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Verfahren zum Dosieren von strömenden Medien und Vorrichtung
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zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Dosieren von strömenden Medien gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1
sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Das Dosieren von strömenden Medien, beispielsweise von flüssigen Stoffen
beim Abfüllen von Behältnissen erfolgt unter Verwendung von magnetischen Durchflußmessern
in Verbindung mit elektromechanischen oder elektronischen Zähler, welchen als Zählimpulse
Impulssignale zugeführt werden, die eine dem Volumendurchfluß proportionale Impulsfolge
repräsentieren. Dabei wird das Ausgangssignal, des magnetischen Durchflußmessers
über Umformer in die Impulssignale umgewandelt und es wird eine Vorwahl getroffen,
die dem Dosierungsvolumen entspricht. Wenn der Inhalt des Zählers dem Vorwahlwert
entspricht, der beispielsweise in einem Register eingestellt ist, wird von einem
Komparator ein Koinzidenzsignal abgegeben, das den Dosiervorgang beendet. Das Koinzidenzsignal
wird dabei einem mechanischen System, das ein Absperrorgan enthielt, zugefüh-rt,
so daß die tatsächliche Beendigung des Dosiervorgangs zeitlich verzögert zum Auftreten
des Roinzidenzsignals erfolgt. Dies hat zur Folge, daß in das Behältnis ein größeres
Volumen abgefüllt wird, als es dem Vorwahlwert oder Sollwert entspricht. Diese Ungenauigkeit
der tbfüllmenge wird noch dadurch vergrößert, daß der an den magnetischen Durchflußmesser
anbreschlossene Umformer elektronische Verzögerungsglieder zur Dämpfung des dem
Volumendurchfluß proportionalen elektrischen Signals aufweist. Diese Fehler spielen
aber dann keine Rolle, wenn die durch den Umformer und durch das mechanische System
bedingte zeitliche Verzögerung klein gegenüber der gesamten Dosierzeit ist. Bei
der
Dosierung kleiner Volumina oder Massen führt die zeitliche Verzö->erung jedoch
zu nicht vertretbaren Ungenauigkeiten, wobei bei Dosierzeiten von etwa 1 Sekunde
das abzufüllende Volumen bis zu mehreren 10 49 das Sollvolumen überschreiten kann.
Derartige Ungenauigkeiten beim Abfüllen können nur dadurch vermieden werden, daß
an Stelle des Sollwerts ein Vorwahlwert eingestellt wird, der kleiner als der Sollwert
ist und Erfahrungswerten zugrunde liegt. Ein ständiges Überprüfen der abgefüllten
Behältnisse in kurzen Abständen ist unabdingbar, um unzulässige Abweichungen des
Dosierungsvolumens erkennen zu können. Eine solche kontinuierliche Uberprüfung erfordert
einen großen Aufwand an automatischen Meßeinrichtungen und zusätzliches Personal;
außerdem muß der Vorwahlwert abhängig von Viskositäts- oder Dichteschwankungen des
abzufüllenden Mediums verändert werden. Bei einer Abfüllung unter Ausnützung des
hydrostatischen Drucks ergeben sich weitere Ungenauigkeiten bezüglich der Abfüllmenge
aufgrund von Anderungen der Füllstandshöhe des Abfüllbehälters.
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Bei anderen Verfahren zur Dosierung von strömenden Medien werden Kolbenpumpen
eingesetzt, deren einstellbarer Kolbenhub und Kolbenquerschnitt das Dosiervolumen
bestimmen. Solche Kolbenpumpen unterliegen jedoch einem Verschleiß bezüglich der
Kolben und Ventile, so daß die Genauigkeit der Dosierung im Laufe der Zeit verringert
wird.
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Die mechanische Behandlung des Mediums kann außerdem zu einer Beeinträchtigung
der Qualität des zu dosierenden Mediums führen, wie beispielsweise bei Milchprodukten.
Die Reinigung von Kolbenpumpen ist darüber hinaus sehr zeitaufwendig, da sie teilweise
zerlegt werden müssen. Aus diesem Grund bietet sich der Einsatz von magnetischen
Durchflußmessern in Verbindung mit einem Absperrorgan oder - ventil an.
