CN104024808B - 用于分配流体介质的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于借助于具有缸(Z)和能调节的活塞(3)的活塞泵形式的分配设备分配流体介质的方法，其中缸(Z)和活塞(3)形成工作腔(A)，其特征在于，在第一方法步骤中将特定填充量的流体介质输送到工作腔(A)中，其中填充量大于预设的待分配的量，并且在另一方法步骤中，活塞(3)将工作腔(A)缩小至使得在工作腔(A)中保持待分配的量，其中同时打开阀(18，18’)，以至于在工作腔(A)中分离的气体体积和/或多余的流体介质能够通过活塞从工作腔(A)中流出，其中为此活塞(3)具有至少一个轴向伸展的穿通通道(17，17’)，所述穿通通道与回流管路(19，19’)连接，并且在穿通通道(17，17’)和/或回流管路(19，19’)中至少设置有能控制的阀(18，18’)和/或止回阀。

Description

用于分配流体介质的方法
技术领域
本发明涉及一种用于借助于具有缸和能调节的活塞的活塞泵形式的分配设备分配流体介质的方法，其中所述缸和活塞形成工作腔。
背景技术
在各种工业领域、例如橡胶制造业、食品加工业等中，在批量处理中制造如下混合物，在所述混合物中向混合器配给各种液体。混合器应在混合过程中将固体和液体混合为均匀的团块。为了产生可复现的团块，制造者除了已称量的固体之外需要一种或多种精确分配的液体或者流体作为添加物，以便随后在稍后的过程中给予待制造的最终产品特定的性质。
此外对于待分配的液体已知称重系统。在此不同的流体、特别是液体经由分开的输入管路依次被分配到中间容器中并且被称重，以便将其随后作为整体经由适当的输送泵输送给混合器。在批次更换时，也就是说在另一待制造的混合物中，输送管路仍填充有旧的配方。这意味着，产生所谓的中间混合物，所述中间混合物恰好不相应于先前混合物或者新混合物。
在市场上也已知组合的称重和活塞系统，其中秤上的容器首先以用于特定混合物的相应量的液体来填充，随后所述液体从称量容器中借助于输送汞临时存储在所谓的分配缸中并且关于所期望的量再一次被控制，以便其随后在投产认可后被输送给混合器。也就是说，该方法是组合的以测定重量和测定体积的方式工作的分配系统。
活塞分配系统同样是已知的，所述活塞分配系统借助于质量流测量系统来调节或者控制。根据科里奥利原理工作的所述测量系统但是在粗放的工业操作中，特别是由于震荡或者振动而通常是不够精确的或者在投产运行中歪曲结果，因为必须在电子或者软件方面对系统进行平滑或者滤波。
上述系统主要基于具有在工作领域中已知的优缺点的以测定重量的方式进行的分配或测量。
发明内容
新的方法的目的是，实现高度精确的测定体积的分配。
这个目的根据本发明通过一种用于借助于具有缸和能调节的活塞的活塞泵形式的分配设备分配流体介质的方法来实现，其中所述缸和所述活塞形成工作腔，其特征在于，-在第一方法步骤中将特定填充量的所述流体介质输送到所述工作腔中，其中所述填充量大于预设的待分配的量，并且-在另一方法步骤中，所述活塞将所述工作腔缩小至使得在所述工作腔中保持所述待分配的量，其中同时打开阀，以至于在所述工作腔中分离的气体体积和/或多余的所述流体介质能够通过所述活塞从所述工作腔中流出，其中为此所述活塞具有至少一个轴向伸展的穿通通道，所述穿通通道与回流管路连接，并且在所述穿通通道和/或所述回流管路中至少设置有能控制的所述阀或能控制的所述阀与止回阀的串联。其它的优选的构成方案通过本文中的特征得出。
混合配方通常不预设任何的体积参数而是预设混合物的各个组成成分的重量参数。然而在将活塞泵用作为分配设备时，这个活塞泵仅分配特定的体积。然而待分配的流体介质的密度随着温度和压强改变，在所述压强下所述流体介质在工作腔中受到活塞泵的作用。然而根据本发明的方法在分配过程中确定流入工作腔中的流体介质的温度。可选地，也还能够确定位于工作腔中的气体体积。因为介质的体积随着温度改变，所以在已知的温度下能够计算所需要的相应于介质的重量预定值的输送体积进而能够计算活塞的待设定的分配起始位置。
