CN107530728A - 用于液体定量分配的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于液体的定量分配的设备，其包括具有用于液体的分配开口(12)和压缩空气端口(14)的分配容器(10)，用于提供压缩空气的压缩空气系统(16)，将所述分配容器(10)的压缩空气端口(14)与压缩空气系统(16)相连的连接管线(15)，和用于确定所述分配容器(10)中的液体的填充水平的传感器装置。根据本发明，所述传感器装置通过连接管线(15)与分配容器(10)相连。所述分配开口(12)能够闭合。本发明还涉及使用所述设备的方法。

Description

用于液体定量分配的设备和方法

本发明涉及用于液体的定量分配的设备和方法。

从现有技术中已知一种设备，通过所述设备从气密分配容器中进行液体定量分配。所述分配容器具有用于液体的分配开口和压缩空气口，从而可以对所述分配容器进行加压。当施加特定压力一定时间时，将液体推出分配容器所述时间。提供压缩空气系统以提供压缩空气。所述分配容器的压缩空气口通过连接管线连接到压缩空气系统上。所述分配容器中的液体的填充水平可以借助传感器装置测量。这确保了可以通过新的完全分配容器而在适当的时间对使用中的分配容器进行更换。

例如，如果将呈液体形式的PUR热熔性粘合剂通过所述设备施加到待粘合的表面上，则分配容器中的PUR热熔性粘合剂必须保持在特定温度，这限制了可能的传感器的选择。液体的特殊性质也排除了那些必须与液体直接接触以检测填充水平的传感器。

基于单个电容器或整个电容器系统的电容变化而操作的电容式传感器的优点在于，当确定填充水平时，它们不需要与液体接触。然而，应当指出的是，要确定填充水平的液体的化学组成对电容传感器的测量结果有影响。因此，对于不同的液体，对于相同的填充水平，传感器的测量值可能不同，因而需要传感器的液体特异性校正。如果分配容器具有大的壁厚度，则电容式传感器的使用也受到限制。然而，在对分配容器进行加压以分配液体的情况下，由于强度要求而不能根据需要减小壁的厚度。此外，当用新的分配容器更换空的分配容器时，在容器上重新连接并重新对准传感器可能是复杂的。

因此，本发明解决的问题是提供一种用于液体的定量分配的设备，特别是用于分配诸如加热的PUR热熔粘合剂的液体粘合剂，通过所述设备可以以简单可靠的方式而定量分配液体并确定分配容器中的液体填充水平。

通过权利要求1的特征组合而解决本发明所解决的问题。根据本发明的设备的示例性实施方案可以在权利要求1的权利要求中而发现。

根据权利要求1，传感器装置通过连接管线而连接到分配容器。此外，分配开口是能够闭合的。传感器装置可以包括测量连接管线中压力的压力传感器。或者或此外，该传感器装置可以包括测量流过或进入连接管线的空气量的空气量传感器。

本发明的设备的优点在于，当更换容器时，传感器装置通过与连接管线相连而直接连接于分配容器的压缩空气端口。在分配容器上不需要单独附接和排列用于确定填充水平的传感器。如将在下面更详细地解释，可以经由压缩空气系统而以各种方式在分配容器中产生压力变化。由于特定体积变化或流入分配容器的特定额外量的空气而导致的压力变化的大小取决于分配容器内的空气体积。液体体积，即分配容器中的液体占据的体积可以从空气体积而计算。为此，从恒定的总体积中减去空气体积。

如果为了确定填充水平而在分配容器中增加压力，则应确保在这样做时并不从分配容器分配液体。因此，分配开口必须是能够闭合的。该分配开口可以配有截止阀，通过该截止阀可以打开和关闭分配开口。截止阀可以是经由信号线而致动的切换阀。

在一个示例性实施方案中，提供了计算机构件，其由压力传感器和/或空气量传感器的测量结果而计算分配容器中的填充水平。例如，可以在分配容器中产生体积变化ΔV，这导致分配容器中压力的增加。然后可以由作为体积变化ΔV的函数的压力增加而计算分配容器中的空气体积，从而计算填充水平和/或液体体积。

