DE102019006327A1

DE102019006327A1 - Dosiervorrichtung und Verfahren zum Einstellen einer Dosierung eines Fluids

Info

Publication number: DE102019006327A1
Application number: DE102019006327.9A
Authority: DE
Inventors: Ibrahim Dag; Dirk-Stefan Reichert
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2019-09-09
Filing date: 2019-09-09
Publication date: 2021-03-11
Also published as: CN112452243A; CN112452243B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dosiervorrichtung (100) zum Einstellen einer Dosierung eines Fluids über eine Steuerung einer Dosieröffnung (105), mit einem ortsfesten Blendenkörper (110), einem beweglichen Blendenkörper (120) und einer Steuereinheit (130). Der ortsfeste Blendenkörper weist eine Blendenkörperöffnung (112) auf. Der bewegliche Blendenkörper ist im Bereich der Blendenkörperöffnung angeordnet und relativ zu der Blendenkörperöffnung beweglich gelagert, wobei ein mechanisch einstellbarer Abstand (D) des beweglichen Blendenkörpers relativ zu einer Innenkontur (114) der Blendenkörperöffnung eine Durchflussfläche (A) der Dosieröffnung beschreibt, und wobei der bewegliche Blendenkörper zwischen einer Nullposition, in der die Durchflussfläche der Dosieröffnung eine vorbestimmte minimale Durchflussfläche ist, und einer offenen Position, in der er einen maximalen Fluidstrom durch Fluidleitung (116) und Dosieröffnung erlaubt, beweglich gelagert ist. Dabei weisen der ortsfeste Blendenkörper eine elektrisch leitende Blendenkörperfläche (118) und der bewegliche Blendenkörper eine elektrisch leitende Gegenfläche (122) auf. Die Steuereinheit ist mit der Blendenkörperfläche und der Gegenfläche elektrisch verbunden und ausgebildet, über eine angelegte Spannung eine Kapazitätsinformation eines durch Blendenkörperfläche und Gegenfläche gebildeten kapazitiven Widerstands zu ermitteln und basierend auf der Kapazitätsinformation die aktuell vorliegende Durchflussfläche der Dosieröffnung zu indizieren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dosiervorrichtung zum Einstellen einer Dosierung eines Fluids über eine Steuerung einer Dosieröffnung. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Einstellen einer Dosierung eines Fluids über eine Steuerung einer Dosieröffnung.
Es ist bekannt, dass eine Dosiervorrichtung einen ortsfesten Blendenkörper und einen beweglichen Blendenkörper aufweist, der relativ zu dem ortsfesten Blendenkörper einstellbar ist. Eine derartige Einstellung kann typischerweise durch ein elektrisch gesteuertes Verschieben des beweglichen Blendenkörpers aus dem ortsfesten Blendenkörper heraus oder in den ortsfesten Blendenkörper hinein realisiert werden. Hierbei ist bekannt, die Dosierung anhand einer Wegstrecke der Verschiebung einzustellen.
Weiterhin ist bekannt, den beweglichen Blendenkörper der Dosiervorrichtung relativ zu dem ortsfesten Blendenkörper zu schwenken und dabei über eine elektrische Steuerung einen Schwenkwinkel einzustellen. Hierbei wird die Dosierung anhand des Schwenkwinkels eingestellt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Dosiervorrichtung, insbesondere eine besonders präzise Steuerung einer Dosieröffnung der Dosiervorrichtung zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird zur Lösung dieser Aufgabe eine Dosiervorrichtung zum Einstellen einer Dosierung eines Fluids über eine Steuerung einer Dosieröffnung vorgeschlagen, mit einem ortsfesten Blendenkörper, einem beweglichen Blendenkörper und einer Steuereinheit.
Der ortsfeste Blendenkörper weist eine Blendenkörperöffnung und eine separate Leitungsöffnung auf, so dass sich von der Leitungsöffnung zu der Blendenkörperöffnung eine Fluidleitung des ortsfesten Blendenkörpers für das zu dosierende Fluid erstreckt.
Der bewegliche Blendenkörper ist im Bereich der Blendenkörperöffnung angeordnet und relativ zu der Blendenkörperöffnung beweglich gelagert, wobei ein mechanisch einstellbarer Abstand des beweglichen Blendenkörpers relativ zu einer Innenkontur der Blendenkörperöffnung eine Durchflussfläche der Dosieröffnung beschreibt, und wobei der bewegliche Blendenkörper zwischen einer Nullposition, in der die Durchflussfläche der Dosieröffnung eine vorbestimmte minimale Durchflussfläche ist, und einer offenen Position, in der er einen maximalen Fluidstrom durch Fluidleitung und Dosieröffnung erlaubt, beweglich gelagert ist, und wobei der ortsfeste Blendenkörper eine elektrisch leitende Blendenkörperfläche aufweist und der bewegliche Blendenkörper eine elektrisch leitende Gegenfläche aufweist, wobei sich Blendenkörperfläche und Gegenfläche in der Nullposition des beweglichen Blendenkörpers einander gegenüberliegen und in der geöffneten Position des beweglichen Blendenkörpers einen größeren Abstand zueinander als in der Nullposition aufweisen.
Die Steuereinheit ist mit der Blendenkörperfläche und der Gegenfläche elektrisch verbunden und ist ausgebildet, über eine angelegte Spannung eine Kapazitätsinformation, insbesondere eine Kapazität und/oder einen kapazitiven Widerstand, eines durch Blendenkörperfläche und Gegenfläche gebildeten kapazitiven Widerstands zu ermitteln und basierend auf der Kapazitätsinformation die aktuell vorliegende Durchflussfläche der Dosieröffnung und/oder den aktuell vorliegenden Abstand des beweglichen Blendenkörpers relativ zu der Innenkontur der Blendenkörperöffnung zu indizieren.
Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass ein geringer Abstand zwischen ortsfestem Blendenkörper und beweglichem Blendenkörper das Ermitteln einer Kapazitätsinformation durch den gebildeten kapazitiven Widerstand erlaubt und dass eine Dosierung anhand der Kapazitätsinformation in der Praxis besonders robust und präzise sein kann. So stellt die Kapazitätsinformation eine Information bezüglich eines relativen Abstandes zwischen ortsfestem Blendenkörper und beweglichem Blendenkörper dar. Dadurch bildet die Kapazitätsinformation nicht nur eine Information zu einer Bewegungsstrecke oder einem Bewegungswinkel des beweglichen Blendenkörpers, sondern eine Information zu einem tatsächlichen Abstand zwischen den beiden für die Dosieröffnung relevanten Blendenkörpern. Weiterhin wurde erkannt, dass dadurch ortfester und beweglicher Blendenkörper neben ihrer bekannten Aufgabe, als pneumatischer Widerstand für das zu dosierende Fluid zu fungieren, eine zweite Aufgabe durch die Prüfung der aktuellen Durchflussfläche oder des aktuellen Abstands erfüllen können.
Vorteilhaft ermöglicht die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung daher eine besonders präzise elektrische Bestimmung der aktuell vorliegenden Durchflussfläche der Dosieröffnung und/oder des aktuell vorliegenden Abstands des beweglichen Blendenkörpers relativ zu der Innenkontur der Blendenkörperöffnung. Hierzu ist in der Praxis das einmalige Aufnehmen einer Kalibrierkurve vorteilhaft, die die ermittelte Kapazitätsinformation in Relation zu der Durchflussfläche und/oder dem vorliegenden Abstand stellt. Nachdem diese Relation bekannt ist, können insbesondere Änderungen der Dosieröffnung besonders präzise erfasst werden.
Weiterhin kann durch das regelmäßige Ermitteln der Kapazitätsinformation eine Lage des beweglichen Blendenkörpers relativ zu dem ortsfesten Blendenkörper dauerhaft überprüft werden, so dass eine manuelle oder visuelle Überprüfung, beispielsweise einer stabilen Lagerung des beweglichen Blendenkörpers, vermieden werden kann.