因此在根据本发明的方法中，首先以如下填充量填充分配设备的工作腔，所述填充量的体积大于待分配的输送体积。在填充量的温度被确定之后，能够确定待分配的输送体积。过量的流体通过活塞运行到分配起始位置中经由打开的阀从工作腔中排出并且能够被回送到储备容器中。只要阀设置在工作腔的最上部的位置处，那么位于工作腔中的气体或者只要在工作腔的最上部的区域中收集气体，空气在活塞运行到分配起始位置中时就同时被压出工作腔。
此外，根据本发明的方法提出：确定填充介质的气体负荷，由此能够实现更精确的分配。对位于填充量中的气体的确定或者评估优选能够经由附加的方法步骤来确定，其中输送到工作腔中的填充量借助于活塞在阀关闭的情况下处于特定的压强。根据活塞的运行路程能够确定气体负荷，随后在计算分配起始位置时考虑所述气体负荷。
有利地，分配设备的活塞泵设置为，使得活塞沿着竖直方向往复上下运动。该设置实现将阀设置用于移除在最高点处的封入工作腔中的不期望的气体或多余的填充量。只要在活塞向上运行时缩小工作腔，因此就能够将阀设置在缸的下部的底壁中。只要在活塞向下运行时缩小工作腔，就能够将阀设置在活塞本身中。
显然可行的是，借助于分配设备分配多于一种流体介质。对此能够相应于待分配的介质的数量设置相应数量的输入管路和截止阀。只要多余的介质在活塞运行到分配起始位置中时应再次回送到相应的储备容器中，就也能够设有相应数量的输出管路和阀。
根据本发明的方法因此具有测定重量的分配的优点并且在精度方面超过该测定重量的分配，因为考虑了在待分配的介质中的温度波动和气封物。通过在下游的混合器和工作腔之间为每个单独组分设置自身的连接管路而有利地避免不同的流体的未限定的中间混合。
活塞泵作为分配缸有利地能够经由液压缸驱动，所述液压缸又能够经由适当的测量系统和液压的定位阀在其纵向或者上/下运动中精确地定位。
附图说明
接下来根据附图详细阐述根据本发明的方法。
附图示出：
图1示出具有下游的混合器的分配设备；
图2示出根据现有技术的混合器的注入开口；
图3示出到混合器的根据本发明的输送管路。
具体实施方式
图1示出用于根据本发明的方法的具有下游的混合器25的分配设备。分配过程以用特定的填充量填充分配缸2开始，所述填充量大于待分配的量。在此，待分配的流体经由外部的压强源、例如泵21形式的压强源，或者借助于分配设备2本身，经由填充阀11输送到工作腔A中。分配设备2具有缸Z，所述缸与缸底部1连接。在缸Z中设置有活塞3，所述活塞由活塞缸系统5、6经由活塞杆4驱动。活塞缸系统5、6的活塞5的位置借助于位移传感器7确定。借助于控制阀8因此能够预设活塞5的精确的位置，由此也能够精确地定位分配设备的与所述控制阀刚性耦联的活塞3。
在图1中示出的分配设备能够将两种存储在储备容器20、20’中的流体1和2以精确分配的方式输送到下游的混合器25的混合腔25a中。流体1和2借助于输送泵21、21’经由输送管路22、22’和进入阀11、11’输送到位于缸底部1中的输送通道16、16’中，从底部输送到分配设备2的工作腔A中。压强传感器10、10’监控：能够在输送管路22、22’中构建的压强是否足够大，由此能够检查输送管路22、22’的密封性。温度传感器12、12’在填充过程中连续地测量填充量的温度，由此能够确定所述填充量的平均温度。在填充工作腔A时，活塞3主动向上运行。在此应注意的是，活塞3不过快地向上运行，因此不产生真空。如果产生了真空，那么待分配的流体中的挥发性的份额可能蒸发。随后的测量过程可能识别到这个填充错误并且中断正等待的分配过程。
在活塞3中设置有穿通通道17、17’，在所述穿通通道中可选地能够设置有止回阀。每个穿通通道17、17’与回流管路19、19’连接，在所述回流管路中分别设置有受控阀18、18’。经由回流管路19、19’，多余的流体被回送到其所属的储备容器20、20’中。
分配设备此外对于每个流体1或2具有连接管路，所述连接管路分别将进入通道16、16’与混合器25的输送管路23连接，其中在输送管路26、26’的起点和终点处分别设置有受控阀13、24或13’、24’。借助于阀13、13’防止：在填充工作腔A时流体从输送管路22、22’到达连接管路26、26’中。阀24、24’用于：在将分配的流体输送到混合器腔25a中时，输送的流体不到达另一连接管路中。所描述的分配设备具有未示出的控制器，在所述控制器中存储有用于正等待的批次的配方。待分配量的特定的流体通常以重量单位g或者kg来存储进而是已知的。