压缩空气系统可以包括直接或间接地与连接管线相连的气压缸。具有气压缸体积的气压缸、具有空气体积的分配容器、连接管线以及连接分配容器和气压缸的压缩空气系统的其他管线或管线部分形成了具有相应测试体积的测试系统。可以通过移动气压缸中的活塞而减小气压缸体积来减小测试体积。因此，气压缸体积通过排量(stroke volume)而减小。所述压力传感器测量测试体积中的压力增加或者在活塞致动之前的压力以及活塞致动之后的压力。通过使用一般理想气体方程，可以确定分配容器中的空气体积。

P·V＝m·R_s·T＝const. (1)

其中：

P压力，

V体积，

M空气的量，

R_S特异气体常数，和

T温度，

知道了分配容器的总体积，可以从分配容器中的空气体积而得到液体所占的液体体积，这是填充水平的量度。此时，可以在不同点测量测试系统中的压力增加，这是因为在整个过程快速设置相同的压力。

压缩空气系统可以包括与连接管线相连的节流阀。因此，可以向分配容器中引入大小受限制的空气流。空气量传感器测量所述的空气量。如果确定了测试系统中产生的压力增加，则再次可以计算分配容器中的空气体积，以及分配容器中液体的填充水平。特别是在分配容器几乎完全空的情况下，其具有大的空气体积时，每当用同样压力增加进行测量时，流入分配容器的空气量与供应到测试系统的空气总量之间的差异较大。

所述压力系统可以包括与连接管线相连(直接或间接)的比例阀(proportionalvalve)。在这种情况下，不需要单独的节流阀。

另一方面，比例阀可用于带来分配容器中的所需压力变化，以确定填充水平。然而，另一方面，其还可以提供用于从分配容器分配液体的压力。然而，压缩空气系统还可以包括切换阀，其仅用于提供用于分配液体的压力。可以提供其他切换阀，其仅用于产生用于确定填充水平的压力变化。例如，它可以产生用于在气压缸中移动活塞的压力，以使通过气压缸中的排量而减小测试体积。或者，优选与节流阀一起使用，以产生会输送到分配容器或测试系统中的空气流，后者由分配容器、连接管线和压缩空气系统的相关部件组成。

通过本发明解决的另一个问题，即提供用于定量分配液体和用于确定填充水平的简单方法，通过根据权利要求8的特征的组合而得以解决。示例性实施方案可以在权利要求8的从属权利要求中发现。

根据本发明的方法使用上述用于分配液体的设备，其中所述设备以分配模式操作，其中分配开口打开。为了确定分配容器中液体的填充水平，所述设备以测试模式操作，其中分配开口闭合。在分配模式和测试模式中，都对分配容器进行加压或者压力改变。在分配模式中，压力用于将液体推出分配容器。在测试模式中，压力变化导致在时刻t₂处的新的状态变量P₂、V₂，然后与更早时刻t₁的旧状态变量P₁、V₁比较，可以根据等式1而确定分配容器中的空气体积。

优选地，在测试模式中的压缩空气系统带来分配容器中的压力变化。压力变化可以通过特定的体积变化而引起，如上所述，例如通过移动气压缸中的活塞而实现。测量分配容器中的压力变化和/或压力。

在一个示例性实施方案中，对于分配容器中的参考填充水平确定参考压力变化。例如，参考填充水平可以是完全空的分配容器的填充水平。然后，可以将这种状态与相应的压力变化相关联，然后与参考压力变化相关联。当使用全满或半满的分配容器时，可以将测量的压力变化与参考压力变化进行比较。如果测量的压力变化大于参考压力变化，则优选考虑0.1至0.3巴的安全范围或2％至5％的安全系数，这样可以得出分配容器不是(完全)空的结论。在这种情况下，所述设备可以继续运行。