Das sich die Blendenkörperfläche und die Gegenfläche in der Nullposition gegenüberliegen, bedeutet, dass sie im Rahmen dieser Erfindung die Flächen eines Kondensators bilden, aus dessen kapazitivem Widerstand auf den Abstand zwischen diesen beiden Flächen geschlossen werden kann.
Vorzugsweise sind die Blendenkörperfläche und die Gegenfläche derart aufeinander abgestimmt, insbesondere gleichartig geformt, dass eine Bewegung des beweglichen Blendenkörpers relativ zu dem ortsfesten Blendenkörper zu einer im Wesentlichen parallelen Verschiebung von Blendenkörperfläche und Gegenfläche zueinander führt.
Die Nullposition bildet diejenige Position, von der aus eine Kalibrierung der Bewegung des beweglichen Blendenkörpers relativ zu dem ortsfesten Blendenkörper möglich ist. Insbesondere ist die Nullposition eine Position, die auch nach einer Bewegung des beweglichen Blendenkörpers präzise wieder durch den beweglichen Blendenkörper erreicht werden kann.
Die Möglichkeit die Dosieröffnung zu schließen ist erfindungsgemäß nicht erforderlich. So kann beispielsweise ein Fluss des zu dosierenden Fluids durch ein im Vergleich zur Dosiervorrichtung vorgelagertes oder nachgelagertes Ventil unterbrochen werden.
Der Abstand des beweglichen Blendenkörpers relativ zu der Innenkontur der Blendenkörperöffnung ist in verschiedenen Ausführungsformen ein Abstandsbereich, da unterschiedliche Abstande existieren. In diesen Ausführungsformen ist der erfindungsgemäße Abstand beispielsweise ein mittlerer Abstand aller Abstände des Abstandsbereichs oder ein kleinster Abstand aller Abstände des Abstandsbereichs oder ein größter Abstand aller Abstände des Abstandsbereichs, oder ein anderes geeignetes Maß um den Abstand zu beschreiben.
Vorzugsweise sind die Blendenkörperfläche und die Gegenfläche galvanisch voneinander getrennt. Weiterhin handelt es sich bei der Blendenkörperfläche und der Gegenfläche vorzugsweise jeweils um Metallflächen.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung beschrieben.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung weiterhin eine Verstelleinrichtung auf, die ausgebildet ist, ein Verstellsignal zu empfangen, das eine auszuführende Verstellung des beweglichen Blendenkörpers relativ zu der Innenkontur der Blendenkörperöffnung indiziert, und basierend auf dem Verstellsignal den Abstand des beweglichen Blendenkörpers relativ zu der Innenkontur der Blendenkörperöffnung mechanisch einzustellen. In dieser Ausführungsform ist die Steuereinheit weiterhin ausgebildet, eine Nutzereingabe zu empfangen, die eine einzustellende Durchflussfläche der Dosieröffnung und/oder einen einzustellenden Abstand des beweglichen Blendenkörpers relativ zu der Innenkontur der Blendenkörperöffnung indiziert und abhängig von der Nutzereingabe und der ermittelten Kapazitätsinformation das Verstellsignal zu bestimmen und an die Verstelleinrichtung auszugeben. In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform ist die Verstelleinrichtung eine Verschiebeeinrichtung und das Verstellsignal ein Verschiebesignal. In dieser Variante wird der bewegliche Blendenkörper relativ zu der Innenkontur der Blendenkörperöffnung verschoben, beispielsweise in den ortsfesten Blendenkörper hinein verschoben oder aus dem ortsfesten Blendenkörper heraus verschoben. In einer weiteren Variante dieser Ausführungsform ist die Verstelleinrichtung eine Schwenkeinrichtung und das Verstellsignal ein Schwenksignal. In dieser Variante wird der bewegliche Blendenkörper relativ zu der Innenkontur der Blendenkörperöffnung geschwenkt. Diese Ausführungsform ist in beiden genannten Varianten besonders vorteilhaft, da anhand der ermittelten Kapazitätsinformation der bewegliche Blendenkörper verstellt wird. Dadurch muss die Verstelleinrichtung nicht besonders präzise kalibriert sein, da das Ausmaß der Verstellung nicht gemessen wird. In dieser Ausführungsform wird vorteilhaft ausgenutzt, dass die Kalibrierung der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung lediglich über eine Zuordnung zwischen Kapazitätsinformation und vorliegendem Abstand und/oder vorliegende Durchflussfläche erfolgt. Die Nutzereingabe ist typischerweise eine über ein Touchdisplay, eine Eingabetaste oder eine Tastatur empfangene Nutzereingabe, die entsprechend der Ausführungsform eine Steuerung durch die Steuereinheit auslöst.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist der bewegliche Blendenkörper über mindestens ein Lagerungselement elektrisch isoliert gelagert, so dass beweglicher Blendenkörper und ortsfester Blendenkörper galvanisch getrennt voneinander sind. Die galvanische Trennung über das mindestens eine Lagerungselement kann besonders sicher eine dauerhafte galvanische Trennung von beweglichem Blendenkörper und ortsfestem Blendenkörper sicherstellen. In einer bevorzugten Variante ist das mindestens eine Lagerungselement mindestens eine nicht-leitende Keramikkugel. Vorzugsweise ist der bewegliche Blendenkörper durch zwei nicht leitende Keramikkugeln in einer Bewegungsachse gelagert. Die Verwendung mindestens einer Keramikkugel ist dadurch vorteilhaft, dass Keramik eine vergleichsweise hohe Schmelztemperatur und eine hohe Formstabilität aufweist und dadurch eine dauerhaft verlässliche Lagerung des beweglichen Blendenkörpers ermöglicht.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Nullposition eine Position des beweglichen Blendenkörpers, in der die Blendenkörperfläche und die Gegenfläche bündig aneinander anliegen. In dieser Ausführungsform sind Blendenkörperfläche und Gegenfläche derart ausgebildet, dass sie bündig aneinander anliegen können. Weiterhin ist es in dieser Ausführungsform vorzugsweise möglich, die Dosieröffnung komplett zu verschließen. Die Nullposition in dieser Ausführungsform kann besonders einfach präzise wieder erreicht werden, da der bewegliche Blendenkörper nach einer Bewegung relativ zu dem ortsfesten Blendenkörper lediglich so lange zurückbewegt werden muss, bis er wieder an dem ortsfesten Blendenkörper, insbesondere an dessen Blendenkörperfläche bündig anliegt.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der bewegliche Blendenkörper entlang einer Blendenachse der Dosiervorrichtung beweglich gelagert. In dieser Ausführungsform ist die Bewegung des beweglichen Blendenkörpers eine Bewegung entlang der Blendenachse. Eine derartige Bewegung kann besonders präzise, beispielsweise über ein Schraubgewinde, gesteuert werden. Weiterhin kann die Dosiervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform besonders kompakt und robust verbaut werden, da lediglich eine Bewegung eines Bestandteils in eine Raumrichtung berücksichtigt werden muss. In einer vorteilhaften Variante dieser Ausführungsform wird der bewegliche Blendenkörper über eine auf den beweglichen Blendenkörper wirkende Federkraft in der Blendenachse gehalten. Insbesondere erfolgt in einem bevorzugten Beispiel eine Verschiebung des beweglichen Blendenkörpers über das Aufbringen einer gegen die Federkraft wirkenden Verschiebekraft. Vorteilhaft kann anhand der Kapazitätsinformation überprüft werden, ob der bewegliche Blendenkörper in seiner Blendenachse präzise gelagert ist oder ob eine Verschiebung stattgefunden hat. So kann anhand einer vorbestimmten Kalibrierinformation eine Zuordnung zwischen möglichem Verschiebungsmuster des beweglichen Blendenkörpers und daraus resultierender Kapazitätsinformation erfolgen.
