DE10030788C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Mengendosierung einer Flüssigkeit - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Mengendosierung einer Flüssigkeit, die durch eine gepulst angesteuerte Pumpe dosiert abgegeben wird, beschrieben. DOLLAR A Erfindungsgemäß sind eine oder mehrere Meßkammern (4, 5) mit definiertem Volumen vorgesehen. Die Meßkammern werden bis zu einem maximalen Füllstand gefüllt und dann durch die Pumpe bis zu einem minimalen Füllstand geleert, wobei die Anzahl der Dosierungspulse bis zum Erreichen des minimalen Füllstandes bestimmt wird. Hieraus wird die Anzahl der auszugebenden Dosierpulse für eine abzugebende Dosiermenge bestimmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Mengendosierung ei­ ner Flüssigkeit nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Mengendosierung einer Flüssigkeit nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4.

Für die mengengenaue Dosierung von Flüssigkeiten aller Art ist es bekannt, Dosierpumpen zu verwenden. So werden Dosier­ pumpen beispielsweise für das Dosieren von Chemikalien, Schmiermitteln, Reinigungsmitteln, Additiven oder Trinkwas­ serzusatzstoffen zur Desinfektion und Entkalkung eingesetzt. Zur Dosierung können die Dosierpumpen hierbei durch einen in­ ternen Taktgeber oder durch externe Pulse, beispielsweise von einem Flüssigkeitszähler, angesteuert werden.

Es sind verschiedene Bauformen von Dosierpumpen bekannt. Weit verbreitet sind Dosierpumpen, bei denen eine Membran oder ein Kolben jeweils Hübe ausführt, wobei die maximale Hubfrequenz üblicherweise bei etwa 6000 bis 7000 Hüben pro Stunde liegt. Solche Dosierpumpen sind beispielsweise in der WO 98/42893 41 und der WO 98/28539 A1 beschrieben.

Die WO 98/28539 A1 offenbart ein Verfahren zur Erhöhung der Dosiergenauigkeit einer Dosierpumpe. Für eine Dosierpumpe, die über ein Exzentergetriebe durch einen Asynchronmotor an­ getrieben ist, wird die Versorgungsspannung des Motors etwa eine halbe Zykluszeit vor dem angestrebten Stillstand abge­ schaltet. Der Motor läuft danach für einen Teil der Zyklus­ zeit frei, bevor er für etwa eine viertel Zykluszeit derart an eine Gleichspannung gelegt wird, daß im Rotor ein Wirbel­ strom induziert wird, der ein den Rotor bis zum Stillstand abbremsendes Gegenmagnetfeld erzeugt.

Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß es unveränderte Betriebsparameter der Dosierpumpe sowie der Flüssigkeitspara­ meter erfordert. Bei einer Änderung des Hubvolumens der Dosierpumpe oder einer Änderung der Druck- oder Temperaturver­ hältnisse kann sich daher die Dosiergenauigkeit der Dosier­ pumpe drastisch verringern.

Aus der DE 29 22 483 A1 ist ein Verfahren und Vorrichtung zur volumetrischen Messung pulsierender oder kontinuierlich ge­ förderter oder kontinuierlich fließender Flüssigkeitsmengen bekannt. Dabei wird eine aus einem Vorratsbehälter ausflie­ ßende Flüssigkeit von einer Förderpumpe gefördert, welche gleichzeitig einen kommunizierenden Messbehälter auffüllt. Zur Messung der von der Förderpumpe geförderten Flüssigkeits­ menge wird ein Dreiwegeventil so geschaltet, dass die in dem Messbehälter befindliche Flüssigkeit entleert wird, während der Vorratsbehälter abgeschaltet ist. Dabei wird die Zeit (t) gemessen, die erforderlich ist, um das bekannte Volumen des Messbehälters von einem oberen Messpunkt einer Elektrode bis zum unteren Messpunkt einer zweiten Elektrode abzusenken. An­ schließend wird das Volumen pro Zeit über einen Rechner aus­ gegeben. Das Dreiwegeventil schaltet nach dem Messvorgang den Vorratsbehälter wieder zu.

