DE19612797A1 - Dosiersystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie Dosiervorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist aus der Praxis bekannt, pumpfähige oder fließfähige Stoffe in Abfüllvorrichtungen in die verkaufsfertigen Gebinde ab­ zufüllen. Hierzu werden die Produkte durch eine Rohrleitung bis zu einem Füllventil gefördert. Bei einem gattungsgemäßen Ver­ fahren ist eine magnetisch - induktive Durchflußmengenmes­ sung vorgesehen. Das Fluid in der Rohrleitung stellt dabei einen elektrischen Leiter dar, in dem Elektroden in der Rohrleitung vorgesehen sind, die das Anlegen einer Spannung an das Fluid ermöglichen. Spulen an der Rohrleitung erzeugen ein Magnet­ feld, so daß auf induktive Weise die Durchflußmenge des Pro­ duktes durch die Rohrleitung ermittelt werden kann.

Dies gattungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, daß die Menge des durchlaufenden Produktes sehr genau bestimmbar ist. Eine Ungenauigkeit beim Dosieren der abzufüllenden Menge besteht jedoch dadurch, daß unterschiedliche Druckverhältnisse in der Rohrleitung herrschen können. Der Schließvorgang des Füllventils benötigt eine gewisse Zeit, und die in dieser Zeit ausströmende Produktmenge wird berücksichtigt, in dem der Schließvorgang des Füllventils eingeleitet wird, bevor die kom­ plette Füllmenge durch das Füllventil gelangt ist. Dieser soge­ nannte "Nachlauf" stellt sicher, daß nicht konstant eine erhebli­ che Menge überdosiert wird.

Bei höherem Druck innerhalb der Rohrleitung jedoch weist das Produkt eine höhere Ausströmgeschwindigkeit auf, so daß der Nachlauf eine größere Menge umfaßt als zum Erreichen der vorgegebenen Füllmenge erforderlich ist. Es kommt hierdurch zu einer Oberdosierung.

Umgekehrt bedingen geringere Druckverhältnisse in der Rohrlei­ tung einen Nachlauf mit entsprechend weniger Material. Um die Soll-Füllmenge nicht zu unterschreiten, muß der Beginn des Schließvorgangs des Füllventils daher so ausgelegt sein, daß stets zumindest die Dosierung der Soll-Füllmenge sichergestellt ist. In der Praxis tritt daher regelmäßig eine Überdosierung auf, die wirtschaftlich nachteilig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren dahingehend zu verbessern, daß eine möglichst exak­ te Dosierung ermöglicht und das Maß einer Überdosierung möglichst gering gehalten werden kann. Weiterhin soll die Erfin­ dung eine Vorrichtung schaffen, mit der eine exakter und näher an der Soll-Füllmenge erfolgende Dosierung ermöglicht wird.

Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung ge­ mäß Anspruch 3 und Anspruch 8 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteran­ sprüchen 4 bis 7 entnehmbar.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeich­ nung im folgenden näher erläutert.

Dabei ist mit 1 eine Rohrleitung bezeichnet, durch die das abzu­ füllende Produkt gefördert wird. Das Produkt gelangt durch die Rohrleitung 1 in einen Füllcontainer 2, der schematisch ange­ deutet ist und der beispielsweise als Flasche, Tube, Schlauch­ beutel oder Kartonbehälter ausgestaltet sein kann.

Am Ende der Rohrleitung 1 ist ein Füllventil 3 schematisch an­ gedeutet, und in Förderrichtung vor dem Füllventil 3 ist eine magnetisch - induktiv arbeitende Durchflußmengen- Meßvorrichtung 4 vorgesehen.

Drucksensoren 5 sind sowohl vor der Durchflußmengen- Meßvorrichtung 4 als auch in dem Bereich der Rohrleitung 1 zwischen der Durchflußmengen-Meßvorrichtung 4 und dem Füllventil 3 vorgesehen, wobei rein beispielhaft lediglich ein Drucksensor 5 dargestellt ist.

Die Meßdaten von der Durchflußmengen-Meßvorrichtung 4 und auch von den Drucksensoren 5 werden einer Schaltungsanord­ nung 6 zugeleitet, die in Form einer Mikrocontrollerkarte aus­ gebildet ist, auf welcher die gesamte Steuerung des Abfüllvor­ gangs integriert ist. Die eingehenden Daten von der Durchfluß­ mengen-Meßvorrichtung 4 und auch von den Drucksensoren 5 werden über einen eigenständigen, auf der Karte integrierten Prozessor verarbeitet. Dies sichert eine hoher Verarbeitungsge­ schwindigkeit, so daß eine hochpräzise Steuerung der Ventil­ stellung möglich ist: anhand der verarbeiteten Daten werden die Steuerdaten für die Positionierung des Servo- oder Schrittmo­ tors umgesetzt. Auch die Positioniersteuerung des Servomotors ist Bestandteil der Mikrocontrollerkarte. Die Verarbeitung der Meßdaten sowie die Positionierung des Motors erfolgt mittels einer Software, die ebenfalls auf der Mikrocontrollerkarte unter­ gebracht ist.