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Ferner ist es bekannt, zur Durchflußmessung mechanische Einrichtungen
wie beispielsweise Turbinenzähler, Ovalradzähler zu verwenden. Solche Einrichtungen
unterliegen ebenfalls einem Verschleiß und lassen sich nur nach vollständigem Zerlegen
gründlich säubern. Zur Durchflußmessung können ferner Ultraschallverfahren oder
radioaktive Verfahren
Anwendung finden. Beim Ultraschallverfahren
wird die Messung jedoch nicht integral über den gesamten Rohrquerschnitt ausgeführt,
während die radioaktiven Verfahren wegen der möglichen Beeinflussung des Mediums
ausscheiden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Dosieren
von strömenden Nedien und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen,
mit welchen eine äußerst exakte Dosierung des mediums zu Abfüllzwecken möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteraneprüchen.
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Kit dem Verfahren und der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahreine
läßt sich eine Dosierung von strömenden Medien mit äußerst kleinen Dosierzeiten
ausführen. Ein vom Sollwert abhängiger Vorwahlwert, mit dem der Zählerinhalt während
jedes Dosiervorganges vergl-ichen wird, unterliegt einer ständigen Korrektur von
Dosiervorgang zu Dosiervorgang. Beim ersten Dosiervorgang wird ein Varwahlwert bestimmt,
der sich durch Reduzierung des Dosiervolumen-Sollwerts um einen konstanten Wert
ergibt, während in den folgenden Dosiervorgängen für den gleichen Dosiervolumen-Sollwert
jeweils ein neuer Vorwahlwert abhängig von dem Zählerinhalt nach der tatsächlichen
Beendigung des vorangehenden Dosiervorganges bestimmt wird. In einem Rechenwerk
wird zur Bestimmung des neuen Vorwahlwertes die Differenz aus dem vorangehenden
Vorwahlwert und der Differenz aus dem Zählerinhalt am Ende eines Dosiervorganges
sowie dem Dosiervolumen-Sollwert ermittelt. Der neue Vorwahlwert wird in ein Register
einSespeichert und ständig mit dem Zählerinhalt des folgenden Dosiervorganges verglichen.
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Die tatsächliche Beendigung eines Dosiervorganges wird vorzugsweise
durch Erfassung der Impulsabstände jeder dem Zähler als Zählimpuls zugeführten Impulse
festgestellt, wobei die Zählimpulse für den Volumendurchfluß repräsentativ sind,
der durch einen magnetischen Durchflußmesser erfaßt wird. Die Erfassung des Impulsabstandes
zur Bestimmung
der tatsächlichen Beendigung eines Dosiervorganges
resultiert darin, daß das Koinzidenzsignal vor der tatsächlichen Beendigung eines
Dosiervorganges auftritt, so daß der Inhalt des Zählers nach Auftreten des Koinzidenzsignals
noch bis zur tatsächlichen Beendigung des Dosiervorganges, d.h. dem Stillstand des
Mediums im Durchflußzähler infolge des Schließens des Absperrorgans verändert wird,
wodurch die Trägheit des Systems erfaßt und zur Korrektur des Vorwahiwertes und
Bestimmung eines neuen Vorwahlwertes benutzt wird.
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Bei einer Änderung des eingestellten Dosiervolumen-Sollwerts wird
automatisch ein entsprechend geänderter Vorwahlwert für den ersten Dosiervorbrancs,r
nach Multiplikation des Sollwertes mit einem konstanten Faktor bestimmt, wonach
der jeweilige Vorwahlwert für die folgenden Dosiervorgänge unter Berücksichtigung
des vorangehenden Vorwahlwerts und der Differenz aus dem Zählerinhalt und dem Sollwert
jeweils vor dem folgenden Dosiervorgang neu bestimmt wird. Die Steuerung eines Absperrorgans
oder -ventils in den Offenzustand ist nur dann gewährleistet, wenn durch Erfassung
eines bestimmten Impulsabstandes sichergestellt ist, daß der vorangehende Dosiervorgang
beendet ist und das zu fiillende Behältnis die Abfüllposition einnimmt. Das Ventil
wird sperrt, sobald der Komparator das Koinzidenz signal erzeugt.
