DE102008053411A1

DE102008053411A1 - Dosiervorrichtung und Dosierverfahren

Info

Publication number: DE102008053411A1
Application number: DE200810053411
Authority: DE
Inventors: Matthias Ashauer; Martin Götz
Original assignee: Hann-Schickard-Gesellschaft fuer Angewandte Forschung eV
Current assignee: Hann-Schickard-Gesellschaft fuer Angewandte Forschung eV
Priority date: 2008-10-27
Filing date: 2008-10-27
Publication date: 2010-05-06

Abstract

Eine Dosiervorrichtung weist einen Medienbehälter mit einem Auslass für ein zu dosierendes Medium und einen Gaseinlass auf. Ferner weist die Dosiervorrichtung eine Druckquelle zum Anlegen eines Gasdrucks an den Gaseinlass auf, so dass bei Ausströmen des zu dosierenden Mediums aus dem Auslass ein Gas an dem Gaseinlass in den Medienbehälter strömt. Ferner weist die Dosiervorrichtung einen Strömungssensor zum Erfassen eines Messwertes des durch den Gaseinlass strömenden Gases auf, und eine Auswerteeinheit, die ausgebildet ist, eine verdrängte Menge des zu dosierenden Mediums auf der Basis des erfassten Messwertes zu bestimmen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Dosiervorrichtung, wie sie z. B. zur Kontrolle oder Regelung der Dosiermenge eines zu dosierenden Mediums aus einem Vorrats- bzw. Medienbehälter heraus verwendet wird.
Zum Dosieren flüssiger Medien werden häufig druckluftgetriebene Systeme eingesetzt. Sie bestehen häufig aus einem Druckregler, einem Vorratsbehälter mit dem zu dosierenden Medium, einem Dispensierventil und einer Düse/Dosiernadel. Zur Steuerung bzw. Kontrolle der Dosiermenge wird der Vorratsbehälter über den Druckregler unter einen definierten Luftdruck gesetzt. Wird dann das Dosierventil geöffnet, fließt über die Düse eine Menge des zu dosierenden Mediums ab. Die Dosiermenge ist dabei abhängig vom Druck, der Öffnungszeit des Dosierventils, dem Düsenöffnungsquerschnitt und von der Viskosität des ausfließenden Mediums.
Mit diesem konventionellen Dosierprinzip können jedoch Abweichungen der dosierten Menge bei, einer Änderung der Viskosität, wie z. B. über die Topfzeit von Klebern oder hervorgerufen durch Temperaturänderungen, auftreten. Außerdem kann häufig nur unzureichend kontrolliert werden, ob überhaupt eine Dosierabgabe stattgefunden hat. Um diesen Mangel zu beheben, könnte ein Strömungssensor direkt im zu dosierenden Medium angeordnet werden. In diesem Fall kann der Strömungssensor jedoch durch das Medium selbst belastet werden, wie z. B. durch einen chemischen Angriff, durch Abrasion, durch Druckschläge oder durch eine Verschmutzung mit festen Partikeln. Weiterhin kann solch ein Strömungssensor, der direkt in dem zu dosierenden Medium angeordnet ist, oftmals nur schwer gereinigt werden. Ferner sollte die Sensorik eines solchen Strömungssensors sehr schnell sein.
Welcher Strömungssensor eingesetzt werden kann, ist dementsprechend häufig sehr stark abhängig von dem jeweils zu dosierenden Medium.
In konventionellen bestehenden Anlagen wird die Dosierung eines zu dosierenden Mediums häufig mit einem Differenzdrucksensor überprüft. Beim eigentlichen Dosiervorgang kann ein Druckstoß detektiert werden. Die Auswertung dieses Signals dient vor allem dazu, zu erkennen, ob überhaupt eine Dosierung stattgefunden hat. Zusätzlich kann eine manuell, also eine „von Hand” eingestellte Dosiermenge herangezogen werden, um den Differenzdrucksensor auf einen Sollwert zu kalibrieren oder „zu teachen”. Liegt das Drucksensorsignal innerhalb eines gewissen Bereiches um diesen Sollwert, wird angenommen, die Dosiermenge sei in Ordnung. Dieses Prinzip ist allerdings sehr ungenau und dient lediglich einer groben Überprüfung. Solch eine Messung ist häufig stark abhängig vom Medium, wobei sich das Medium beispielsweise innerhalb eines Produktionstages durch Temperaturänderung stark in seinen Eigenschaften, wie z. B. der Viskosität ändern kann. Außerdem ist die Sensoranordnung mit den Differenzdrucksensoren direkt im Medium angeordnet und daher auch anfällig für Verschmutzung und Defekte. Für eine reibungslose Dosierung eines zu dosierenden Mediums in einer Produktionsanlage ist es wichtig einen Defekt eines Sensors zu vermeiden, da ein defekter Sensor zur Kontrolle einer Dosiermenge eines zu dosierenden Mediums zum Stopp einer Produktionsanlage führen kann. Für bestehende Dosieranlagen ist das Messergebnis häufig eher ungenau, weshalb ein Bedarf besteht nach einer Dosiervorrichtung und einem Dosierverfahren mit verbesserter Charakteristika.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Dosiervorrichtung und ein Dosierverfahren zu schaffen, welche eine genauere oder weniger störanfällige Kontrolle oder Regulierung einer Dosiermenge eines zu dosierenden Mediums in einen druckgetriebenen Dosiersystem ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch die Dosiervorrichtung gemäß Anspruch 1 und dem Dosierverfahren gemäß Anspruch 14 gelöst.