在根据本发明的方法中不确定流体的质量而是经由温度并且也可选地经由包含在流体中的气体体积确定所述流体的密度。
根据本发明的方法提出，始终输送比实际所需多大约2％至10％的少量的附加量运输到工作腔A中。通过该附加量保证了，在确定工作腔A中的填充量的密度时没有发现当前填充量实际上不小于待分配的量。附加量的大小能够被固定地预设。但是也可行的是，适应性地设定所述大小。也就是说，所述系统能够根据上述对密度进行确定来进行学习，进而设定用于相应的流体的附加量，以至于不过大地选择所述附加量。
在填充分配缸Z之后，缸底部1上的填充阀11、11’关闭。通过材料活塞3的向下运行，此时经由活塞3、5的路程和借助于流体中的压强传感器15、15’检测压强来检查和测量位于工作腔A中的流体的可压缩性。在此可确：在待测量的流体中是否存在可能的空气泡或者气封物。所有这些存储在控制器中的信息，如温度和气体负荷或者流体的可压缩性、关于温度的密度值，现在以如下形式来计算：即为所期望的且存储在配方中的分配量计算活塞3、5的精确的位置。如果计算所述分配起始位置，那么材料活塞3中的材料阀18、18’打开并且液压缸5、6运行到所计算的位置中。在此材料活塞3经由打开的阀将过度填充的量经由回流管路19、19’尽可能无压强地压回到材料容器20、20’中。如果达到所计算的分配起始位置，那么材料活塞3中的阀18、18’关闭。现在设定存储在配方中的分配量并且为下一次投产到混合器25中做准备。
因此过度填充的流体和可能的空气泡/气封物能够从分配缸中运出，而能够将排出口设置在工作腔A中的最高点处，因为空气/气体向上升。只要工作腔A在活塞3向下运行时缩小，因此就能够将穿通通道17形式的排出口设置在活塞3中。只要工作腔A在活塞3向上运行时缩小，就将穿通通道17形式的排出口设置在缸底部1中。
如果此时混合控制器提供用于分配的信号，那么缸底部1中的排出阀13、13’打开并且活塞3以所期望的速度向下运行进而将流体压到混合器25中。如果已达到活塞3的最下部的位置，那么在混合器25的混合器腔25a中存在期望量的流体。
活塞3在最下部的位置中尽可能完全地贴靠缸底部1，以至于工作腔尽可能完全地被排空。由此原则上在分配缸中不再存在任何流体残余。此时该情况实现：多种，也就是说多于两种的不同的液体/流体借助于分配缸来分配，由此降低了购置成本。当然，每个液体配备有自身的入口阀11、出口阀13以及材料活塞3中的材料阀18以及自身的压强传感器10、14、15和温度传感器12，所述入口阀和出口阀有利地设置在缸底部1中，因此所有的输送管路22、分配管路26和回流管路19总是与相同的流体沾染。
在现今已知的混合器上通常存在4或6个注入开口。如果此时根据配方而应将多于4或6种的液体同时或者依次、也就是说在时间上错开地输送给混合器25，那么多种流体也必须能够连接在注入开口23上。从现有技术中已知的注入管23在图2中示出。注入开口23具有连接管23a，在所述连接管中轴向错开地设置五个流体接口23b。每个流体接口23b具有止回阀23c，所述止回阀设置为，使得待分配的流体流向混合器，但是不能够到达另一流体输送管路26中。这仅在所有止回阀23c无故障工作期间起作用。但是如果止回阀23c不能够是密封的，那么待分配的流体由于所存在的分配压强而被压入另一无压强的输送管路26中。在此，在连接于注入管23a的输送管路26的内部存在所不期望的且未知的“混合物”。因此，不再能够以所期望的精度遵循配方预定值。此外由于流体接口23b轴向错开，在配方更换时，在注入管23a中存在不同剩余的残留量。这种情况也至少在第一次投产新的配方时引起未限定的配方偏移。
本发明对此提出一种新研发的注入开口33，所述注入开口能够具有多个用于不同流体的接口。因此经由分配设备能够给混合器分配六种或者更多种流体。注入开口33的特征在于，每个流体从连接点到混合器腔25a中的通道长度尽可能地短并且是同样长的。所有的流体接口33b在径向上以如下形式设置，即对于每个流体，在注入开口33中存在相同的变更体积。此外在每个流体通道33b中设置有止回阀33c。在每个止回阀的上部能够附加地安装受控的流体阀24，以便主动地打开并且也主动地关闭恰好一个流体通道。通过分配设备的出口上的压强传感器14，随时针对密封性和正确的功能检查连接管路26和相应的流体阀24的状态。因此经由对压强进行评估在控制器中及时地产生信息，以进行相应的维护。此外可防止错误分配或者流体之间不期望的混合。