Die DE 31 29 365 A1 offenbart eine statische Dosierpumpe zur Abgabe und Förderung dosierter, zugeteilter oder abgemessener Fluidmengen. In einer dort genannten Ausführungsform der Er­ findung ist die statische Dosierpumpe für die Abgabe von ei­ ner unter hohem Druck stehender Flüssigkeit ausgelegt. Ein Druckbehälter umfasst ein Paar Flüssigkeitstand-Sensoren, die ein- oder verstellbar an dem Druckbehälter angeordnet sind und unter Zusammenwirken mit einem Magnet-Schwimmer für den Flüssigkeitsspiegel in dem Behälter verschiedene elektrische Signale liefern. Die Signale dienen zur Steuerung der Förder­ geschwindigkeit.

Aus der DE 195 16 236 C2 ist ein Volumenzähler bekannt, der eine Zahnradanordnung mit wenigstens zwei miteinander kämmen­ den Zahnrädern und eine Sensoreinrichtung mit Sensor auf­ weist, der im Bereich der Zahnradanordnung an einer Stelle angeordnet ist, an welcher die einzelnen Zähne eines Zahnra­ des durch einen Detektionsbereich des Sensors laufen. Durch die Sensoreinrichtung wird zumindest ein Signalimpuls bei Durchlauf eines Zahnes durch den Detektionsbereich des Sen­ sors erzeugt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Mengendosierung einer Flüssigkeit anzugeben, welches den vor­ genannten Nachteil vermeidet und auf einfache Weise eine si­ chere Erfassung von Flüssigkeitsmengen ermöglicht. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im Kennzeichen angegebenen Merkmale gelöst. Weiterhin wird die Aufgabe bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 4 durch die im Kennzeichen die­ ses Anspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die zu dosierende Flüssigkeit zunächst einer oder mehreren Meßkammern zuge­ führt, bevor die Flüssigkeit zur Dosierpumpe gelangt. Die Messkammern werden bis zu einem maximalen Füllstand gefüllt und dann durch die Dosierpumpe bis zu einem minimalen Füllstand geleert. Hierbei wird die Anzahl der Dosierpulse bzw. Dosierhübe bis zum Erreichen des minimalen Füllstandes be­ stimmt. Aus diesem Wert und dem bekannten Volumen der Meßkam­ mer wird dann die Anzahl der auszugebenden Dosierhübe für ei­ ne vorgegebene abzugebende Menge bestimmt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht so eine selbstopti­ mierende Steuerung der Mengendosierung, da eine Änderung des Hubvolumens der Dosierpumpe oder eine Änderung der Druck- /Temperaturverhältnisse beim Erreichen des minimalen Füll­ standes aus der veränderten Anzahl der Dosierpulse erkannt wird. Die Anzahl der auszugebenden Dosierpulse für eine vor­ gegebene Menge kann so automatisch korrigiert werden. Auch pulsierende Kleinmengen der zu dosierenden Flüssigkeit können so unabhängig vom Gegendruck oder dem Verstellen der Förder­ menge der Dosierpumpe sicher erfaßt werden. Die exakte Dosie­ rung führt damit zu einer Minimierung des Verbrauchs der zu dosierenden Flüssigkeit, und so beispielsweise durch einen geringeren Chemikalienverbrauch zu einer Kostenreduzierung oder einer geringeren Belastung der Umwelt.

Vorzugsweise wird das Volumen der Meßkammern bestimmt, indem die Meßkammern zunächst bis zum maximalen Füllstand gefüllt werden und dann durch die Dosierpumpe bis zum minimalen Füll­ stand geleert wird, wobei die geförderte Flüssigkeitsmenge aufgefangen und ausgewogen bzw. ausgemessen wird.