In einer bevorzugten Variante der vorhergehenden Ausführungsform ist die Blendenachse eine Achse, zu der die Innenkontur der Blendenkörperöffnung drehsymmetrisch ausgebildet ist, so dass die Durchflussfläche der Dosieröffnung im Wesentlichen ringförmig ist. In dieser Ausführungsform ist der bewegliche Blendenkörper innerhalb der Blendenkörperöffnung gelagert. Die drehsymmetrische Form der Blendenkörperöffnung führt zu einer besonders homogenen Abnutzung des ortsfesten Blendenkörpers entlang der Dosieröffnung durch das zu dosierende Fluid. Vorzugsweise ist der bewegliche Blendenkörper in dieser Ausführungsform ebenfalls drehsymmetrisch ausgebildet. Hierdurch wird ebenfalls eine homogene Abnutzung der Dosiervorrichtung durch das zu dosierende Fluid ermöglicht.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der bewegliche Blendenkörper derart geformt und gelagert, dass eine Vergrößerung des mechanisch einstellbaren Abstands des beweglichen Blendenkörpers relativ zu der Innenkontur der Blendenkörperöffnung durch ein Verschieben des beweglichen Blendenkörpers aus der Blendenkörperöffnung heraus in eine von dem ortsfesten Blendenkörper wegweisende Richtung erfolgt. Die Dosiervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform ist besonders kompakt, da der bewegliche Blendenkörper zumindest teilweise innerhalb der Blendenkörperöffnung des ortsfesten Blendenkörpers angeordnet ist. Vorzugsweise erfolgt die Bewegung, insbesondere das Verschieben des beweglichen Blendenkörpers entlang der Blendenachse.
In einer besonders bevorzugten Variante der beiden vorhergehenden Ausführungsformen ist der bewegliche Blendenkörper konisch geformt und die Gegenfläche bildet zumindest eine Teilfläche einer konischen Oberfläche des beweglichen Blendenkörpers. Dabei ist die Innenkontur der Blendenkörperöffnung als entsprechende Konushülse geformt und die Blendenkörperfläche bildet zumindest eine Teilfläche einer konischen Oberfläche der Innenkontur. Die konische Formgebung gemäß dieser Ausführungsform bildet eine besonders vorteilhafte Variante einer drehsymmetrischen Ausgestaltung von beweglichem Blendenkörper und Innenkontur, da eine konische Form besonders einfach maschinell hergestellt werden kann und dabei typischerweise besonders robust ist. Weiterhin ermöglicht die Kombination aus konisch geformtem Blendenkörper und einer entsprechenden Konushülse als Innenkontur eine besonders homogene Abnutzung der Dosiervorrichtung durch das zu dosierende Fluid, sowie eine besonders homogene Verteilung des zu dosierenden Fluids entlang der Dosieröffnung während eines Betriebs der Dosiervorrichtung.
In einer zu den beiden vorhergehenden Ausführungsformen alternativen Ausführungsform ist der bewegliche Blendenkörper ein im Wesentlichen ebener beweglicher Blendenkörper, der relativ zur der Blendenkörperöffnung schwenkbar gelagert ist. In dieser alternativen Ausführungsform ist die Lagerung des beweglichen Blendenkörpers besonders einfach und robust über eine entsprechende Aufhängung des ebenen beweglichen Blendenkörpers im Bereich der Blendenkörperöffnung möglich.
Vorzugsweise ist im Rahmen dieser alternativen Ausführungsform die Durchflussfläche eine gekrümmte Durchflussfläche. Die Durchflussfläche ist hierbei insbesondere dadurch gekrümmt, dass das Fluid durch die Blendenkörperöffnung an dem beweglichen Blendenkörper vorbeiströmt und die Durchflussfläche somit senkrecht zu dem ebenen beweglichen Blendenkörper ausgebildet ist. Eine detaillierte Erläuterung hierzu befindet sich in der Beschreibung zu 4.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung beträgt der mechanisch einstellbare Abstand des beweglichen Blendenkörpers relativ zu der Innenkontur der Blendenkörperöffnung weniger als 1 mm, vorzugsweise weniger als 0,7 mm, insbesondere weniger als 0,5 mm. Für derart geringe Abstände ist die Steuerung der Dosieröffnung über die Kapazitätsinformation des gebildeten kapazitiven Widerstandes besonders vorteilhaft, da beispielsweise über das Ermitteln der Kapazität oder des kapazitiven Widerstandes eine genaue Auflösung von derart geringen Abständen möglich ist. Für sehr große Abstände im Bereich von mehreren Millimetern wäre eine kapazitiven Messung weniger geeignet, da hierbei der Anteil von Störeffekten, wie sogenannten parasitären Kapazitäten, größer wird als die zu messende Kapazität.
Besonders bevorzugt beträgt der mechanisch einstellbare Abstand des beweglichen Blendenkörpers relativ zu der Innenkontur des Blendenkörpers mindestens 0,01 mm, insbesondere mindestens 0,02 mm, besonders bevorzugt mindestens 0,05 mm. In dieser Ausführungsform wird vorteilhaft sichergestellt, dass bei der kapazitiven Messung zwischen Blendenkörperfläche und Gegenfläche keine vorzeitige Entladung stattfindet, die die Steuerung der Dosieröffnung behindern würde.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Steuereinheit weiterhin ein Speichermodul auf, in dem eine Kalibrierungsinformation gespeichert ist. Dabei ist die Steuereinheit ausgebildet, der ermittelten Kapazitätsinformation abhängig von der gespeicherten Kalibrierungsinformation die aktuell vorliegende Durchflussfläche der Dosieröffnung und/oder den aktuell vorliegenden Abstand des beweglichen Blendenkörpers relativ zu der Innenkontur der Blendenkörperöffnung zuzuordnen. Die Verwendung einer derartigen Kalibrierungsinformation ermöglicht vorteilhaft ein besonders präzises Steuern der Dosieröffnung. Die Kalibrierungsinformation ist dabei beispielsweise als ein funktioneller Zusammenhang in einem Speichermodul hinterlegt oder als eine konkrete Zuordnung von durch die Kapazitätsinformation angezeigten Werten zu vorliegendem Abstand und/oder vorliegende Durchflussfläche. Vorzugsweise wurde die Kalibrierungsinformation einmalig aufgenommen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird zur Lösung der oben angegebenen Aufgabe ein Verfahren zum Einstellen einer Dosierung eines Fluids über eine Steuerung einer Dosieröffnung vorgeschlagen. Das erfindungsgemäß Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

- Bereitstellen eines ortsfesten Blendenkörpers, der eine Blendenkörperöffnung und eine separate Leitungsöffnung aufweist, so dass sich von der Leitungsöffnung zu der Blendenkörperöffnung eine Fluidleitung des ortsfesten Blendenkörpers für das zu dosierende Fluid erstreckt,
- bewegliches Lagern eines beweglichen Blendenkörpers im Bereich der Blendenkörperöffnung,
- mechanisches Einstellen eines Abstands des beweglichen Blendenkörpers relativ zu einer Innenkontur der Blendenkörperöffnung, der eine Durchflussfläche der Dosieröffnung beschreibt, wobei der bewegliche Blendenkörper zwischen einer Nullposition, in der die Durchflussfläche der Dosieröffnung eine vorbestimmte minimale Durchflussfläche ist, und einer offenen Position, in der er einen maximalen Fluidstrom durch Fluidleitung und Dosieröffnung erlaubt, beweglich gelagert ist,
- Anlegen einer Spannung an eine elektrisch leitende Blendenkörperfläche des ortsfesten Blendenkörpers und an eine elektrisch leitende Gegenfläche des beweglichen Blendenkörpers,
- Ermitteln einer Kapazitätsinformation eines durch Blendenkörperfläche und Gegenfläche gebildeten kapazitiven Widerstands
- Indizieren der aktuell vorliegenden Durchflussfläche der Dosieröffnung und/oder des aktuell vorliegenden Abstands des beweglichen Blendenkörpers relativ zu der Innenkontur der Blendenkörperöffnung basierend auf der ermittelten Kapazitätsinformation.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt vorteilhaft ein besonders präzises Bestimmen der aktuell vorliegenden Durchflussfläche und/oder des aktuell vorliegenden Abstands. Weiterhin ist das Messen einer Kapazitätsinformation besonders robust, da zwei voneinander beanstandete Flächen, insbesondere zwei voneinander beanstandete und galvanisch getrennte Metallflächen stets das Ermitteln einer Kapazitätsinformation erlauben.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Verfahren die folgenden weiteren Schritte auf:

- Empfangen einer Nutzereingabe, die eine einzustellende Durchflussfläche der Dosieröffnung und/oder einen einzustellenden Abstand des beweglichen Blendenkörpers relativ zu der Innenkontur der Blendenkörperöffnung indiziert,
- Bestimmen eines Verstellsignals abhängig von der Nutzereingabe und der ermittelten Kapazitätsinformation und Ausgeben des Verstellsignals an eine Verstelleinrichtung,
- Empfangen des Verstellsignals, das eine auszuführende Verstellung des beweglichen Blendenkörpers relativ zu der Innenkontur der Blendenkörperöffnung indiziert,
- mechanisches Einstellen des Abstands des beweglichen Blendenkörpers relativ zu der Innenkontur basierend auf dem Verstellsignal.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren um ein iteratives Verfahren, bei dem basierend auf der Kapazitätsinformation der bewegliche Blendenkörper verstellt wird, um danach erneut die Kapazitätsinformation zu bestimmen und dadurch zu prüfen, ob eine erneute Verstellung des beweglichen Blendenkörpers notwendig ist. So werden diese Verstell-Schritte wiederholt, bis die Kapazitätsinformation das Erreichen einer gewünschten einzustellenden Abstand und/oder einer gewünschten einzustellenden Durchflussfläche indiziert.