但是，如果测量的压力变化对应于参考压力变化，或者如果测量的压力变化接近参考压力变化，则必须假设分配容器是完全空的，并且必须更换。例如，所述设备可以具有显示构件，其指示过低的填充水平。或者或此外，在这种情况下可以产生停止信号。代替参考压力变化，也可以使用绝对参考压力作为基准。

对于分配容器中的压力变化或压力，预设预定值，测量压力变化或建立压力所需的空气量。空气量越大，分配容器中的空气体积就越大。检测所需的空气量的优点在于，对于几乎空的分配容器，对于所需的空气量测量出较大的值。因此，测量精度随着液体体积或填充水平的下降而增加。这对于完全或几乎完全空的分配容器能够得到填充水平的较准确的信息。也可以预定要供应的空气量的值，然后测量所产生的压力变化。但是，这可能导致测量不准确，因为对于完全空的分配容器而言，预期会有小或较小的压力变化。

对于参考填充水平，可以在参考测量的上下文中确定分配容器中参考空气量，将测量的空气量与参考空气量进行比较。在此，参考填充水平也可以是(几乎)完全空的分配容器的填充水平(例如分配容器的总体积的1％至3％)。对于该填充水平，确定用于在分配容器中产生特定压力变化或其中特定压力的空气量。当确定部分填充分配容器以获得所述压力变化或压力的预定值所需的空气量时，该平均的空气量可以与参考空气量进行比较。只要测量的空气量小于参考空气量，则填充水平大于进行参考测量时的填充水平。

在一个示例性实施方案中，所述设备在分配模式下，然后在测试模式下交替进行操作。因此，分配间隔或两个、三个或更多个分配间隔的区域总是在测试间隔之前。如果在每种情况下在分配间隔(设定点值)中分配特定量的液体，则使用分配间隔之后跟随的测试间隔以确定分配间隔中实际分配的液体量(实际值)。为此，在分配间隔结束时将分配容器中的填充水平与分配间隔开始时的分配容器中的填充水平进行对比。作为分配间隔n开始时的填充水平，可以使用在前一个分配间隔n-1结束时的填充水平。通过将实际值与设定点值进行比较，可以对每个单独的分配间隔进行质量控制。如果例如在连续生产的情况中，通过本发明的设备而在一个分配间隔中将特定量的粘合剂施加到组件上，则在随后的测试模式中可以决定是否由于设定点值与实际值之间的过大差异而拒绝所述组件。对于正在排空的分配容器，设定点值与实际值的对比也可用于跟踪将粘合剂压出分配容器的压力。例如，当分配容器排空时，如果实际值越来越远离所述设定点值，则可以提高压力。

不管上述分配间隔的设定点值和实际值的比较如何，可以根据填充水平而在分配模式下对分配容器施加不同的压力。例如，随着填充水平的降低，可以经由预先确定的功能而增加压力，然后将其存储。为此，可以在测试模式下定期测定填充水平。由于更高的压力，可以补偿液体分配中的特定的时间延迟以响应分配容器的加压。分配容器中的空气体积越大，所述设备的分配行为越软且越不准确。可以通过增加将液体从分配容器中推出的压力而补偿该影响。

下面将参照附图所示的示例性实施方案对本发明进行更详细说明，其中：

图1显示根据本发明的设备的第一个示例性实施方案的框图；

图2显示第二个示例性实施方案的框图，

图3显示第三个示例性实施方案的框图。

图1显示本发明的第一个示例性实施方案的简化框图。将气密且刚性的分配容器10部分地填充液体。填充水平线11显示分配容器10内的液体的填充水平。空气位于填充水平线11之上，并且液体位于所述线的下方。因此，根据填充水平(参见填充水平线11)，得到分配容器10中的充气体积V_L(空气体积)和液体填充体积V_F(液体体积)。当体积V_L和V_F取决于分配容器10中的填充水平并且因此是可变时，两个体积V_L、V_F的总和是恒定的并且对应于分配容器V_G的总体积。