Besonders vorteilhaft ist es, für die Volumenbestimmung die Füllung der Meßkammern und Leerung der Meßkammern durch die Dosierpumpe über eine Vielzahl von Zyklen durchzuführen. Hierdurch wird die Meßgenauigkeit der Volumenbestimmung wei­ ter erhöht.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist zunächst eine Einlaß­ leitung zur Zuführung der zu messenden Flüssigkeit und eine Entnahmeleitung zur Abgabe der Flüssigkeit zur Dosierpumpe auf. Weiterhin sind eine oder mehrere Meßkammern mit defi­ niertem Volumen, ein erster Füllstandsschalter, der beim Er­ reichen eines minimalen Füllstandes ein erstes Füllstandssig­ nal abgibt und ein zweiter Füllstandsschalter, der beim Er­ reichen eines maximalen Füllstandes ein zweites Füllstands­ signal abgibt, vorgesehen. Schließlich zeichnet sich die er­ findungsgemäße Vorrichtung durch eine Steuerungseinheit aus, der die ersten und zweiten Füllstandssignale zugeführt werden und die aus der Anzahl der Dosierpulse zwischen dem ersten Füllstandssignal und dem zweiten Füllstandssignal die Anzahl der auszugebenden Dosierpulse für eine abzugebende Menge be­ stimmt und diese Dosierpulse an die Dosierpumpe abgibt.

Vorzugsweise sind zwei miteinander verbundene Meßkammern vorgesehen, wobei in einer Meßkammer der erste Füllstands­ schalter und in der anderen Meßkammer der zweite Füllstands­ schalter angebracht ist. Die Verwendung von zwei Meßkammern hat den Vorteil, daß bei ihrer Füllung eine Verringerung von Druckschwankungen, die zu Wellenbewegungen führen können, er­ reicht wird.

Vorteilhaft ist es, wenn zur Füllung der Meßkammern eine Pum­ pe, insbesondere eine Mikromembranpumpe, vorgesehen ist.

Vorteilhaft ist weiterhin eine Anzeigeeinheit vorgesehen, welche die Wiedergabe von Angaben zum Verbrauch oder der Men­ ge pro Dosierhub oder der Menge pro Stunde ermöglicht, wobei diese Angaben der Anzeigeeinheit von der Steuerungseinheit zugeführt werden. Dieses ermöglicht auf einfache Weise eine ständige Kontrolle der Dosierung.

Ebenso ist in vorteilhafter Weise ein Bedienteil zur Eingabe von Betriebsparametern wie der zu dosierenden Menge pro Stun­ de vorgesehen.

Für die mengenproportionale Zumischung zu einer zweiten, durchfließenden Flüssigkeit ist es vorteilhaft, für die zwei­ te Flüssigkeit einen Flüssigkeitszähler, insbesondere einen Flügelradzähler, vorzusehen.

Schließlich ist es vorteilhaft, die erfindungsgemäße Vorrich­ tung als von der Dosierpumpe getrennte bauliche Einheit vor­ zusehen. Dieses ermöglicht beispielsweise, bei einem Defekt der Dosierpumpe diese einzeln auszuwechseln.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der weiteren Beschreibung und den Zeichnungen, die Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen erläu­ tert.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer er­ findungsgemäßen Vorrichtung zur Mengendo­ sierung einer Flüssigkeit, und

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Anord­ nung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zwischen einem Flüssigkeitsvorratsbehäl­ ter und einer Dosierpumpe.

Der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Fig. 1 wird die zu do­ sierende Flüssigkeit über eine Einlaßleitung 7, beispielswei­ se von einem Vorratsbehälter, zugeführt. Mit einer Mikromemb­ ranpumpe 1 wird die zu dosierende Flüssigkeit in die mitein­ ander verbundenen Meßkammern 4 und 5 gefördert. Erreicht der Flüssigkeitsstand den oberen Füllstandsschalter 3, so ist der maximale Füllstand der Meßkammer erreicht. Dieses wird von dem oberen Füllstandsschalter 3 detektiert, der ein Signal zum Abschalten der Mikromembranpumpe 1 abgibt. Über den Ent­ nahmepunkt 6 entnimmt die Dosierpumpe die zu messende Flüs­ sigkeit, bis der Füllstand in den Meßkammern den minimalen Füllstand erreicht hat. Dieses wird durch den unteren Füll­ standsschalter 2 detektiert, der ein Signal zum Wiederein­ schalten der Mikromembranpumpe 1 abgibt. Die Meßkammern wer­ den daraufhin wieder durch die Mikromembranpumpe gefüllt. Für die Entlüftung der Meßkammern ist weiterhin eine Entlüftungs­ öffnung 8 vorgesehen.