Die Erfindung soll nun anhand von in den Figuren schematisch dargestellten, vorteilhaften Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Von diesen zeigen im Einzelnen:

1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung;
2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung;
3, 4 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung, in einer geschlossenen Position (3) und in einer offenen Position (4);
5 eine schematische Darstellung einer Kalibrierungskurve für die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung;
6 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung 100.
Die Dosiervorrichtung 100 ist zum Einstellen einer Dosierung eines Fluids über eine Steuerung einer Dosieröffnung 105 ausgebildet. Dabei weist die Dosiervorrichtung 100 einen ortsfesten Blendenkörper 110, einen beweglichen Blendenkörper 120 und eine Steuereinheit 130 auf.
Der ortsfeste Blendenkörper 110 weist eine Blendenkörperöffnung 112 und eine separate Leitungsöffnung 113 auf, so dass sich von der Leitungsöffnung 113 zu der Blendenkörperöffnung 112 eine Fluidleitung 116 des ortsfesten Blendenkörpers für das zu dosierende Fluid erstreckt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Fluidleitung 116 rotationssymmetrisch um den beweglichen Blendenkörper 120.
Der bewegliche Blendenkörper 120 ist im Bereich der Blendenkörperöffnung 112 angeordnet und relativ zu der Blendenkörperöffnung 112 beweglich gelagert. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der bewegliche Blendenkörper 120 innerhalb der Blendenkörperöffnung 112 angeordnet. Ein mechanisch einstellbarer Abstand D (siehe 2) des beweglichen Blendenkörpers 120 relativ zu einer Innenkontur 114 der Blendenkörperöffnung 112 beschreibt eine Durchflussfläche A (siehe 2) der Dosieröffnung 105. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der bewegliche Blendenkörper 120 in einer Nullposition angeordnet, in der die Durchflussfläche A eine vorbestimmte minimale Durchflussfläche ist, nämlich vorliegend eine geschlossene Durchflussfläche bei der der bewegliche Blendenkörper 120 vollständig an der Innenkontur 114 der Blendenkörperöffnung 112 anliegt. Daher sind der Abstand D und die Durchflussfläche A in 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt, ergeben sich aber aus 2 aufgrund der ähnlichen Struktur des zweiten Ausführungsbeispiels. Der bewegliche Blendenkörper 112 ist dabei zwischen der Nullposition und einer offenen Position, in der er einen maximalen Fluidstrom durch Fluidleitung 116 und Dosieröffnung 105 erlaubt, beweglich gelagert. Der ortsfeste Blendenkörper 110 weist eine elektrisch leitende Blendenkörperfläche 118 auf und der bewegliche Blendenkörper 120 weist eine elektrisch leitende Gegenfläche 122 auf, wobei sich Blendenkörperfläche 118 und Gegenfläche 122 in der Nullposition des beweglichen Blendenkörpers einander gegenüberliegen, vorliegend aneinander anliegen, und in der geöffneten Position des beweglichen Blendenkörpers 120 einen größeren Abstand zueinander als in der Nullposition aufweisen.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der bewegliche Blendenkörper 120 entlang einer Blendenachse 140 der Dosiervorrichtung 100 beweglich gelagert. Dabei ist die Blendenachse 140 drehsymmetrisch zu der Innenkontur 114 der Blendenkörperöffnung 112 ausgebildet. Außerhalb der dargestellten Nullposition ist dadurch die Durchflussfläche der Dosieröffnung 105 im Wesentlichen ringförmig, insbesondere da der bewegliche Blendenkörper 120 ebenfalls drehsymmetrisch um die Blendenachse 140 ausgebildet ist. Eine Vergrößerung des mechanisch einstellbaren Abstands des beweglichen Blendenkörpers 120 durch dessen Verschiebung aus der Blendenkörperöffnung 112 heraus erfolgt durch eine Verschiebung des beweglichen Blendenkörpers 120 entlang der Blendenachse 140. Eine für die Verschiebung notwendige Verschiebekraft wird durch die Federkraft einer Feder 145 bewirkt, die auf ein Lagerungselement 150 des beweglichen Blendenkörpers 120 wirkt. Bei dem Lagerungselement 150 handelt es sich um ein Lagerungselement, dass eine elektrisch isolierte Lagerung des beweglichen Blendenkörpers 120 ermöglicht. Vorliegend handelt es sich bei dem Lagerungselement 150 um mindestens eine Keramikkugel.
Die gegen die Federkraft der Feder 145 bewirkte Verschiebung des beweglichen Blendenkörpers 120 in die dargestellte Nullposition hinein, wird in dem dargestellten vorteilhaften Ausführungsbeispiel durch eine Verstelleinrichtung 160 der Dosiervorrichtung 100 ausgeführt. Dabei ist die Verstelleinrichtung 160 ausgebildet, ein Verstellsignal 162 zu empfangen, das eine auszuführende Verstellung des beweglichen Blendenkörpers 120 relativ zu der Innenkontur 114 der Blendenkörperöffnung 112 indiziert, und basierend auf dem Verstellsignal 162 den Abstand des beweglichen Blendenkörpers 120 relativ zu der Innenkontur 114 der Blendenkörperöffnung 112 mechanisch einzustellen. Die Verschiebung wird im dargestellten Ausführungsbeispiel über einen Aktuator 164 der Verstelleinrichtung 160 bewirkt, der gegen ein weiteres Lagerungselement 150', das den beweglichen Blendenkörper 120 in der Blendenachse 140 hält, presst. Das weitere Lagerungselement 150' ist ebenfalls eine Keramikkugel.
Die Steuereinheit 130 ist mit der Blendenkörperfläche 118 und der Gegenfläche 122 über eine erste elektrische Verbindung 132 und eine zweite elektrische Verbindung 134 elektrisch verbunden. Weiterhin ist die Steuereinheit 130 ausgebildet, über eine angelegte Spannung eine Kapazitätsinformation eines durch Blendenkörperfläche 118 und Gegenfläche 122 gebildeten kapazitiven Widerstands zu ermitteln und basierend auf der Kapazitätsinformation die aktuell vorliegende Durchflussfläche der Dosieröffnung 105 und/oder den aktuell vorliegenden Abstand des beweglichen Blendenkörpers 120 relativ zu der Innenkontur 114der Blendenkörperöffnung 112 zu indizieren. In der dargestellten Nullposition kann keine Kapazitätsinformation ermittelt werden, da ein direkter elektrischer Kontakt zwischen Blendenkörperfläche 118 und Gegenfläche 122 vorliegt. Das strukturell ähnliche zweite Ausführungsbeispiel aus 2 veranschaulicht eine von der Nullposition verschiedene Position.