Durch diese Ausgestaltung der Schaltungsanordnung 6 wird die Verwendung der Steuerung in handelsüblichen PCs oder Indu­ strie-PCs ermöglicht und dementsprechend eine Kosteneinspa­ rung durch Vermeidung von Sonderbauteilen oder Sonderge­ häusen bewirkt. Zudem ermöglicht diese Ausgestaltung der Schaltung einen schnellen Austausch der gesamten Steuerung, so daß bei Betriebsstörungen die Mikrocontrollerkarte schnell gegen eine Ersatzkarte ausgetauscht werden kann. So kann die Anlagenverfügbarkeit verbessert werden, indem die Reparatur der Steuerung erfolgen kann, während die Abfüll-und Dosieran­ lage wieder betriebsbereit ist.

Die Schaltung arbeitet nach den Regeln der Fuzzy-Logik. Für verschiedene Druckverhältnisse, die jeweils an den Drucksenso­ ren 5 gemessen werden, sowie in Abhängigkeit von der Durch­ flußmenge, die die Durchflußmengenmeßvorrichtung 4 ermittelt, berechnet die Schaltung die optimale Schließstellung des Füll­ ventils 3 und steuert dementsprechend über eine als Steuerlei­ tung dienende Verbindungsleitung 7 den Motor an, der das Füll­ ventil 3 bewegt.

Auf diese Weise kann nicht nur zu einem bestimmten, ggf. frei wählbaren, Zeitpunkt eine Schließbewegung des Füllventils ein­ geleitet werden, sondern die Schließbewegung kann während ihres gesamten Vorgangs beeinflußt werden, beispielsweise be­ schleunigt, verlangsamt oder ganz angehalten werden. Somit wird in Abhängigkeit von der gemessenen Durchflußmenge eine möglichst nah an der Sollmenge liegende Dosierung des Pro­ duktes ermöglicht, indem jeder Füllvorgang individuell entspre­ chend den vorliegenden Meßdaten selbständig von der Mikro­ controllerkarte gesteuert wird. Überdosierungen können daher erheblich minimiert werden und die damit verbundenen wirt­ schaftlichen Verluste im gleichen Maße.

Die Steuerungsschaltung der Abfüllmaschine ist schematisch dargestellt und mit 8 bezeichnet. Sie gibt den Startimpuls "Start Füllvorgang" an die Mikrocontrollerkarte. Die Mikrocontrollerkar­ te gibt ihrerseits den Impuls "Ende Füllvorgang" zur Abfüllma­ schinensteuerung 8.

Abweichend von dem dargestellten und beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispiel können die von der Durchflußmengen- Meßvorrichtung 4 abgegebenen Impulse als Zählimpulse ausge­ legt sein, wobei jeder Impuls einer gewissen Produktmenge ent­ spricht. In Abhängigkeit von den gemessenen Impulsen kann auch ohne Verwendung einer nach den Fuzzy-Regeln arbeiten­ den Schaltungsanordnung ein Betätigungsmotor für das Füll­ ventil 3 angesteuert werden. Wenn ein derartiger Motor als Ser­ vomotor oder Schrittmotor ausgebildet ist, kann ein schrittweises Schließen des Füllventils 3 in Abhängigkeit von der Anzahl der Impulse in der Durchflußmengen-Meßvorrichtung 4 erfolgen, so daß auch bei diesem Verfahren eine sehr genaue Annäherung der Füllmenge an die vorgegebene Sollmenge ermöglicht wird.

Die grundsätzliche Aufbau der Anordnung mit Verwendung einer Mikrocontrollerkarte kann auch bei dieser Ausgestaltung der Steuerung ähnlich dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfol­ gen.

Diese zweite Alternative einer Steuerungsanordnung ist insbe­ sondere dann einsetzbar, wenn in der Rohrleitung 1 Druckver­ hältnisse mit relativ geringer Schwankungsbreite vorliegen. Starke Schwankungen der Druckverhältnisse innerhalb der Rohrleitung 1 führen, wie schon eingangs erwähnt, zu unter­ schiedlichen Fließgeschwindigkeiten, die insbesondere in dem Rohrleitungsabschnitt der zwischen der Durchflußmengenmeß­ vorrichtung 4 und dem Füllventil 3 angeordnet ist, zu nicht erfaß­ ten Veränderungen der Strömungsgeschwindigkeit des Produk­ tes innerhalb der Rohrleitung 1 führen.

Je näher die Durchflußmengenmeßvorrichtung 4 am Füllventil 3 angeordnet ist, desto genauer ist die zweite beschriebene Vari­ ante ohne Drucksensoren in der Lage, eine nah an der Soll­ menge liegende Dosierung der Abfüllmenge zu erzielen. Das gleiche gilt, wenn anlagenspezifisch innerhalb der Rohrleitung typischerweise keine großen Druckschwankungen auftreten.