Die Erkenntnis der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass mit Hilfe eines Strömungssensors ein Gasvolumen bzw. eine Masse eines Gases, das bzw. die von einer Druckquelle in einen Medienbehälter mit dem zu dosierenden Medium strömt, erfasst werden kann und daraus die Dosiermenge des durch einen Gasdruck aus einem Auslass des Medienbehälters verdrängten, zu dosierenden Mediums bestimmt werden kann. Mit der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung und dem erfindungsgemäßen Dosierverfahren kann beispielsweise die Dosierung bzw. die Dosiermenge eines zu dosierenden Mediums kontrolliert, gemessen, berechnet und evtl. auch nachgeregelt werden. Weiterhin lässt sich die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung ohne größeren Aufwand in bestehende Dosiersysteme integrieren. Es muss also kein vollständig neues Gesamtdosiersystem entwickelt werden. Ferner kommt das zu dosierende Medium nicht in direkten Kontakt mit Komponenten der Messeinrichtung. Somit werden einerseits Verunreinigungen oder sonstige negative Einflüsse auf das zu dosierende Medium verhindert und andererseits wird auch eine eventuelle Belastung der Messeinrichtung, z. B. des Strömungssensors, durch den direkten Kontakt mit dem zu dosierenden Medium vermieden. Auch eine Beeinflussung des eigentlichen Dosiervorgangs erfolgt nicht. Die Messung kann sich auf das dosierte Volumen des zu dosierenden Mediums beziehen und kann unabhängig von den Eigenschaften, wie z. B. der Dichte, der Viskosität, der Wärmekapazität und der chemischen Aktivität etc., des zu dosierenden Mediums sein. Dadurch kann eine genauere Bestimmung der Dosiermenge des zu dosierenden Mediums und dementsprechend eine genauere und kontrolliertere Nachregelung einer Dosiermenge gewährleistet werden.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Dosiervorrichtung mit einem Medienbehälter mit einem Auslass für ein zu dosierendes Medium und einem Gaseinlass. Die Dosiervorrichtung weist ferner eine Druckquelle zum Anlegen eines Gas drucks an dem Gaseinlass des Medienbehälters auf, so dass bei Ausströmen eines zu dosierenden Mediums aus dem Auslass ein Gas an dem Gaseinlass in dem Medienbehälter nachströmt. Ferner weist die Dosiervorrichtung einen Strömungssensor zum Erfassen eines Messwertes des durch den Gaseinlass strömenden Gases auf und eine Auswerteeinheit zum Bestimmen einer verdrängten Menge des zu dosierenden Mediums auf Basis des erfassten Messwertes.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Dosierverfahren durch Anlegen eines Gasdrucks an einen Gaseinlass eines Medienbehälters mit einem Auslass für ein zu dosierendes Medium, so dass ein zu dosierendes Medium durch ein durch den Gaseinlass strömendes Gas aus dem Auslass verdrängt wird. Das Verfahren weist ferner ein Erfassen eines Strömungsmesswertes des durch den Gaseinlass strömenden Gases auf und ein Bestimmen einer verdrängten Menge des zu dosierenden Mediums auf der Basis des Strömungsmesswertes.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild einer Dosiervorrichtung mit einem Medienbehälter für ein zu dosierendes Medium, einer Druckquelle zur Erzeugung eines Gasstroms, einem Strömungssensor und eine Auswerteeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Dosiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem zusätzlichen Druckregler;
3 ein Blockschaltbild einer Dosiervorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 ein Blockschaltbild einer Dosiervorrichtung mit einer Regeleinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 ein weiteres Blockschaltbild einer Dosiervorrichtung; und
6 ein Flussdiagramm zum Dosierverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Bezug nehmend auf die nachfolgenden Zeichnungen wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es wird darauf hingewiesen, dass gleiche Elemente oder ähnliche Elemente in diesen Figuren mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen sind, und dass eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente vermieden wird.