Die erste elektrische Verbindung 132 verbindet die Steuereinheit 130 mit der Blendenkörperfläche 118. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird durch die erste elektrische Verbindung 132 lediglich der ortsfeste Blendenkörper 110 kontaktiert, und da der gesamte ortsfeste Blendenkörper 110 aus einem elektrisch leitenden Material, insbesondere einem Metall, gefertigt ist, ist die im Bereich der Innenkontur 114 der Blendenkörperöffnung 112 ausgebildete Blendenkörperfläche 118 ebenfalls elektrisch leitend ausgebildet.
Die zweite elektrische Verbindung 134 verbindet die Steuereinheit 130 mit der Gegenfläche 122 des beweglichen Blendenkörpers 120. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die zweite elektrische Verbindung 134 über ein weiteres Lagerungselement 152 sichergestellt, welches den beweglichen Blendenkörper 120 gegenüber schräg zu der Blendenachse 140 wirkenden Querkräften stabil in der Blendenachse 140 hält. Vorzugsweise ist das weitere Lagerungselement 152 ein elastisches Lagerungselement, das einen elektrischen Kontakt der zweiten elektrischen Verbindung 134 mit dem beweglichen Blendenkörper 120 sicherstellt. Da der gesamte bewegliche Blendenkörper 120 aus einem elektrisch leitenden Material, insbesondere einem Metall, gefertigt ist, bildet die gesamte Oberfläche des beweglichen Blendenkörpers 120 die Gegenfläche 122 und dadurch erfindungsgemäß einen kapazitiven Widerstands in Kombination mit der Blendenkörperfläche 118, falls der bewegliche Blendenkörper 120 sich außerhalb der dargestellten Nullposition befindet.
Das weitere Lagerungselement 152 ist vorzugsweise sowohl im Bereich der Blendenkörperöffnung 112 als auch im Bereich der separaten Leitungsöffnung 113 angeordnet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden hierfür zwei unterschiedliche weitere Lagerungselemente 152, 152' verwendet. Hierdurch kann in Kombination mit den Lagerungselementen 150, 150' eine besonders sichere und zuverlässige Lagerung des beweglichen Blendenkörpers 120 entlang der Blendenachse 140 ermöglicht werden.
Der bewegliche Blendenkörper 120 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel konisch geformt und die Gegenfläche 122 bildet zumindest eine Teilfläche einer konischen Oberfläche 124 des beweglichen Blendenkörpers 120. Die Innenkontur 114 der Blendenkörperöffnung 112 ist entsprechend der konischen Oberfläche 124 als entsprechende Konushülse geformt und bildet zumindest eine Teilfläche einer konischen Oberfläche 119 der Innenkontur 114.
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Nullposition eine Position, in der Blendenkörperfläche und Gegenfläche nicht aneinander anliegen und der Abstand des beweglichen Blendenkörpers relativ zu der Innenkontur der Blendenkörperöffnung ein nicht vernachlässigbarer Abstand ist. So erlaubt die Dosieröffnung in der Nullposition ebenfalls einen Durchfluss des zu dosierenden Fluids durch die Fluidleitung.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung 200.
Das zweite Ausführungsbeispiel zeigt weniger Details zur Lagerung des beweglichen Blendenkörpers 220 der Dosiervorrichtung 200 als dies im Rahmen des ersten Ausführungsbeispiels der Fall war.
Die Dosiervorrichtung 200 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich dadurch von der in 1 dargestellten Dosiervorrichtung 100, dass die Blendenkörperfläche 218 und die Gegenfläche 222 separate elektrisch leitende Flächen sind, die entsprechend an der konischen Oberfläche 224 des beweglichen Blendenkörpers 220 und an der konischen Oberfläche 219 der Innenkontur 214 des ortsfesten Blendenkörpers 210 angeordnet sind. Der bewegliche Blendenkörper 220 und der ortsfeste Blendenkörper 210 sind nicht aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet. Entsprechend führt die erste elektrische Verbindung 232 direkt zu der Blendenkörperfläche 218 und die zweite elektrische Verbindung 234 direkt zu der Gegenfläche 222. Gegenfläche 222 und Blendenkörperfläche 218 sind vorliegend drehsymmetrisch bezüglich der Blendenachse 140 ausgebildet.
Weiterhin ist die dargestellte Position des beweglichen Blendenkörpers 220 nicht die Nullposition des beweglichen Blendenkörpers 220 in dem dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel. Der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eingestellte Abstand D zwischen beweglichem Blendenkörper 220 und Innenkontur 214 der Blendenkörperöffnung 212 erlaubt dem zu dosierenden Fluid einen Durchfluss durch die Fluidleitung 216. Dabei bestimmt der Abstand D die einzustellende Dosierungsfläche A der Dosieröffnung 205.
Schließlich ist die Steuereinheit 230 weiterhin ausgebildet, über ein Speichermodul 236 auf eine gespeicherte Kalibrierungsinformation zuzugreifen. Dabei ist die Steuereinheit 230 dazu ausgebildet, der ermittelten Kapazitätsinformation abhängig von der gespeicherten Kalibrierungsinformation die aktuell vorliegende Durchflussfläche A der Dosieröffnung 205 und/oder den aktuell vorliegenden Abstand D des beweglichen Blendenkörpers 220 relativ zu der Innenkontur 214 der Blendenkörperöffnung 212 zuzuordnen.
Weiterhin ist die Steuereinheit 230 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel dazu ausgebildet, anhand der gespeicherten Kalibrierungsinformation zu erkennen, falls der bewegliche Blendenkörper 220 nicht gemäß seiner vorbestimmten Anordnung innerhalb der Dosiervorrichtung 200 gelagert ist, insbesondere falls er relativ zu der Blendenachse 140 gekippt ist. Ein derartiges Erkennen ist dadurch möglich, dass die gespeicherte Kalibrierungsinformation bei Vorliegen der vorbestimmten Anordnung des beweglichen Blendenkörpers 220 innerhalb der Dosiervorrichtung 200 ermittelt wurde. Eine Änderung des Abstandes D führt daher zu einer charakteristischen Änderung der Kapazitätsinformation und umgekehrt. Falls sich die Kapazitätsinformation ohne ein Verstellen des beweglichen Blendenkörpers 220 ändert, oder falls sich die Kapazitätsinformation bei Änderung des Abstandes D auf nicht reproduzierbare Weise ändert, kann dadurch ein Fehler in der Lagerung des beweglichen Blendenkörpers 220 erkannt werden. Die Speicherung der Kalibrierungsinformation erfolgt vorliegend in dem Speichermodul 236 der Steuereinheit 230
Grundsätzlich wird die Kapazität C eines Plattenkondensators bestimmt durch die Gleichung C = ε₀ε_rA_p/D, wobei ε₀ die elektrische Feldkonstante im Vakuum, ε_r die Dielektrizitätszahl, A_p die Fläche der Platten und D deren Abstand ist. Die Dielektrizitätszahl ist bei dem vorliegend betrachteten kapazitiven Widerstand abhängig von dem zu dosierenden vorbestimmten Fluid und somit grundsätzlich bekannt. Die Fläche A_p ergibt sich für den betrachteten Konus abhängig von der genauen Bemaßung des beweglichen Blendenkörpers 220 und des ortsfesten Blendenkörpers 210. Grundsätzlich ist die Fläche A_p somit auch bekannt und während des Betriebs der Dosiervorrichtung 200 nicht veränderlich. Grundsätzlich ergibt sich aus der reziproken Abhängigkeit von Kapazität und Abstand D, dass sich Veränderungen der Dosieröffnung 205 bei kleinen Abständen D besonders gut anhand der Kapazitätsinformation bestimmen lassen. Für sehr große Abstände D kann der oben angegebene Zusammenhang zwischen Kapazität und Abstand nicht verwendet werden, da der Anteil von parasitären Kapazitäten größer wird als die zu erwartende eigentliche Kapazität zwischen den beiden Flächen 218, 222.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der mechanisch einstellbare Abstand D des beweglichen Blendenkörpers 220 relativ zu der Innenkontur 214 der Blendenkörperöffnung 212 weniger als 1 mm, vorzugsweise weniger als 0,7 mm, insbesondere weniger als 0,5 mm. Vorzugsweise ist der mechanisch einstellbare Abstand D zum Vermeiden einer vorzeitigen Entladung zwischen Blendenkörperfläche 218 und Gegenfläche 222 größer als 0,01 mm, insbesondere größer als 0,02 mm, besonders bevorzugt größer als 0,05 mm.