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Das Koinzidenzsignal steuert außerdem die Transporteinrichtung für
die Behältnisse, wobei die Transporteinrichtung vorzugsweise nach einer einstellbaren
Zeitverzögerung nach Erzeugung des Koinzidenzsignals angesteuert wird, um einen
Weitertransport auszuführen.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich an Stelle des Volumendurchflusses
auch der Massendurchfluß des Mediums ermitteln, wenn zusätzlich zum magnetischen
Durchflußmesser ein Aufnehmer für die Dichte des Mediums vorgesehen wird, wobei
das die Dichte reprisentierende Signal nach Umformung mit dem Signal des magnetischen
Durchflußmessers kombiniert und anschließend in das Impulssignal umgewandelt und/oder
normiert wird, welches dem Zähler zugeführt wird.
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Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren und eine bevorzugte
Ausführungsform zur Durchführung des Verfahrens anhand der Zeichnung zur Erläuterung
weiterer Merkmale beschrieben. Es zeigen:
Fi. 1 eine Vorrichtung
zur Dosierung von strömenden Medien, in Blockschaltbildform, Fig. 2 eine schematische
Darstellung einer Abfüll- und Dosierstation mit der Vorrichtung in Blockschaltbildform,
Fig. 3 die Schaltung eines Detektors zur Erfassung des Impulsabstandes der dem Zähler
zugeführten Impulse, Fig. 4 eine Ausbildung der teFistereinheit, Fig. 5 Einzelheiten
einer Ausführungsform der Auswahlschaltung, Fig. 6 eine Ausführungsform der Schaltung
zur Sollwerteinstellung, Fig. 7 eine Darstellung des Verzögerungsglieds zwischen
dem Komparatorausgang und der Transporteinrichtung, Fig. 8 die beim ersten Dosiervorgang
ein Signal abgebende Einheit und Fig. 9 eine Ausführungsform der Steuereinheit.
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Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Vorrichtung
zum Dosieren von strömenden Medien, insbesondere des elektrischen Teils, während
Fig. 2 Teile der Abfüllstation und der Transporteinrichtung wiedergibt.
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Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, wird vorzugsweise durch
einen magnetischen Durchflußmesser 1 der Volumendurchfluß eines zu dosierenden strömenden
Mediums erfaßt und in ein impulssignal umewandelt, welches einem Detektor 2 zugeführt
wird Der Detektor 2 ist vorgesehen, um durch Erfassung eines bestimmten Impulsabstandes
der vom magnetischen Durchflußmesser 1 erhaltenen Impuissignale die tatsächliche
Beendigung eines Abfüll- und Dosiervorganges zu erfassen, d.h. um festzustellen,
wann im magnetischen Durchflußmesser keine
Strömung mehr vorliegt.
Das vom Detektor 2 empfangene lupulssignal wird durch Umwandlung des Ausgangssignals
des magnetischen Durchflußmessers 1 in Impulse erhalten, wie dies nachvtehend noch
beschrieben wird. Die Umwandlung des Aunganùssignals des magnetischen Durchflußmessers
1 in Impulse ist vorzugsweise ro ausgelegt, daß die Zahl der abgegebenen Impulse
bei Vorlic;cn einer Strömung durch den magnetischen Durchflußmesser groß ist, d.h.
daß der Impulsabstand der Impulssignale klein ist, während bei einer Beendigung
eines Abfüll- und Dosiervorganges die Frequenz der Impulssignale kleiner und demzufolge
der Impulsabstand größer wird. Bei Uberschreiten eines bestimmten Wertes des Impulsabstandes
spricht der Detektor 2 an und sperrt die einem Zähler 3 zugeführten Zählimpulse.
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Das für das Durchgangsvolumen des magnetischen Durchflußmessers 1
repräsentative Signal wird nach Fig. 2 einem Umformer 4 zugeführt, der als Ausgangssignal
einen Strom liefert. Das Stromsignal des Umformers 4 wird einem Strom-Frequenz-Umsetzer
5 zugeführt und in einer folgenden Normierungseinheit 6 derart normiert, daß am
Ausgang der Einheit 6 die Zählimpulse erhalten werden, die über den Detektor 2 dem
Zähler 3 zugeleitet werden.