1 zeigt ein Blockschaltbild einer Dosiervorrichtung 100 mit einem Medienbehälter 10, einer Druckquelle 20, einem Strömungssensor 25 und einer Auswerteeinheit 30. Der Medienbehälter 10 weist einen Gaseinlass 16 und einen Auslass 12 auf. In dem Medienbehälter kann sich ein zu dosierendes Medium 14 befinden. Die Druckquelle 20 ist ausgebildet, um einen Gasdruck oder Überdruck an dem Gaseinlass 16 anzulegen, so dass das zu dosierende Medium 14 durch ein durch den Gaseinlass 16 strömendes Gas 22 aus dem Auslass 12 des Medienbehälters 10 verdrängt wird. Der Strömungssensor 25, der zwischen der Druckquelle und dem Gaseinlass angeordnet sein kann, ist ausgebildet um einen Messwert, des durch den Gaseinlass strömenden Gases zu erfassen. Eine Auswerteeinheit 30, die mit dem Sensor 25 verbunden ist oder auch in diesem integriert sein kann, ist ausgebildet, um eine verdrängte Menge, also eine Dosiermenge oder ein Dosiervolumen des zu dosierenden Mediums 14 auf Basis des durch den Strömungssensor erfassten Messwertes zu bestimmen. Das zu dosierende Medium 14 kann eine Flüssigkeit sein, oder z. B. auch ein Klebstoff, ein Öl oder ein Medika ment. Ein zu dosierendes Medium 14 kann bei einer Temperatur von 20°C eine Viskosität η < 10¹⁵ mPas aufweisen. Bei dem zu dosierenden Medium kann es sich beispielsweise um Paraffinöle, Polymerschmelzen, Glyzerin, Klebstoffe, Glas bei unterschiedlichen Verarbeitungstemperaturen, organische Verbindungen, Farblacke, Emulsionen, Suspensionen, Koloide oder Gele handeln.
Bei dem Medienbehälter handelt es sich um einen Vorratsbehälter bzw. um ein Reservoir, das beispielsweise druckdicht sein kann, so dass durch einen Gasdruck einer Druckquelle 20 bei einem geöffneten Auslass 12 ein zu dosierendes Medium ausströmen kann. Der Strömungsmesser 25 kann so ausgebildet sein, dass er einen Gasvolumen-Messwert oder einen Masse-Messwert des durch den Gaseinlass 16 strömenden Gases erfassen kann. Der Strömungssensor 25 kann also so ausgebildet sein, ein Gasvolumen oder einen Massewert eines von der Druckquelle 20 durch den Gaseinlass 16 des Medienbehälters strömendes Gases zu messen. Bei dem durch den Gaseinlass strömenden Gas 22 kann es sich beispielsweise um Luft handeln. Es ist aber auch denkbar, andere Gase, wie z. B. Stickstoff oder Edelgase, wie Helium oder Argon, zu verwenden. Bei den Gasen kann es sich insbesondere auch um Inertgase handeln, so dass es zu keinen chemischen Reaktionen zwischen dem Inertgas und dem zu dosierenden Medium 14 in dem Medienbehälter 10 kommen kann. Bei der Druckquelle 20 kann es sich beispielsweise um eine geregelte oder eine ungeregelte Druckquelle handeln. Die Druckquelle 20 kann beispielsweise eine Pumpe sein, im einfachsten Fall z. B. eine Luftpumpe oder durch ein Druckluftsystem (Hausdruck) in einem Gebäude bzw. einer Produktionsanlage gegeben sein. Solch ein Hausdruck kann beispielsweise 6 bar Überdruck betragen.
Gemäß einiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung kann die Auswerteeinheit 30 so ausgebildet sein, dass das dosierte Volumen der verdrängten Menge des zu dosieren den Mediums 14 auf der Basis des Messwertes des vom Strömungssensor 25 erfassten Messwertes bestimmt werden kann. Bei dem Messwert kann es sich um einen Strömungsmesswert des strömenden Gases handeln.
Der Strömungssensor 25 kann beispielsweise die Masse des in den Medienbehälter nachströmenden Gases, welches beispielsweise Luft sein kann, erfassen. Mit Hilfe der Druckmesswerte eines Drucksensors 50, der ebenfalls in der Dosiervorrichtung angeordnet sein kann (siehe z. B. 3), kann aus der erfassten Gasmasse, z. B. einer Luftmasse, das Gas- bzw. Luftvolumen errechnet werden. Dieses Luftvolumen entspricht dann dem verdrängten Mediumvolumen in dem Medienbehälter 10.
