder­ einrichtung (3), die Flüssigkeit aus dem Reservoir (5) zu einer Abgabeleitung (7) fördert, über die die Flüssigkeit portionsweise entsprechend den zu dosierenden Mengen MD ausbringbar ist und in der eine steuerbare Dosierventil­ anordnung (9) mit einer bestimmten Ventilschließcharak­ teristik vorgesehen ist, welche auf ein Öffnungssignal hin öffnet, um die Strömung der Flüssigkeit durch die Abgabeleitung (7) hindurch freizugeben und dadurch einen Dosiervorgang einzuleiten, und welche auf ein Schließsignal hin die Abgabeleitung (7) sperrt, um einen jeweiligen Dosiervorgang zu beenden, einer Durchflußmeß­ einrichtung (11) zur Messung des Durchflusses durch die Dosierventilanordnung (9) während eines jeweiligen Do­ siervorganges und einer Steuereinrichtung (12) zur Steue­ rung der Dosierventilanordnung (9), wobei die Steuerein­ richtung (12) auf der Basis der mittels der Durchflußmeß­ einrichtung (11) gemessenen Durchflußwerte die während eines jeweiligen Dosiervorganges durch die Dosierventil­ anordnung (9) strömende Flüssigkeitsmenge überwacht und durch Abgabe des Schließsignals die Dosierventilanordnung (9) zum Sperren aktiviert, wenn die Flüssigkeitsmenge einen bestimmten Wert MS erreicht,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (12) dazu eingerichtet ist, das Schließsignal an die Dosier­ ventilanordnung (9) abzugeben, um einen jeweiligen Do­ siervorgang zu beenden, wenn die überwachte Flüssigkeits­ menge MS bei einem Durchflußwert Φ den Wert:
MS = MD - ΔM(Φ)
erreicht, worin
Φ den gemessenen Durchfluß vor Aktivierung der Dosierventilanordnung (9) zum Sperren der Ab­ gabeleitung (7) und
ΔM(Φ) die in Abhängigkeit von Φ auf der Basis der Ventilschließcharakteristik jeweils abge­ schätzte Nachlaufmenge während der Dosierven­ tilschließzeit Δt zwischen dem Start des Sperrvorganges der Dosierventilanordnung (9) durch Aktivierung zum Sperren und dem Abschluß des Sperrvorganges bei Erreichen des vollstän­ digen Schließzustandes der Dosierventilanord­ nung (9) bezeichnet.
7. Vorrichtung zum Dosieren von Flüssigkeitsmengen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierventil­ anordnung (9) eine zumindest näherungsweise lineare Ven­ tilschließcharakteristik aufweist und daß die Steuerein­ richtung (12) den Schätzwert der Nachlaufmenge ΔM(Φ) gemäß der Beziehung
bestimmt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Durchflußmeßeinrichtung (11) einen magne­ tisch-induktiven Durchflußmesser umfaßt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuereinrichtung (12) eine Rechenein­ heit aufweist, die die Durchflußmeßwerte während des Dosiervorganges integriert, um die Flüssigkeitsmenge zu überwachen, die nach Öffnen der Dosierventilanordnung (9) während eines betreffenden Dosiervorganges über die Ab­ gabeleitung ausgebracht wird.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie in eine Abfüllstation zur portio­ nierten Abfüllung von Behältern (15) integriert ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierventilanordnung (9) unter Kontrolle der Steuereinrichtung (12) derart ansteuerbar ist, daß sie vor Beendigung eines jeweiligen Dosiervor­ ganges den Flüssigkeitsstrom durch die Abgabeleitung (7) von einem ersten, im wesentlichen konstanten Durchfluß­ wert auf einen zweiten, im wesentlichen konstanten Durch­ flußwert drosselt.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierventilanordnung (9) ein elektrisch steuerbares Magnetventil umfaßt.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung (3) Mittel zur Steuerung des Drucks der Flüssigkeit vor der Dosierven­ tilanordnung (9) aufweist.
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