此外在分配过程之后，连接管路26中的残余压强能够通过主动受控的阀14、24固定地保持。如果此时这个锁定的压强在其它的进程中下降或者提高，那么产生关于该流体支路的相应的结论。
通过整个系统、即分配设备和注入开口或者注入阀33，特别是通过进一步使用主动受控的流体阀24，因此能够可提高过程稳定性和配方的可复现性并且及时产生所导入的维护提示。
接下来深入描述具有气体体积的排气的可能的循环的流程。
1.活塞3在下部处于缸底部1上。流体填充阀11打开。经由压强传感器10测量输送泵21的正等待的输送压强。在流体压强足够的情况下，流体活塞3快速地向上运行，使得经由压强传感器15确定不存在真空，以至于不存在流体蒸发的危险；
2.在填充过程期间，经由温度传感器12持续地测量填充量的流体温度进而计算位于缸2中的流体的平均温度；
3.通过所计算的填充量温度，经由流体的密度变化计算修正的分配体积进而计算活塞3的所需的起始位置；
4.起始位置加已确定的过度填充量或者附加量得出待达到的填充位置；
5.如果达到了待达到的填充位置，那么关闭流体填充阀11。经由路程测量装置7持续地确定活塞5的位置进而确定活塞3的位置；
6.此时完全关闭的缸系统(1、2和3)，也就是说，完全关闭的工作腔A，此时以如下形式处于特定的压强，即流体活塞3向下运行。压强在此连接地借助于压强传感器15来测量；
7.如果在工作腔A中达到检查压强或者测量压强，那么也通过路程传感器7也已知压缩路程。通过这个值可计算气体负荷进而计算最终正确的分配起始位置；
8.随后通过流体活塞3向上运行降低腔的压强；
9.在溢流阀18打开时，此时达到已计算且修正的活塞3的分配起始位置；
10.如果达到分配起始位置，那么关闭溢流阀18；
11.流体活塞3此时向下运行到所期望的分配起始压强并且等待混合器25的信号，以将流体经由连接管路26注射到混合器25的混合器腔25a中。
12.在这个“压强位置”中，检查所有的阀11、13和17以及密封部的密封性；
13.如果出现来自混合控制部的用以注入流体的信号，那么打开阀13和24并且流体活塞3以预设的速度向下运行，所述速度经由存储在配方中的用于这种流体的注入时间来计算；
14.此外如果已达到下部的“空位”，那么阀13和24以预设的停留时间保持打开；
15.在经过这个时间之后，阀13和14关闭并且下一个填充过程能够开始。

Claims (17)

1.一种用于借助于具有缸(Z)和能调节的活塞(3)的活塞泵形式的分配设备分配流体介质的方法，其中所述缸(Z)和所述活塞(3)形成工作腔(A)，其特征在于，
-在第一方法步骤中将特定填充量的所述流体介质输送到所述工作腔(A)中，其中所述填充量大于预设的待分配的量，并且
-在另一方法步骤中，所述活塞(3)将所述工作腔(A)缩小至使得在所述工作腔(A)中保持所述待分配的量，其中同时打开阀(18，18’)，以至于在所述工作腔(A)中分离的气体和多余的所述流体介质能够通过所述活塞从所述工作腔(A)中流出，其中为此所述活塞(3)具有至少一个轴向伸展的穿通通道(17，17’)，所述穿通通道与回流管路(19，19’)连接，并且在所述穿通通道(17，17’)和/或所述回流管路(19，19’)中至少设置有能控制的所述阀(18，18’)或能控制的所述阀(18，18’)与止回阀的串联。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定位于所述工作腔(A)中的介质的温度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定位于所述工作腔(A)中的、在所述第一方法步骤期间在输送到所述工作腔(A)中时的介质的温度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定位于所述工作腔(A)中的所述流体介质的密度和/或评估或确定位于所述填充量中的气体体积，据此随后在所述另一方法步骤中通过调节所述活塞(3)将所述工作腔缩小至使得所述工作腔的体积相应于所述待分配的量。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