Mit Hilfe des idealen Gasgesetzes (Gl. 1): p·V = m·R·T (1)wobei p =: Druck, V =: Volumen, m =: Masse, T =: Temperatur und R =: idealen Gaskonstante ist, kann die Massedifferenz Δm berechnet werden. Mit Gl. 1 erhält man Gl. 2:
Weiterhin gilt die Gl. 3: V2 = V1 + ΔV (3)mit V₁ =: Volumen zu Beginn des Dosiervorgangs und ΔV die Volumendifferenz.
Für dm ergibt sich dann die Gl. 4:
Gl. 4 kann nun nach der Volumendifferenz (ΔV) aufgelöst werden, wodurch sich Gl. 5 ergibt.
Um von Gl. 5 auf das dosierte Volumen schließen zu können, wird ein Startvolumenwert V₁ für die gesamte Luftmasse in der Dosiervorrichtung benötigt. Dies kann jedoch sehr schwer zu realisieren sein. Außerdem kann sich ein kleinerer Fehler in der Berechnung der neuen Luftmasse nach dem Dosiervorgang mit fortlaufender Zeit zu einem größeren Fehler aufsummieren. Eine Möglichkeit um auf das zu dosierende Volumen schließen zu können, kann darin bestehen zur Bestimmung der Luftmasse eine Änderung der Volumendifferenz ΔV mit hoher Frequenz zu berechnen, wobei zu jedem Zeitpunkt die aktuelle Luftmasse, der Druck und die Temperatur bekannt sein sollten. Erschwerend kann dabei jedoch hinzukommen, dass sich in vielen Dosiervorrichtungen der Druck Δp bei Dosierungen von einigen Mikrolitern nur sehr geringfügig ändert. Deshalb kann eine Druckänderung von beispielsweise wenigen Pascal, weniger preiswert und weniger exakt genug erfasst werden.
Da der Druck in den meisten Dosierstationen bzw. Dosiervorrichtungen konstant gehalten wird, ändert sich insgesamt über einen Dosiervorgang nur noch die Luft- bzw. Gas-Masse, daher kann das Volumen mit geringerem Aufwand ermittelt werden. Eine weitere Möglichkeit, um auf das zu dosierte Volumen schließen zu können, besteht also darin den Druck in der Dosiervorrichtung konstant zu halten. Dadurch vereinfacht sich die Berechnung von ΔV gemäß Gl. 5 zu folgender Gl. 6:
Soll in der Dosiervorrichtung beispielsweise eine Luftpumpe statt eines Druckreglers oder einer geregelten Druckquelle verwendet werden, so sollte nach der Dosierung der gleiche Druck wieder hergestellt werden. Dadurch kann die komplexere und technisch schwerer zu realisierende Berechnung gemäß Gl. 5 stark vereinfacht werden. Anstelle mit hoher Frequenz, von z. B. 1 KHz viele Volumendifferenzmessungen ΔV zu berechnen, die dann möglicherweise fehlerbehaftet aufsummiert werden, wird pro Dosiervorgang lediglich die den Strömungssensor durchströmende Gas- bzw. Luftmasse erfasst. Die eigentliche Berechnung der Dosiermenge des zu dosierenden Mediums braucht gemäß einiger Ausführungsbeispiele nicht unmittelbar, also nicht „online” erfolgen, sondern kann auch nach der Dosierung durchgeführt werden. Die Temperatur T und der Druck p, der konstant gehalten wird, können einmal erfasst werden und während eines Dosiervorgangs als näherungsweise konstant angenommen werden. Um diese Vereinfachung durchführen zu können, sollten alle thermodynamischen Ausgleichsvorgänge stattgefunden haben. Wird also beispielsweise der Druck geändert, können die errechneten Werte vorerst fehlerbehaftet sein. Wesentlich ist die Konstanthaltung des Drucks, beispielsweise durch ein Druckregelventil dessen Schwankungen in den Messwert eingehen können. Konventionelle mechanische Druckregler können diese Anforderungen jedoch erfüllen.