当分配容器10处于图1所示的使用位置时，在分配容器的下端配置用于液体的分配开口12。截止阀13配备分配开口12。该分配开口12可以由截止阀13打开和关闭。

压缩空气口14配置在与分配开口12相对的一端。连接所述压缩空气口14的是将分配容器10连接到压缩空气系统16的连接管线15。在此所示的示例性实施方案中，所述压缩空气口14和分配开口12彼此直径地相对排列，但这不是绝对必要的。如果分配开口12的定位使得液体在该分配开口12的前面并且可以没有空气即进行分配，则就足够了。在这种情况下，重力确保了这一点。

当气密的分配容器10通过压缩空气系统16而经由连接管线15和压缩空气口14进行加压时，液体通过分配开口12而被压出分配容器10并且打开截止阀13。例如，容器10可以是含有PUR热熔粘合剂的胶筒。因此，热熔粘合剂可以通过所述设备施加到要粘合的组件或表面上。分配容器10必须保持在使热熔粘合剂保持为液体的温度。因此，其可以具有用于加热分配容器中的液体的加热介质的加热设备或连接件。

所述压缩空气系统16具有配置为3/2通阀(3/2-way valve)的第一切换阀17。该切换阀17可以切换到第一切换位置并切换为第二切换位置。图1显示对应于第一切换阀17的弹簧加载平衡位置的第一切换位置。当在第一切换阀(“常闭”)没有信号电流时，形成该平衡位置。在该平衡位置，第一入口18与出口19相连。在第二切换位置，第一入口18和出口19彼此隔离。在这种情况下，在框图的命名中，出口19与第一切换阀的第二入口20相连，该第二入口20作为盲入口(blind inlet)。实际上，在第二切换位置中，第一切换阀因此得以关闭，从而没有空气可以经由节点21从出口19逸出。

手动可调节的压力调节器22设置在第一切换阀17的第一入口18的上游。将由压力源24提供的压力P_M施加到压力调节器22的入口23。压力调节器22从主压力P_M产生可调节的压力P_E。经由将压力调节器22的出口24与第一切换阀17的第一入口18相连的(压力)管线25，该压力P_E可以通过第一切换阀17而切换到分配容器10。当截止阀13打开时，液体因而通过分配开口12而被推出分配容器10。如果要中断液体的分配，则关闭截止阀13。

所述压缩空气系统16具有第二切换阀26。该切换阀26也作为3/2通阀。第二切换阀26的第一入口27与压力源24相连。当第二切换阀26处于图1所示的切换位置时，第二切换阀26的出口28可以经由第二入口29而进行减压(“常开”)。这是第一切换位置或弹簧加载的平衡位置。当存在信号电流时，第二切换阀26切换到第二切换位置，其中第一入口27与出口28相连。主压力P_M因此施加到第二切换阀26的出口28上。

还配置有气压缸40，其设置于第二切换阀26的下游。该气压缸40具有入口30和出口31。如果主压力P_M通过第二切换阀26而切换到气压缸40的入口30，则气压缸40的活塞32经由出口31而将位于气压缸40中的空气推入管线32中。如果假设气压缸体积V_Z对应于可以通过活塞而推出气压缸40的体积，则在活塞32的上止点(upper dead center)的剩余气压缸体积为零。

连接到压力管线33的是压力传感器34，通过其可以测量压力管线33中的压力并因此也可以测量分配容器10中的压力。

所述设备可以在分配模式和测试模式下进行操作。在分配模式下，截止阀13打开。切换阀17、26处于图1所示的切换位置。液体经由分配开口12通过压力调节器22形成的压力P_E而从分配容器10中推出。通过切换第一切换阀17，分配可以进行定时。例如，如果第一切换阀17处于打开的第一切换位置10秒钟，则液体将从分配容器10中分配10秒钟。