3 und 4 zeigen eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung 300, in einer geschlossenen Position (3) und in einer offenen Position (4).
Die Dosiervorrichtung 300 zeigt einen grundsätzlich anderen strukturellen Aufbau als die in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen der Dosiervorrichtung 100, 200.
Der bewegliche Blendenkörper 320 ist ein im Wesentlichen ebener beweglicher Blendenkörper 320, der schwenkbar an dem ortsfesten Blendenkörper 310 gelagert ist. Dabei ist der bewegliche Blendenkörper 320 ebenfalls im Bereich der Blendenkörperöffnung 312 angeordnet, wobei er die Blendenkörperöffnung 312 in der in 3 dargestellten Nullposition, bei der es sich in dem dargestellten Ausführungsbeispiel um einen im Wesentlichen geschlossenen Zustand handelt, im Wesentlichen verschließt. Der bewegliche Blendenkörper 320 legt sich dabei als ebene Fläche im Wesentlichen von außen auf die Blendenkörperöffnung 312. Anders als in den vorherigen Ausführungsbeispielen kann sich das zu dosierende Fluid daher auch im geschlossenen Zustand der Dosiervorrichtung 300 in der kompletten Fluidleitung 316 aufhalten, da lediglich der Ausgang der Fluidleitung 316, nämlich die Blendenkörperöffnung 312 verschlossen ist.
Die Blendenkörperfläche 318 und die Gegenfläche 322 bilden separate Flächen jeweils an dem beweglichen Blendenkörper 320 und dem ortsfesten Blendenkörper 310. Dabei ist der ortsfeste Blendenkörper 310 nicht aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet, so dass die erste elektrische Verbindung 332 zu der Blendenkörperfläche 318 sich durch den ortsfesten Blendenkörper 310 bis hin zu dieser Fläche 318 erstreckt. Der bewegliche Blendenkörper 320 ist über zwei Schraubverbindungen 327, 328 und ein biegbares Metallblech 329 mit dem ortsfesten Blendenkörper 310 verbunden. Weiterhin ist eine Feder 345 derart angeordnet, dass der bewegliche Blendenkörper 320 durch die Feder 345 in Richtung der Blendenkörperöffnung 312 gepresst wird.
Der bewegliche Blendenkörper 320 ist elektrisch leitend ausgebildet, so dass die zweite elektrische Verbindung 334 durch eine Verbindung zwischen der Steuereinheit 330 und einer der beiden Schraubverbindungen 327, 328 gebildet wird.
Die Steuereinheit 330 ist dazu ausgebildet, eine Nutzereingabe 370 zu empfangen und abhängig von der Nutzereingabe 370 und der ermittelten Kapazitätsinformation ein Verstellsignal 362 zu bestimmen und an die Verstelleinrichtung 360 auszugeben. Die Nutzereingabe 370 indiziert eine einzustellende Durchflussfläche A der Dosieröffnung 305 und/oder einen einzustellenden Abstand D des beweglichen Blendenkörpers 320 relativ zu der Innenkontur 314 der Blendenkörperöffnung 312. Die Verstelleinrichtung 360 umfasst einen Aktuator 364, der durch eine Durchtrittsöffnung 366 des ortsfesten Blendenkörpers 310 hindurch gegen den beweglichen Blendenkörper 320 und dabei insbesondere gegen die durch die Feder 345 aufgebrachte Federkraft presst.
In 3 ist ein als Nullposition ausgebildeter geschlossener Zustand von beweglichem Blendenkörper 320 und ortsfestem Blendenkörper 310 dargestellt. In 4 wird die gleiche Ausführungsform in einer offenen Position von ortsfestem Blendenkörper 310 und beweglichem Blendenkörper 320 dargestellt, wobei der Aktuator 364 eine größere Schwenkung des beweglichen Blendenkörpers gegen die Federkraft der Feder 345 ausgeführt hat, als dies in 3 der Fall ist.
Weiterhin ist dargestellt, dass die Durchflussfläche A für das dargestellte dritte Ausführungsbeispiel eine gekrümmte Durchflussfläche ist. So wird diese Durchflussfläche A gebildet von derjenigen Fläche, die das zu dosierende Fluid zur Verfügung hat, um nach einem Passieren der Blendenkörperöffnung 312 den ebenen beweglichen Blendenkörper 320 zu umfließen. Diese Durchflussfläche A hat im Wesentlichen die Form eines Zylindermantels, wobei dieser Zylindermantel sich senkrecht von dem ebenen Blendenkörper 320 erstreckt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann als Maß für die Dosieröffnung 305 und mithin als Größe, die den Abstand D zwischen beweglichem Blendenkörper 320 und Innenkontur 314 der Blendenkörperöffnung 312 indiziert, ein Schwenkwinkel W verwendet werden. Mithin erfolgt erfindungsgemäß in dieser Variante eine Bestimmung des Schwenkwinkels W basierend auf der ermittelten Kapazitätsinformation betreffend den kapazitiven Widerstands zwischen Blendenkörperfläche 318 und Gegenfläche 322.
Alternativ oder ergänzend wird als Abstand D ein mittlerer Abstand verwendet. Da sich Blendenkörperfläche und Gegenfläche gegeneinander kippen und daher nur in etwa parallel zueinander ausgebildet sind, gibt es einen Abstandsbereich zwischen den beiden Flächen. Als Maß für den Abstand der Platten des vorliegenden kapazitiven Widerstands wird für den Fall, das die Struktur der Dosiervorrichtung zu einem Abstandsbereich der Platten führt, vorzugsweise ein mittlerer Abstand als Abstand D verwendet. In einem alternativen Ausführungsbeispiel wird für die dargestellte Struktur der kleinste oder größte Abstand des Abstandsbereichs der beiden Platten als Abstand D verwendet.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Diagramms 500 mit einer Kalibrierungskurve 510 für die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung.
Das Diagramm 500 weist einer Abszissen-Achse 520 auf, die den Abstand zwischen Blendenkörperfläche und Gegenfläche der Dosiervorrichtung in Millimeter anzeigt. Dabei weist die Abszissen-Achse 520 eine erste Kennzeichnung 522 bei einem Abstand von 1 mm und eine zweite Kennzeichnung 524 bei einem Abstand von 2 mm auf.
Das Diagramm 500 weist weiterhin eine Ordinaten-Achse 530 auf, die die ermittelte Kapazität des durch Blendenkörperfläche und Gegenfläche gebildeten kapazitiven Widerstands in Mikrofarad anzeigt.