Gemäß einiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung kann, wie in dem Blockschaltbild in 2 dargestellt ist, die Druckvorrichtung deshalb einen Druckregler 40 aufweisen. Der Druckregler 40 kann ausgebildet sein, einen geregelten Gas- bzw. Überdruck an dem Gasanlass 16 des Medienbehälters 10 zu ermöglichen. Bei dem Druckregler 40 kann es sich beispielsweise um einen mechanischen Druckregler handeln. Der Druckregler kann den Druck einer Druckquelle regeln.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann der Druckregler 40 in der Dosiervorrichtung so ausgebildet sein, dass der Druckregler 40 die Druckquelle 20 so steuert, dass ein geregelter Gasdruck an dem Gaseinlass 16 anliegt. Der Druckregler 40 kann ausgebildet sein, um einen Druck in der Dosiervorrichtung 100 annähernd konstant zu halten. Der Druck in dem Medienbehälter 10 und den Verbindungsrohren bzw. Verbindungskanälen des Druckluft- bzw. Gasdrucksystems, in dem sich das Gas 22 befindet, kann also durch den Druckregler 40 auf einem konstanten Druck gehalten werden, so dass Gl. 6 gültig ist. Die Druckquelle und der Medienbehälter können über druckdichte Verbindungsrohre oder Röhrchen bzw. Kanülen und Verbindungskanälen verbunden sein.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung kann, wie schematisch in dem Blockschaltbild der Dosiervorrichtung (3) dargestellt ist, die Dosiervorrichtung 100 einen Drucksensor 50 und einem Temperatursensor 27, zum Bestimmen eines Temperaturmesswertes aufweisen, der in dem mit dem Gas 22 gefüllten Raum der Dosiervorrichtung 100 angeordnet sein kann. Basierend auf dem gemessenen Druck und der mit dem Strömungssensor 25 bestimmten Masse kann dann beispielsweise ein Druckregler 40, der mit dem Drucksensor 50 gekoppelt sein kann, das Luftvolumen, das von der Druckquelle 20 in Richtung des Gaseinlasses 16 strömenden Gases 22 bestimmen. Dieses Luftvolumen entspricht dann dem ausgeströmten Medienvolumen in dem Medienbehälter 10. Der Gaseinlass 16 kann als Gaseinlassventil ausgebildet sein und der Auslass 12 des Medienbereiches 10 kann beispielsweise ebenfalls als ein Auslassventil ausgebildet sein. Beispielsweise kann es sich dabei um ein Dispensierventil und/oder eine Düse/Dosiernadel handeln. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann der Druckregler 40 in der Dosiervorrichtung 100 so ausgebildet sein, um einen Sollgasdruck an dem Gaseinlass 16 des Vorratsbehälters 10 bzw. in dem Vorratsbehälter 10 mit einer Genauigkeit von mindestens 95% einzuregeln.
In 4 ist ein weiteres Blockschaltbild einer Dosiervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Dosiervorrichtung 100 neben den in den obigen Ausführungsbeispiel beschriebenen Komponenten, also der Druckquelle 20, des Druckreglers 40, des Sensors bzw. Strömungs sensors 25, der Auswerteeinheit 30, sowie des Medienbehälters 10 mit seinem Auslass 12 und seinem Gaseinlass 16, eine Regeleinrichtung 60 auf. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die Regeleinrichtung 60 so ausgebildet sein, um die Druckquelle 20 oder alternativ auch einen Druckregler 40 auf einen durch die Auswerteeinheit 30 bestimmten Wert der verdrängten Menge des dosierten Mediums, zu regeln. Die Regeleinrichtung kann also dazu dienen, eine Dosiermenge des aus dem Medienbehälter 10 abgegebenen zu dosierenden Mediums 14 nachzuregeln. Entsprechend kann beispielsweise die Druckquelle aus- oder eingeschaltet werden oder ein Druck bzw. Überdruck erhöht oder erniedrigt werden bzw. ein Druck über einen längeren Zeitraum aufgebaut werden. Denkbar ist auch, dass die Regeleinrichtung basierend auf dem ermittelten Wert der Auswerteeinheit den Druckregler 40 beeinflusst, eine Druckänderung vorzunehmen, so dass eine Nachregelung der Dosierung des zu dosierenden Mediums erfolgt. Die Regeleinrichtung 60 kann basierend auf dem ermittelten Wert der Auswerteeinheit auch eine Zeitdauer in der das Gas oder das zu dosierende Medium strömt verkürzen oder verlängern oder einen Strömungsquerschnitt einer Leitung oder eines Durchlasses für das strömende Gas oder das zu dosierende Medium verkleinern oder vergrößern.
Der Medienbehälter 10 kann in weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ansteuerbare Gaseinlassventile 16 bzw. Dosierauslassventile 12 aufweisen. Die Regeleinrichtung 60 kann also in anderen Ausführungsbeispielen so ausgebildet sein, ein Auslassventil oder ein Einlassventil am Gaseinlass in Abhängigkeit der berechneten Dosiermenge durch die Auswerteeinheit anzusteuern. Für die Berechnung kann beispielsweise Gl. 6 verwendet werden. Es ist denkbar, dass die Regeleinrichtung die Einlassventile 16 oder des Auslassventil 12 schließt oder öffnet oder einen bestimmten Querschnitt für den Durchfluss des Gases durch das Einlassventil oder für den Durchfluss des zu dosierenden Mediums durch das Auslassventil verkleinert oder vergrößert. Die Regeleinrichtung 60 kann also so ausgebildet sein, basierend auf dem durch den Sensor 25 erfassten Gasvolumenmesswert bzw. Masse-Messwert die Dosiermenge des zu dosierenden Mediums 14 zu kontrollieren bzw. zu regeln oder nachzuregeln.