在测试模式下，第一切换阀17处于出口19闭合的第二切换位置。关闭了截止阀。在活塞32处于图1所示的位置的时刻t₁，压力P₁由压力传感器34测定。此时，测试系统的测试体积V₁由分配容器10中的空气体积V_L和气压缸40中的气压缸体积V_Z组成。也必须考虑到管线15、33的体积V₁₅、V₃₃或位于气压缸40和分配容器10之间的所有管线部分的体积。然后使第二切换阀26进入第二切换位置，以使活塞32将体积V_Z推出气压缸40。在活塞32的移动结束时的时刻t₂，分配容器中因此存在新的压力P₂，这个新的压力大于压力P₁，这是因为测试系统的测试体积现在更小。时刻t₂处的体积V₂对应于体积V₁减去V_Z。根据一般气体方程(参见方程式(1))：

(V_L+V_Z+V₃₃+V₁₅)·P₁＝(V_L+V₃₃+V₁₅)·P₂ (2)

其中：

V_L分配容器中的空气体积；

V_Z气压缸体积；

V₃₃压力管线33的体积；

V₁₅连接管线15的体积；

P₁时刻t₁的压力；

P₂时刻t₂的压力。

根据方程式2，可以通过转换而计算空气体积V_L。知道了分配容器10的总体积V_G，则可以直接从空气体积V_L得到要测定的量V_F或填充水平。

图2显示了另一个示例性实施方案的框图。具有与图1的组件或特征相似或相同的组件或特征具有相同的参考标记。这也适用于图3所示的示例性实施方案。

图2所示的设备的基本结构对应设备1的结构。因此，参考对于图1的描述。代替图1所示的气压缸40，在第二切换阀26的下游设置具有入口36和出口37的节流阀35。在第二切换阀26的第一切换位置，与图1的示例性实施方案中的情况相同，出口28与第二入口29相连。然而，出口28没有得以减压，而是以气密方式关闭。

除了压力传感器34之外，还配备用于测量流经压缩空气线33的空气量的空气量传感器38。所述管线33将节流阀35的出口37与连接管线15相连。

在分配模式下，与第一个示例性实施方案不同的结构对图2设备的操作基本上没有影响。换句话说，关于在分配模式下的使用，第二个示例性实施方案与第一个示例性实施方案没有不同。另一方面，在测试模式下，测试系统减小了预设的体积V_Z，但是，将通过空气量传感器38检测的特定空气量提供给测试系统。额外的空气量导致了特定的压力增加。再次，在之前(时刻t₁)和之后(时刻t₂)测定状态变量。分配容器10填充的液体越少，为了实现特定的压力增加，必须提供给测试系统的空气量则越大。为此，所需的空气量因此是分配容器中的空气量V_L和分配容器中的填充水平的量度。使用以下方程式，其也基于一般气体方程，可以确定填充水平与所测量的空气量的函数关系：

m_D·R_S·T＝(V_L+V₁₅+V₃₃)·(P₂-P₁) (3)

其中：

m_D在t₁和t₂时间间隔中供应的空气量；

T供应的空气量的温度；

R_S特异气体常数；

V₃₃压力管线33的体积；

V₁₅连接管线15的体积；

P₁时刻t₁的压力；

P₂时刻t₂的压力。

与图1的示例性实施方案进行对比，图2的示例性实施方案的优点在于，为了实现预定的压力增加或压力P₂，在几乎空的或完全空的分配容器10的情况下为此所需的空气量较大。因此，测量精度随着填充水平的降低而增加。当准确可靠地确定(几乎)完全空的分配容器的填充水平非常重要时，这很有利。