Für die Mengendosierung ist es erforderlich, das Volumen der Meßkammern 4 und 5 zwischen den beiden Füllstandsschaltern 2 und 3 zu kennen. Dieses kann durch einmaliges Auslitern in der folgenden Art und Weise erfolgen. Im Menü einer Steue­ rungseinheit wird die Anzahl der Zyklen eingegeben, die aus­ gelitert werden soll. Die Meßkammern werden dann bis zum ma­ ximalen Füllstand gefüllt, und die Dosierpumpe wird mit einer einstellbaren Dosierfrequenz gestartet, wobei beim Erreichen des minimalen Füllstandes die Meßkammern wieder gefüllt wer­ den. Dieser Vorgang wird so oft wiederholt, bis die einge­ stellte Zykluszahl erreicht ist. Die von der Dosierpumpe ge­ förderte Menge wird dann aufgefangen und ausgewogen bzw. ausgemessen. Aus der Anzahl der Zyklen und der geförderten Menge kann dann das Volumen der Meßkammern berechnet werden. Dieses kann nach Eingabe der geförderten Menge automatisch durch ei­ nen hierfür vorgesehenen Menüpunkt der Steuerung erfolgen.

Anhand von Fig. 2 wird der Betrieb der erfindungsgemäßen Vor­ richtung schematisch erläutert. Von einem Vorratsbehälter 9 gelangt die zu dosierende Flüssigkeit zu dem erfindungsgemä­ ßen Vorlagebehälter 10, der durch Fig. 1 bereits näher be­ schrieben worden ist. Von dort gelangt die zu dosierende Flüssigkeit zu der Dosierpumpe 11, beispielsweise einer Mag­ netmembran-Dosierpumpe, und wird von dieser dosiert in eine weitere Flüssigkeit 17, beispielsweise Wasser, abgegeben. Der Durchfluß der Flüssigkeit 17 wird von einem Flügelradzähler 16 gemessen, so daß eine Dosierung mengenproportional zum Durchfluß der Flüssigkeit 17 möglich ist. Die durch den Flü­ gelradzähler 16 erzeugten Impulse werden einer Steuerungsein­ heit 13 zugeführt und können dort gegebenenfalls noch ver­ vielfacht oder geteilt werden. Die Steuerungseinheit 13 ist weiterhin mit der Dosierpumpe 11, dem Vorlagebehälter 10, ei­ ner Anzeigeeinheit 14 und einer Bedieneinheit 15 verbunden und weist einen Mikroprozessor auf.

Der Steuerungseinheit 13 werden bei jedem Erreichen des mini­ malen oder maximalen Füllstandes entsprechende Füllstandssig­ nale zugeführt. Das Ein- und Ausschalten der Mikromembranpum­ pe 1 kann ebenfalls durch die Steuerungseinheit 13 erfolgen. Die Dosierpumpe 11 wird ebenfalls von der Steuerungseinheit 13 angesteuert. Aus dem Volumen, der Anzahl der minimalen Füllstände, und der Anzahl der Dosierhübe kann die Steue­ rungseinheit dann den exakten Verbrauch, die Menge pro Hub und die Menge pro Stunde ermitteln. Während des Füllvorganges wird hierbei die Dosierung nicht unterbrochen. Statt dessen speichert die Steuerungseinheit 13 die Anzahl der Dosierhübe bis der maximale Füllstand erreicht ist, und zählt diese zum Gesamtergebnis hinzu. Die resultierenden Werte können dann durch eine Anzeigeeinheit 14 wiedergegeben werden. Weiterhin können über die Steuerungseinheit verschiedene Betriebsarten, wie Mengenproportional, Charge oder Menge pro Stunde, einge­ stellt werden, wobei die Einstellung über ein Bedienteil 15 erfolgen kann.