Den Bereich der größten Krümmung 540 der in dem Diagramm eingezeichneten Kalibrierungskurve 510 liegt bei einer Kapazität von etwa 0,15 µF und bei einem Abstand von etwa 0,2 mm. Der Bereich der größten Krümmung 540 bildet einen Übergangs zwischen einem ersten Bereich 544, in dem Änderungen im Abstand eine besonders große Änderung in der gemessenen Kapazität verursachen, und einem zweiten Bereich 548, in dem Änderungen im Abstand kaum zu einer Änderung in der gemessenen Kapazität führen. Folglich können Veränderungen bei geringeren Abständen besonders gut anhand der ermittelten Kapazitätsdifferenz bestimmt werden.
Die Kalibrierungskurve 510 ist abhängig von der Struktur der zugrundeliegenden Dosiervorrichtung. Der Verlauf ist aufgrund der reziproken Abhängigkeit von Kapazität und Abstand der Kondensatorplatten jedoch immer ähnlich.
Die Kalibrierungskurve 510 erlaubt erfindungsgemäß nach dem Messen der Kapazität als zu ermittelnde Kapazitätsinformation eine direkte Zuordnung zu dem aktuell vorliegenden Abstand des beweglichen Blendenkörpers relativ zu der Innenkontur der Blendenkörperöffnung. Anhand des aktuell vorliegenden Abstands kann beispielsweise die aktuell vorliegende Durchflussfläche der Dosieröffnung bestimmt werden. Die Kalibrierungskurve 510 stellt vorzugsweise eine optische Darstellung einer Kalibrierinformation dar. In einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel erlaubt die Kalibrierungskurve 510 eine direkte Zuordnung zwischen ermittelter Kapazität und aktuell vorliegender Durchflussfläche der Dosieröffnung.
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Kapazitätsinformation nicht ausschließlich eine ermittelte Kapazität, sondern beispielsweise einen indirekt gemessenen kapazitiven Widerstand.
6 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 600 gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung.
Das erfindungsgemäße Verfahren 600 zum Einstellen einer Dosierung eines Fluids über eine Steuerung einer Dosieröffnung weist die im Folgenden beschriebenen Schritte auf.
Ein erster Schritt 610 umfasst ein Bereitstellen eines ortsfesten Blendenkörpers, der eine Blendenkörperöffnung und eine separate Leitungsöffnung aufweist, so dass sich von der Leitungsöffnung zu der Blendenkörperöffnung eine Fluidleitung des ortsfesten Blendenkörpers für das zu dosierende Fluid erstreckt.
Ein nächster Schritt 620 umfasst ein bewegliches Lagern eines beweglichen Blendenkörpers im Bereich der Blendenkörperöffnung.
Ein darauffolgender Schritt 630 umfasst ein mechanisches Einstellen eines Abstands des beweglichen Blendenkörpers relativ zu einer Innenkontur der Blendenkörperöffnung, der eine Durchflussfläche der Dosieröffnung beschreibt, wobei der bewegliche Blendenkörper zwischen einer Nullposition, in der die Durchflussfläche der Dosieröffnung eine vorbestimmte minimale Durchflussfläche ist, und einer offenen Position, in der er einen maximalen Fluidstrom durch Fluidleitung und Dosieröffnung erlaubt, beweglich gelagert ist.
Ein weiterer Schritt 640 umfasst ein Anlegen einer Spannung an eine elektrisch leitende Blendenkörperfläche des ortsfesten Blendenkörpers und an eine elektrisch leitende Gegenfläche des beweglichen Blendenkörpers.
Ein nächster Schritt 650 umfasst ein Ermitteln einer Kapazitätsinformation eines durch Blendenkörperfläche und Gegenfläche gebildeten kapazitiven Widerstands.
Ein weiterer Schritt 660 umfasst ein Indizieren der aktuell vorliegenden Durchflussfläche der Dosieröffnung und/oder des aktuell vorliegenden Abstands des beweglichen Blendenkörpers relativ zu der Innenkontur der Blendenkörperöffnung basierend auf der ermittelten Kapazitätsinformation.
Die Schritte 610, 620 und 630 werden typischerweise bei der Herstellung der Dosiervorrichtung ausgeführt. Die Schritte 640, 650 und 660 werden vorzugsweise dauerhaft oder in vorbestimmten zeitlichen Abständen wiederholt. Dabei löste der Schritt 640 die beiden weiteren aufeinanderfolgenden Schritte aus, und kann auch parallel zu den anderen beiden Schritten, beispielsweise bei einer dauerhaft aufeinanderfolgenden Messung, ausgeführt werden.
Vorzugsweise wird der Schritt 640 in regelmäßigen zeitlichen Abständen, insbesondere in zeitlichen Abständen von weniger als 5 Sekunden, vorzugsweise in zeitlichen Abständen von weniger als 2 Sekunden, insbesondere in zeitlichen Abständen von etwa 1 Sekunde ausgeführt.
Vorzugsweise werden die Schritte 640, 650 und 660 automatisiert durchgeführt um die Dosieröffnung zu steuern. Nach einer abgeschlossenen Steuerung der Dosieröffnung kann das Verfahren automatisiert und/oder durch eine Interaktion mit einem Anwender des Verfahrens, beispielsweise durch eine Benutzereingabe, beendet werden.
In einer bevorzugten Variante dieses Ausführungsbeispiels werden die Schritte 640, 650 und 660 als iterative Abfolge mehrfach hintereinander ausgeführt. Dabei erfolgt das Einstellen des Abstands im erneut ausgeführten Schritt 640 abhängig von der vorher ermittelten Kapazitätsinformation oder des vorher indizierten Abstands und/oder der vorher indizierten Durchflussfläche. So kann der bewegliche Blendenkörper so lange nachjustiert werden, bis ein einzustellender Abstand und/oder eine einzustellende Durchflussfläche erreicht wird.
Bezugszeichenliste

100, 200, 300: Dosiervorrichtung
105, 205, 305: Dosieröffnung
110, 210, 310: ortsfester Blendenkörper
112, 212, 312: Blendenkörperöffnung
113: Leitungsöffnung
114, 214, 314: Innenkontur
116, 216, 316: Fluidleitung
118, 218, 318: Blendenkörperfläche
119, 219: konische Oberfläche der Innenkontur
120, 220, 320: beweglicher Blendenkörper
122, 222, 322: Gegenfläche
124, 224: konische Oberfläche des beweglichen Blendenkörpers
130, 230, 330: Steuereinheit
132, 232, 332: erste elektrische Verbindung
134, 234, 334: zweite elektrische Verbindung
140: Blendenachse
145, 345: Feder
150, 150': Lagerungselement
152, 152': weiteres Lagerungselement
160, 360: Verstelleinrichtung
162, 362: Verstellsignal
164, 364: Aktuator
236: Speichermodul
327: erste Schraubverbindung
328: zweite Schraubverbindung
329: biegbares Metallblech
366: Durchtrittsöffnung des ortsfesten Blendenkörpers
370: Nutzereingabe
500: Diagramm
510: Kalibrierungskurve
520: Abszissen-Achse
522: erste Kennzeichnung
524: zweite Kennzeichnung
530: Ordinaten-Achse
540: Bereich größter Krümmung
544: erster Bereich
548: zweiter Bereich
600: Verfahren
610, 620, 630, 640, 650: Verfahrensschritte
660
A: Durchflussfläche der Dosieröffnung
D: Abstand
W: Schwenkwinkel

Claims

Dosiervorrichtung (100) zum Einstellen einer Dosierung eines Fluids über eine Steuerung einer Dosieröffnung (105), mit - einem ortsfesten Blendenkörper (110), der eine Blendenkörperöffnung (112) und eine separate Leitungsöffnung (113) aufweist, so dass sich von der Leitungsöffnung (113) zu der Blendenkörperöffnung (112) eine Fluidleitung (116) des ortsfesten Blendenkörpers (110) für das zu dosierende Fluid erstreckt, - einem beweglichen Blendenkörper (120), der im Bereich der Blendenkörperöffnung (112) angeordnet ist und relativ zu der Blendenkörperöffnung (112) beweglich gelagert ist, wobei ein mechanisch einstellbarer Abstand (D) des beweglichen Blendenkörpers (120) relativ zu einer Innenkontur (114) der Blendenkörperöffnung (112) eine Durchflussfläche (A) der Dosieröffnung (105) beschreibt, und wobei der bewegliche Blendenkörper (120) zwischen einer Nullposition, in der die Durchflussfläche (A) der Dosieröffnung (105) eine vorbestimmte minimale Durchflussfläche ist, und einer offenen Position, in der er einen maximalen Fluidstrom durch Fluidleitung (116) und Dosieröffnung (105) erlaubt, beweglich gelagert ist, und wobei der ortsfeste Blendenkörper (110) eine elektrisch leitende Blendenkörperfläche (118) aufweist und der bewegliche Blendenkörper (120) eine elektrisch leitende Gegenfläche (122) aufweist, wobei sich Blendenkörperfläche (118) und Gegenfläche (122) in der Nullposition des beweglichen Blendenkörpers (120) einander gegenüberliegen und in der geöffneten Position des beweglichen Blendenkörpers (120) einen größeren Abstand (D) zueinander als in der Nullposition aufweisen, - einer Steuereinheit (130), die mit der Blendenkörperfläche (118) und der Gegenfläche (122) elektrisch verbunden ist, und die ausgebildet ist, über eine angelegte Spannung eine Kapazitätsinformation eines durch Blendenkörperfläche (118) und Gegenfläche (122) gebildeten kapazitiven Widerstands zu ermitteln und basierend auf der Kapazitätsinformation die aktuell vorliegende Durchflussfläche (A) der Dosieröffnung (105) und/oder den aktuell vorliegenden Abstand (D) des beweglichen Blendenkörpers (120) relativ zu der Innenkontur (114) der Blendenkörperöffnung (112) zu indizieren.
Dosiervorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, weiterhin aufweisend eine Verstelleinrichtung (160), die ausgebildet ist, ein Verstellsignal (162) zu empfangen, das eine auszuführende Verstellung des beweglichen Blendenkörpers (110) relativ zu der Innenkontur (114) der Blendenkörperöffnung (112) indiziert, und basierend auf dem Verstellsignal (162) den Abstand des beweglichen Blendenkörpers (120) relativ zu der Innenkontur (114) der Blendenkörperöffnung (112) mechanisch einzustellen, und wobei die Steuereinheit (130) weiterhin ausgebildet ist, eine Nutzereingabe (170) zu empfangen, die eine einzustellende Durchflussfläche (A) der Dosieröffnung (105) und/oder einen einzustellenden Abstand (D) des beweglichen Blendenkörpers (120) relativ zu der Innenkontur (114) der Blendenkörperöffnung (112) indiziert und abhängig von der Nutzereingabe (170) und der ermittelten Kapazitätsinformation das Verstellsignal (162) zu bestimmen und an die Verstelleinrichtung (160) auszugeben.
Dosiervorrichtung (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der bewegliche Blendenkörper (120) über mindestens ein Lagerungselement (150) elektrisch isoliert gelagert ist, so dass beweglicher Blendenkörper (120) und ortsfester Blendenkörper (110) galvanisch getrennt voneinander sind.
Dosiervorrichtung (100) gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der bewegliche Blendenkörper (120) entlang einer Blendenachse (140) der Dosiervorrichtung (100) beweglich gelagert ist.
Dosiervorrichtung (100) gemäß Anspruch 4, wobei die Blendenachse (140) eine Achse ist, zu der die Innenkontur (114) der Blendenkörperöffnung (112) drehsymmetrisch ausgebildet ist, so dass die Durchflussfläche (A) der Dosieröffnung (105) im Wesentlichen ringförmig ist.
Dosiervorrichtung (100) gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der bewegliche Blendenkörper (120) derart geformt und gelagert ist, dass eine Vergrößerung des mechanisch einstellbaren Abstands (D) des beweglichen Blendenkörpers (120) relativ zu der Innenkontur (114) der Blendenkörperöffnung (112) durch ein Verschieben des beweglichen Blendenkörpers (120) aus der Blendenkörperöffnung (112) heraus in eine von dem ortsfesten Blendenkörper (110) wegweisende Richtung erfolgt.
Dosiervorrichtung (100) gemäß Anspruch 5 und 6, wobei der bewegliche Blendenkörper (120) konisch geformt ist und die Gegenfläche (122) zumindest eine Teilfläche einer konischen Oberfläche (124) des beweglichen Blendenkörpers (120) bildet, und wobei die Innenkontur (114) der Blendenkörperöffnung (112) als entsprechende Konushülse geformt ist und die Blendenkörperfläche (118) zumindest eine Teilfläche einer konischen Oberfläche (119) der Innenkontur (114) bildet.
Dosiervorrichtung (300) gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der bewegliche Blendenkörper (320) ein im Wesentlichen ebener beweglicher Blendenkörper (320) ist, der relativ zu der Blendenkörperöffnung (312) schwenkbar gelagert ist.
Dosiervorrichtung (300) gemäß Anspruch 8, wobei die Durchflussfläche (A) eine gekrümmte Durchflussfläche (A) ist.
Dosiervorrichtung (100) gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mechanisch einstellbare Abstand (D) des beweglichen Blendenkörpers (120) relativ zu der Innenkontur (114) der Blendenkörperöffnung (112) weniger als 1 mm, vorzugsweise weniger als 0,7 mm, insbesondere weniger als 0,4 mm beträgt.
Dosiervorrichtung (200) gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (230) weiterhin ein Speichermodul (236) aufweist, in dem eine Kalibrierungsinformation (510) gespeichert ist, und wobei die Steuereinheit (230) ausgebildet ist, der ermittelten Kapazitätsinformation abhängig von der gespeicherten Kalibrierungsinformation (510) die aktuell vorliegende Durchflussfläche (A) der Dosieröffnung (105) und/oder den aktuell vorliegenden Abstand (D) des beweglichen Blendenkörpers (120) relativ zu der Innenkontur (114) der Blendenkörperöffnung (112) zuzuordnen.
Verfahren (600) zum Einstellen einer Dosierung eines Fluids über eine Steuerung einer Dosieröffnung (105), aufweisend die Schritte - Bereitstellen eines ortsfesten Blendenkörpers (110), der eine Blendenkörperöffnung (112) und eine separate Leitungsöffnung (113) aufweist, so dass sich von der Leitungsöffnung (113) zu der Blendenkörperöffnung (112) eine Fluidleitung (116) des ortsfesten Blendenkörpers (110) für das zu dosierende Fluid erstreckt, - bewegliches Lagern eines beweglichen Blendenkörpers (120) im Bereich der Blendenkörperöffnung (112), - mechanisches Einstellen eines Abstands (D) des beweglichen Blendenkörpers (120) relativ zu einer Innenkontur (114) der Blendenkörperöffnung (112), der eine Durchflussfläche (A) der Dosieröffnung (105) beschreibt, wobei der bewegliche Blendenkörper (120) zwischen einer Nullposition, in der die Durchflussfläche (A) der Dosieröffnung (105) eine vorbestimmte minimale Durchflussfläche ist, und einer offenen Position, in der er einen maximalen Fluidstrom durch Fluidleitung (116) und Dosieröffnung (105) erlaubt, beweglich gelagert ist, - Anlegen einer Spannung an eine elektrisch leitende Blendenkörperfläche (118) des ortsfesten Blendenkörpers (110) und an eine elektrisch leitende Gegenfläche (122) des beweglichen Blendenkörpers (120), - Ermitteln einer Kapazitätsinformation eines durch Blendenkörperfläche (118) und Gegenfläche (122) gebildeten kapazitiven Widerstands - Indizieren der aktuell vorliegenden Durchflussfläche (A) der Dosieröffnung (105) und/oder des aktuell vorliegenden Abstands (D) des beweglichen Blendenkörpers (120) relativ zu der Innenkontur (114) der Blendenkörperöffnung (112) basierend auf der ermittelten Kapazitätsinformation.