Beide beschriebenen Anordnungen und Verfahren zum Dosie­ ren fließfähiger Produkte weisen den Vorteil auf, daß im Gegen­ satz zu bekannten Anlagen ein Zwischenlager in Form eines sogenannten Vorlaufbehälters nicht mehr erforderlich ist. Viel­ mehr kann das Produkt unmittelbar aus dem Produktionsprozeß in die Rohrleitung 1 und zum Abfüllventil 3 gefördert werden. Demgegenüber ist beim Stand der Technik ein derartiger Vor­ laufbehälter vorgesehen, in den das Produkt aus der Produktion gefördert wird und aus dem die Dosiervorrichtung das abzufül­ lende Produkt entnimmt, beispielsweise mit Hilfe einer Kolben­ dosierpumpe, deren Füllmenge durch den Kolbenhub bestimmt ist.

Durch den erfindungsgemäß möglichen Entfall des Vorlaufbe­ hälters ergeben sich nicht nur verringerte Kosten für die Erstel­ lung einer Abfüllanlage, sondern insbesondere wird die Wartung und Reinigung der Dosiervorrichtung erheblich erleichtert und beschleunigt, so daß sich auch beim Unterhalt der Dosieranlage wirtschaftliche Vorteile ergeben.

Claims (8)

1. Verfahren zum Dosieren von pumpfähigen Produkten, die durch eine Rohrleitung zu einem Füllventil gefördert werden, wobei der Schließvorgang des Füllventils in Abhängigkeit von einer Durch­ flußmessung in der Rohrleitung ausgelöst wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schließbewegung des Füllventils (3) in Abhän­ gigkeit von den Werten der Durchflußmessung geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß zu­ sätzlich zu der Durchflußmengenmessung auch eine Druckmes­ sung in der Rohrleitung (1) erfolgt und daß die ermittelten Druck­ meßwerte in die Auswertung zur Regelung des Schließvorgangs des Füllventils (3) einbezogen werden, wobei bei höherem Druck der Schließvorgang früher eingeleitet wird und/oder schneller erfolgt als bei niedrigerem Druck in der Rohrleitung.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Dosiervorrichtung für Abfüllanlagen fließfähiger Produkte, welche eine Rohrleitung für das Produkt umfaßt, die zu einem Füllventil führt, wobei dem Füllventil Betätigungsorgane zur Bewegung des Füll­ ventils zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung zugeordnet sind, und welche eine Meßeinrichtung zur Bestimmung der Durchfluß­ menge durch die Rohrleitung aufweist, gekennzeichnet durch eine Druck-Meßeinrichtung mit Drucksensoren (5), die in der Rohrleitung (1) angeordnet sind, sowie durch eine Schaltungsanordnung (6), die die Signale der Durchflußmengen-Meßeinrichtung (4) und der Druck- Meßeinrichtung (5) verarbeitet, und die mit den Betätigungs­ organen des Füllventils (3) verbunden ist, und die die Schließbe­ wegung des Füllventils (3) in Abhängigkeit von den Meßwerten der Durchflußmengenmessung und der Druckmessung regelt.

4. Dosiervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (6) als Fuzzy-Logik-Schaltung ausgebildet ist.

5. Dosiervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Füllventil (3) ein Servomotor oder Schrittmotor als Antrieb zugeordnet ist, wobei dem Motor eine Schaltungsan­ ordnung (6) zugeordnet ist, die die Stellung des Motors in Ab­ hängigkeit von den Meßwerten einer Durchflußmengen- Meßeinrichtung (4) bestimmt.

6. Dosiervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (6) als Mikrocontrollerkarte ausge­ staltet ist.

7. Dosiervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrocontrollerkarte einen eigenständigen Prozessor ent­ hält, der die Daten der Durchflußmengen-Meßeinrichtung (4) und der Druck-Meßeinrichtung (Drucksensoren 5) verarbeitet.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Dosiervorrichtung für Abfüllanlagen fließfähiger Produk­ te, welche eine Rohrleitung für das Produkt umfaßt, die zu einem Füllventil führt, wobei dem Füllventil Betätigungsorgane zur Bewegung des Füll­ ventils zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung zugeordnet sind, und welche eine Durchflußmengen-Meßeinrichtung für die durch die Rohrleitung fließende Produktmenge aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußmengen-Meßeinrichtung (4) als Impuls- Meßeinrichtung ausgestaltet ist, die bei Durchfluß einer bestimm­ ten Produktmenge einen Meßimpuls erzeugt, wobei eine Schaltungsanordnung zur Verarbeitung der Impulse der Durchflußmengen-Meßeinrichtung (4) vorgesehen ist, die mit den Betätigungsorganen des Füllventils (3) verbunden ist, und wobei die Schaltungsanordnung die Schließbewegung des Füllventils (3) in Abhängigkeit von der Anzahl der Impulse der Durchflußmengenmessung regelt.