Schließlich sind der Vorlagebehälter 10, die Steuerungsein­ heit 13, die Anzeigeeinheit 14 und das Bedienteil 15 als bau­ liche Einheit getrennt von der Dosierpumpe 11 vorgesehen.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vor­ richtung können insbesondere zur mengenproportionalen Mikro­ dosierung, zur Desinfektion und Entkalkung für Hauswasseran­ lagen, Trinkwasserautomaten und ähnlichem verwendet werden.

Claims (10)

1. Verfahren zur Mengendosierung einer Flüssigkeit, bei dem die Flüssigkeit einer oder mehreren Meßkammern (4, 5) mit definiertem Volumen zugeführt wird und durch eine Pumpe (11) dosiert abgegeben wird, wobei die Meßkammern (4, 5) bis zu einem maximalen Füllstand gefüllt und dann durch die Pumpe (11) bis zu einem minimalen Füllstand geleert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Dosierimpulse der gepulst angesteuerten Pumpe (11) bis zum Erreichen des minimalen Füllstandes bestimmt wird und daraus die Anzahl der auszu­ gebenden Dosierimpulse für eine abzugebende Menge ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Volumens der Messkammern (4, 5) die Messkammer bis zum maximalen Füllstand gefüllt werden, dass dann die Pumpe (11) die Messkammern bis zum minimalen Füllstand leert, die von der Pumpe (11) geförderte Menge aufgefangen und gemessen wird und hieraus das Volumen der Messkammer be­ stimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung und Leerung der Meßkammern (4, 5) über eine Viel­ zahl von Zyklen durchgeführt wird.

4. Vorrichtung zur Mengendosierung einer Flüssigkeit, die durch eine Pumpe (11) dosiert abgegeben wird, mit einer Ein­ laßleitung (7) zur Zuführung der zu messenden Flüssigkeit und einer Entnahmeleitung (6) zur Abgabe der Flüssigkeit an die Pumpe (11), einer oder mehreren Meßkammern (4, 5) mit defi­ niertem Volumen, einem ersten Füllstandsschalter (2), der beim Erreichen eines minimalen Füllstandes ein erstes Füllstands­ signal abgibt, einem zweiten Füllstandsschalter (3), der beim Erreichen eines maximalen Füllstandes ein zweites Füllstands­ signal abgibt, gekennzeichnet durch eine Steuerungseinheit (13), der das erste und zweite Füllstandssignal zugeführt wird, die aus der Anzahl der Dosierimpulse der gepulst ange­ steuerten Pumpe zwischen dem zweiten und ersten Füllstands­ signal die Anzahl der auszugebenden Dosierimpulse für eine abzugebende Menge bestimmt und die Dosierimpulse an die Pumpe (11) abgibt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei miteinander verbundene Meßkammern (4, 5) vorgesehen sind, wobei in einer Meßkammer (4) der erste Füllstandsschal­ ter (2) und in der zweiten Meßkammer (5) der zweite Füll­ standsschalter (3) angebracht ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Pumpe (1), insbesondere eine Mikromembranpumpe, zur Füllung der Meßkammern (4, 5) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzeigeeinheit (14) vorgesehen ist, die eine Wiedergabe von Angaben zum Verbrauch und/oder der Menge pro Hub und/oder der Menge pro Stunde ermöglicht, wobei diese Angaben der Anzeigeeinheit von der Steuerungseinheit (13) zugeführt werden.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bedienteil (15) zur Eingabe von Be­ triebsparametern vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß für die mengenproportionale Zumischung zu einer zweiten, durchfließenden Flüssigkeit ein Flüssigkeits­ zähler (16), insbesondere ein Flügelradzähler, vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß diese als von der gepulst angesteuerten Pumpe (11) getrennte bauliche Einheit (12) vorliegt.