5 zeigt ein weiteres schematisches Ausführungsbeispiel einer Dosiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Dosiervorrichtung 100 besitzt bei diesem Ausführungsbeispiel eine Druckquelle 20, die beispielsweise durch den Hausdruck eines Druckluftsystems in einer Fertigungsstätte bzw. in einem Gebäude gegeben sein kann. Der Hausdruck kann beispielsweise 6 bar Überdruck betragen. Die Dosiervorrichtung 100 weist weiterhin einen Druckregler 40 auf, der zwischen Druckquelle 20 und einem Strömungssensor 25 angeordnet sein kann. Der Strömungsmesser 25 kann so ausgebildet sein, die Masseänderung Δm der durchströmenden Luft bzw. des Gases zu bestimmen. Die Luft kann in den Medienbehälter 10 strömen, in dem sich auch das zu dosierende Medium 14 befindet. In dem Vorratsbehälter 10 kann ein konstanter Druck p herrschen, so dass für das Gas, z. B. für die Luft 22 der Druck p, die Masse m, das Volumen V, die ideale Gaskonstante R und die Temperatur T bekannt sein können. Dazu kann beispielsweise die Temperatur T und der Druck P erfasst werden und während eines Dosiervorgangs als annähernd konstant angenommen werden.
Die Dosiervorrichtung bzw. Dosieranlage 100 kann also einen Strömungssensor 25 aufweisen, außerdem einen Drucksensor 50 und eventuell eine regelbare Einrichtung zur Druckerzeugung (Hausdruck und Regelventil). Idealerweise kann als Druckregler ein konventionelles Druckregelventil verwendet werden.
In einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann eine Dosiervorrichtung zur Kontrolle oder Regelung der Dosiermenge eines zu dosierenden Mediums in einer druckgetriebenen Dosieranlage einen Strömungsmesser 25 aufweisen.
Der Strömungsmesser 25 kann eine Vorrichtung, welche einen Druckregler 40, ein Medienreservoir 10 und ein Dosierventil 12 aufweisen, ergänzen. Bei der Dosiervorrichtung 10 kann es sich um eine druckgetriebene Dosieranlage handeln. Der Strömungsmesser 25 kann zwischen dem Druckregler 40 und dem Medienreservoir 10 angebracht sein. Ferner kann der Strömungsmesser gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, das in den Tank 10 nachströmende Gasvolumen- oder Massestrom erfassen und somit kann die durch das Dosierventil 12 ausgebrachte Menge des Mediums 14 indirekt anhand des in den Tank nachströmenden Gases 22 gemessen werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem Strömungssensor um einen Massestromsensor, der beispielsweise durch einen Drucksensor ergänzt wird, so dass der Volumenstrom aus dem Massestrom berechnet werden kann. In anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann der durch den Strömungssensor erfasste Strömungsmesswert, wie z. B. der Gasvolumen-Messwert oder der Masse-Messwert als Eingangssignal für eine Steuervorrichtung bzw. für eine Regelung der Dosiermenge des zu dosierenden Mediums 14 verwendet werden.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können durch die kontrollierte und geregelte Dosiermengenabgabe eine hohe Relevanz für verschiedene, beispielsweise industrielle Aufgaben besitzen. Denkbar ist, die kontrollierte und geregelte Dosierung von Ölen oder Klebern in Fertigungsanlagen, die Dosierung von Chemikalien für chemische Prozesse sowie die Dosierung von Zusätzen in der Fertigung, als auch für die Abgabe von Medikamenten an Patienten. Die vorgeschlagene Dosiervorrichtung kann bei bestehenden Dosiersystemen relativ einfach nachgerüstet werden. Es ist in sehr weiten Bereich an die dosierte Menge und andere Parameter anpassbar. Die Kosten zur Umsetzung der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung können gegenüber vergleichbaren anderen Systemen sehr gering sein.
In einigen Ausführungsbeispielen der Dosiervorrichtung kann das zu dosierende Medium z. B. auch unter Atmosphärendruck, durch die Gewichtskraft bedingt, aus dem Auslass ausströmen.