在所述另一方法步骤之前，为了评估或者计算位于所述填充量中的气体体积，
-或者借助于所述活塞(3)设定所述工作腔(A)中的压强提高，其中同时确定由所述活塞(3)经过的路程，
-或者替选地，为了提高所述工作腔(A)中的所述压强而将所述活塞(3)调节一特定的路程并且在此确定所述压强提高，并且
根据所述活塞(3)的路程和所述压强变化评估或者计算位于所述流体介质中的气体体积。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，位于所述流体介质中的所述气体体积是空气体积。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在上述压强提高期间确定温度变化并且在评估或者计算位于所述流体介质中的所述气体体积时考虑所述温度变化。
8.根据权利要求5或7中任一项所述的方法，其特征在于，针对特定的温度并且以重量单位来预设所述待分配的量的流体介质，并且根据在所述第一方法步骤中所确定的温度和所述工作腔(A)中的所述压强和/或位于所述工作腔(A)中的所述流体介质的所确定的所述气体体积，计算体积和/或活塞位置，所述体积和/或活塞位置相应于所述待分配的量，其中在所述另一方法步骤中，在所述阀(18，18’)打开的情况下设定所述工作腔体积或者所述活塞位置。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述重量单位是g或者kg。
10.根据权利要求1或7中任一项所述的方法，其特征在于，所述活塞泵设置为，使得阀(18，18’)设置在所述工作腔(A)的最高点处，其中所述活塞(3)沿着竖直方向运动。
11.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，经由至少一个供应管路(22，22’)能够将至少一种流体介质输送到所述活塞泵的所述工作腔(A)中，其中将所述流体介质借助于另一泵(21，21’)送离储备容器(20，20’)或者所述流体介质借助于所述活塞泵本身被吸入到所述工作腔(A)中。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在每个供应管路(22)中设置有受控阀(11)和/或止回阀。
13.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，在所述另一方法步骤之后的一个方法步骤中，所述分配设备经由至少一个连接管路(26，26’)将所分配的量的所述流体介质输送到下游的混合器(25)中，在所述另一方法步骤之后的一个方法步骤中，所述活塞(3)将所述工作腔(A)缩小到其最小值。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在到所述混合器(25)的每个连接管路(26，26’)中设置有至少一个受控阀(13，23；14’，24’)和/或止回阀。
15.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，至少一个压强传感器(10，10’；15，15’)或多个压强传感器确定所述工作腔(A)中的压强和/或确定到所述工作腔(A)的供应管路(22，22’)中的压强，其中所测量的压强用于确定密度和/或确定或评估所述流体介质中的所述气体体积。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，通过活塞运动在所述另一方法步骤中，所述流体介质和/或气体从所述工作腔(A)到达所述回流管路(19，19’)中并且到达储备容器(20，20’)中。
17.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，压强传感器(14、14’)测量到下游的所述混合器(25)的所述连接管路(26，26’)中的压强。
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