在图3的示例性实施方案中，在图2的示例性实施方案中通过切换阀17、26和节流阀35实现的功能由比例阀39接管。当所述设备在分配模式下，即截止阀13打开，则比例阀39提供给分配容器10用于分配液体所需的压力。但是，比例阀39也可以用于截止阀13处于关闭的测试模式中。在这种情况下，其将额外的空气供给气动测试系统，(这里：管线33、连接管线15和分配容器10具有测试体积V₃₃+V₁₅+V_L)其中所述额外的空气通过空气量传感器38测量。由于比例阀39，具有准确地限定目标压力值的可能性，因此不需要单独的压力传感器34。同样在图2的示例性实施方案中，测量了用于增加压力所需的空气量以确定填充水平。

测试系统的测试体积(分配容器10的空气填充部分、连接管线15和管线33)的测试体积可以为1至2000ml，优选60至350ml。汽缸体积V_Z可以假定为1至2000ml的值。V_Z的优选范围为12至70ml。压力P1和P2可以为0.1至12巴，优选0.2至5巴。可以将通过减小气压缸体积V_Z的测试体积或供给的空气量所产生的压力变化P2-P1假定为0.02至5巴。供应的空气量可以为80和0.25mg之间，优选40和0.28mg之间。所述分配容器中的温度可以为10至200，优选20至180或100至170℃。

附图标记清单

10 分配容器

11 填充水平线

12 分配开口

13 截止阀

14 压缩空气口

15 连接管线

16 压缩空气系统

17 第一切换阀

18 第一入口

19 出口

20 第二入口

21 节点

22 压力调节器

23 入口

24 出口

25 (压力)管线

26 第二切换阀

27 第一入口

28 出口

29 第二入口

30 入口

31 出口

32 活塞

33 (压力)管线

34 压力调节器

35 节流阀

36 入口

37 出口

38 空气量传感器

39 比例阀

40 气压缸

Claims (15)

1.用于液体的定量分配的设备，其包括：

-具有用于液体的分配开口(12)和压缩空气端口(14)的分配容器(10)；

-用于提供压缩空气的压缩空气系统(16)；

-将所述分配容器(10)的压缩空气端口(14)与压缩空气系统(16)相连的连接管线(15)；和

-用于确定所述分配容器(10)中的液体的填充水平的传感器装置，

其特征在于，所述传感器装置通过连接管线(15)与分配容器(10)相连，并且所述分配开口(12)能够闭合。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于所述传感器装置包括测量连接管线(15)和/或分配容器(10)中的压力的压力传感器(34)。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于所述传感器装置包括测量流过或流入连接管线(15)的空气量的空气量传感器(38)。

4.根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于设置计算机构件，其由压力传感器(34)和/或空气量传感器(38)的测量结果计算分配容器(10)中的填充水平。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其特征在于所述压缩空气系统(16)包括与连接管线(15)相连的气压缸(29)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其特征在于所述压缩空气系统(16)包括与连接管线相连的节流阀(35)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其特征在于所述压力系统(16)包括与连接管线相连(15)的比例阀(39)。

8.使用根据权利要求1至7中任一项所述的设备对液体进行定量分配的方法，其中对于分配液体，所述设备在分配模式下操作，其中所述分配开口(12)打开；并且其中对于确定分配容器(10)中的液体填充水平，所述设备在测试模式下操作，其中所述分配开口(12)闭合。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于在测试模式下，分配容器(10)中的压力变化由压力系统引起。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述压力变化是由于体积的预定变化，并且测量分配容器(10)中的压力变化和/或压力。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于对于分配容器(10)中的参考填充水平，确定参考压力变化，将测量的压力变化与参考压力变化进行比较。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于对于分配容器(10)中的压力变化或压力，预设预定值，并且测量所述压力变化或用于建立所述压力所需要的空气量。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于对于分配容器(10)中的参考填充水平确定参考空气量，将测量的空气量与参考空气量进行比较。

14.根据权利要求8至13中任一项所述的方法，其特征在于所述设备在分配模式下操作给定时间，然后在测试模式下操作给定时间，从而经由填充水平的变化确定给定时间内分配的量。

15.根据权利要求8至14中任一项所述的设备，其特征在于根据填充水平，在分配模式下使所述分配容器(10)受到不同压力。