6 zeigt ein Flussdiagramm zu dem Dosierverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Dosierverfahren weist ein Anlegen 110 eines Gasdrucks an einem Gaseinlass eines Medienbehälters auf. Bei einem Verdrängen eines zu dosierenden Mediums kann ein Gas aufgrund des Gasdrucks in den Medienbehälter nachströmen. Der Medienbehälter kann ferner einen Auslass für ein zu dosierendes Medium aufweisen. Durch den Auslass kann ein zu dosierendes Medium durch ein durch den Gaseinlass strömendes Gas verdrängt werden. Das Verfahren weist ferner ein Erfassen 120 eines Strömungsmesswertes, wie z. B. eines Gasvolumen-Messwertes oder eines Masse-Messwertes, des durch den Gaseinlass strömenden Gases auf, und ein Bestimmen 130 einer verdrängten Menge des zu dosierenden Mediums aus dem Medienbehälter auf der Basis des erfassten Strömungsmesswertes.
Das Dosierverfahren kann ferner ein Regeln 140 des Gasdrucks an dem Gaseinlass des Medienbehälters aufweisen. Das Dosierverfahren kann in einem Ausführungsbeispiel so durchgeführt werden, dass der Druck in dem Medienbehälter am Beginn und am Anfang des Dosierverfahrens konstant bzw. annähernd konstant gehalten wird. Das Dosierverfahren kann gemäß weiterer Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung so durchgeführt werden, dass sich der Druck in dem Medienbehälter während der Durchführung des Verfahrens höchstens um 5% ändert. In einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist das Dosierverfahren zusätzlich einen Schritt des Regelns 140 des Anlegens 110 eines Gasdrucks an einem Gaseinlass des Medienbehälters auf. Das Regeln 140 des Anlegens eines Gasdrucks kann so durchgeführt werden, dass ein Sollwert einer verdrängten Menge des zu dosierenden Mediums auf der Basis des Messwertes des er fassten Gasstroms eingestellt werden kann. Es kann also eine bestimmte Dosiermenge abgegeben werden.
Außerdem kann das Verfahren auch einen Schritt des Nachregelns 150 einer Dosiermenge des zu dosierenden Mediums, auf der Basis eines kalkulierten oder bestimmten Wertes einer verdrängten Menge des zu dosierenden Mediums aufweisen. Der kalkulierte bzw. bestimmte Wert einer verdrängten Menge des zu dosierenden Mediums kann dabei auf der Basis des Erfassens 120 eines Strömungsmesswertes, wie z. B. des Gasvolumen-Messwertes oder eines Masse-Messwertes des durchströmenden Gases erfolgen. Das Bestimmen 130 kann so durchgeführt werden, dass ein Volumen der verdrängten Menge des zu dosierenden Mediums auf der Basis des Erfassens 120 des Messwertes bestimmen wird. In anderen Ausführungsbeispielen zu dem Dosierverfahren werden ferner die Temperatur und der Druck zumindest einmalig während des Dosierverfahrens bzw. des Dosiervorganges erfasst. Diese Werte können dann für das Bestimmen 130 der verdrängten Menge herangezogen werden. Für das Bestimmen kann beispielsweise Gl. 6 verwendet werden.

Claims

Dosierungsvorrichtung (100) mit folgenden Merkmalen: einem Medienbehälter (10) mit einem Auslass (12) für ein zu dosierendes Medium (14) und einem Gaseinlass (16); eine Druckquelle (20) zum Anlegen eines Gasdrucks an den Gaseinlass (16), so dass bei Ausströmen des zu dosierenden Mediums (14) aus dem Auslass (12) ein Gas (22) an dem Gaseinlass (16) in den Medienbehälter (10) nachströmt; einem Strömungssensor (25) zum Erfassen eines Messwertes des durch den Gaseinlass (16) strömenden Gases (22); und eine Auswerteeinheit (30) zum Bestimmen einer verdrängten Menge des zu dosierenden Mediums (14) auf Basis des Messwertes.
Dosiervorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, bei der der Gasdruck ein Überdruck ist.
Dosiervorrichtung (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, die ein Druckregelventil (40) aufweist, der ausgebildet ist, den durch die Druckquelle angelegten Gasdruck an den Gaseinlass (16) zu regeln.
Dosiervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Druckregelventil (40) ausgebildet ist, um den durch die Druckquelle angelegten Gasdruck bis auf 5% genau konstant auf einen Solldruck zu halten.
Dosiervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, die ein Druckregelventil (40) aufweist, wobei der Druckregler (40) relativ zu einer Gasstromrichtung (45) des Gases vor dem Strömungssensor (25) angeordnet ist.
Dosiervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, die einen Drucksensor (50) zum Erfassen eines Druckmesswertes in der Dosiervorrichtung (100) aufweist.
Dosiervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, die einen Temperatursensor (27) zum Erfassen eines Temperaturmesswertes aufweist.
Dosiervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei die Auswerteeinheit (30) ausgebildet ist, um auch basierend auf dem Druckmesswert und/oder dem Temperaturmesswert einen Volumenwert des strömenden Gases zu bestimmen.
Dosiervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Strömungssensor (25) ausgebildet ist, einen Gasvolumenstrommesswert oder einen Massestrommesswert des durch den Gaseinlass (16) strömenden Gases (22) zu erfassen.
Dosiervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem das zu dosierende Medium (14) eine Flüssigkeit ist.
Dosiervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem das zu dosierende Medium (14) bei einer Temperatur von 20°C eine Viskosität kleiner als 10¹⁵ mPas aufweist.
Dosiervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das zu dosierende Medium (14) ein Klebstoff, ein Öl oder ein Medikament ist.
Dosiervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die Auswerteeinheit (30) ausgebildet ist, um das dosierte Volumen der verdrängten Menge des zu dosierenden Mediums (14) auf der Basis des Messwertes zu bestimmen.
Dosiervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, die eine Regeleinrichtung (60) aufweist, die ausgebildet ist, um die Druckquelle (20) oder einen Druckregler (40) auf der Basis eines von der Auswerteeinheit (30) bestimmten Wertes der verdrängten Menge des zu dosierenden Mediums (14) zu steuern.
Dosiervorrichtung (100) gemäß Anspruch 14, wobei die Regeleinrichtung (60) ausgebildet ist, ein Auslassventil am Auslass (12), oder ein Einlassventil am Gaseinlass (16) in Abhängigkeit von einem von der Auswerteeinheit (30) bestimmten Wert der verdrängten Menge des zu dosierenden Mediums (14) zu steuern.
Dosiervorrichtung (100) gemäß Anspruch 15, wobei die Regeleinrichtung ausgebildet ist das Auslassventil am Auslass (12) oder das Einlassventil am Gaseinlass (16) so zu steuern, dass eine Zieldosiermenge des zu dosierenden Mediums (14) aus dem Medienbehälter (10) abgegeben wird.
Dosierverfahren mit folgenden Schritten: Anlegen (110) eines Gasdrucks an einen Gaseinlass eines Medienbehälters mit einem Auslass für ein zu dosierendes Medium, so dass bei Verdrängen eines zu dosierenden Mediums ein Gas an dem Gaseinlass in den Medienbehälter nachströmt; Erfassen (120) eines Strömungsmesswertes, des durch den Gaseinlass strömenden Gases; und Bestimmen (130) einer verdrängten Mengen des zu dosierenden Mediums auf der Basis des Strömungsmesswertes.
Dosierverfahren gemäß Anspruch 17, das ferner einen Schritt des Regelns (140) des Gasdrucks in dem Medienbehälter aufweist.
Dosierverfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 18, das so durchgeführt wird, dass der Gasdruck in dem Medienbehälter am Beginn und am Ende des Dosiervorgangs annähernd identisch ist.
Dosierverfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 19, das so durchgeführt wird, dass der Gasdruck in dem Medienbehälter während eines Dosiervorgangs höchstens um 5% variiert.
Dosierverfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 20, welches ferner einen Schritt des Regelns (140) des Anlegens (110) eines Gasdruckes an einem Gaseinlass eines Medienbehälters auf der Basis des in dem Schritt des Bestimmens (130) bestimmten Wertes einer verdrängten Menge des zu dosierenden Mediums aufweist.
Dosierverfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 21, welches ferner einen Schritt des Nachregelns (150) einer Dosiermenge des zu dosierenden Mediums in Abhängigkeit des in dem Schritt des Bestimmens (130) bestimmten Wertes einer verdrängten Menge des zu dosierenden Mediums aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 22, wobei das Bestimmen (130) so durchgeführt wird, dass ein Volumen der verdrängten Menge des zu dosierenden Mediums auf der Basis des Strömungsmesswertes bestimmt wird.
Dosierverfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 23, bei dem ferner ein Temperaturmesswert und ein Druckmesswert mindestens einmalig zu Beginn oder während des Dosierverfahrens bestimmt wird und ein Bestimmen (130) eines Volumens der verdrängten Menge des zu dosierenden Mediums auf der Basis des Strömungsmesswertes, des Temperaturmesswertes, des Druckmesswertes und der Gaskonstante erfolgt.
Dosierverfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 24, bei dem das Erfassen (120) eines Strömungsmesswertes mit einem Strömungssensor durchgeführt wird.