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Das Dosiervolumen wird in einer Schaltung 7 eingestellt, wobei die
Schaltung 7 zur Einstellung des Dosiervolumen-Sollwerts entweder durch einen Vorwahlschalter
oder durch eine Rechnereingabe gebildet sein kann. Der für eine Dosiervorgangsreihe
gewünschte Sollwert des Dosiervolumens wird von der Schaltung 7 über eine Multiplikations
einheit 8 einer Auswahlschaltung 9 zugeleitet, sowie direkt einem Rechenwerk 10
mit nicht dargestelltem Speicher aus den noch in folgenden beschriebenen Gründen.
Die Auswahl schaltung 9 steht mit einer Registereinheit 11 in Verbindung, die mit
einem Komparator 12 einerseits und einem Eingang des Rechenwerks 10 andererseits
verbunden ist. Im Komparator 12 wird der Inhalt der Registereinheit 11 mit dem Inhalt
des Zählers 3 verglichen und bei Übereinstimmung des Inhalts der Registereinheit
11 und des Zählers 3 liefert der Komparator 12 ein Koinzidenzsignal an eine Steuereinheit
13, wobei das Koinzidenzsignal gleichzeitig als Steuerbefehl für eine Transporteinrichtung
14
verwendet werden kann. Die Transporteinrichtung 14 dient dem
Transport der aufzufüllenden Behältnisse und hat die Aufgabe, nach erfolgtem Abfüllen
eines Behältnisses ein leeres Behältnis. an die Abfüllposition nach Entfernung des
gefüllten Behältnisses zu transportieren. Ein zweiter Eingang des itechenwerks 10
ist mit dem Ausgang des Zählers 3 verbunden und der Ausgang des Rechenwerks 10 ist
mit einem zweiten Eingang der Auswahl schaltung 9 verbunden0 Weiterhin ist eine
Einheit 15 vorgesehen, die bei Erkennung des ersten Dosiervorganges einer Reihe
von Dosiervorgängen für einen bestimmten Dosiervolumen-ollvert ein Signal erzeugt,
welches der Auswahlschaltung 9 für den noch beschriebenen Zweck zugeführt wird.
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Das Signal der Einheit 15 wird beim ersten Dosiervorgang dann abgegeben,
wenn eine Positions-Detektoreinheit 1G ein Signal an die Einheit 15 abgibt, welches
anzeigt, daß ein neues Behältnis 17 die Abfüllposition eingenommen hat, die in Fig
2 mit A bezeichnet ist.
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Der Detektor 16 kann beispielsweise eine Photozelle sein. Außerdem
kann die Einheit 15 von einer Stelleinheit 18 oder von der Schaltung 7 ein Nullstellungssignal
empfangen, wobei die Schaltung 7 das Nullstellungssignal bei einer >tinderung
des eingestellten Sollwerts erzeugt. Nach Empfang des Nullstellungssignals liefert
die Einheit 15 somit ein Signal an die Auswahl schaltung 9, sobald ein Positionssignal
von der I50sitions-Detektoreinheit 16 empfangen wird, wodurch der erste Dosiervorgang
einer neuen Dosiervorgangsreihe angezeigt wird. Das Signal der Positions-Detektoreinheit
16 wird ferner einem UND-Glied 19 zugeführt, welches an einem weiteren Eingang das
Signal des Detektors 2 empfangen kann, welches anzeigt, daß der Impulsabstand einen
Schwellwert überschritten hat, d.h. daß der vorangehende Dosiervorgang beendet ist.
Bei Vorliegen von Signalen an beiden Eingängen des UND-Glieds 19 wird am Ausgang
des UND-Glieds 19 ein SiG-nal erzeugt, welches die Steuereinheit 13 derart ansteuert,
daß ein nachgeschaltetes Ventil oder Absperrorgan 20 geöffnet wird, so daß ein neuer
Dosiervorgang eingeleitet wird. Das Ausgangssignal des UND-Glieds 19 wird zur Null
stellung des Zählers 1 an den Zähler 3 angelegt, so daß nach Öffnung des Absperrorgans
20 der Zähler 3 die für das Durchgangsvolumen repräsentativen Zählimpulse empfängt.
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Vorzugsweise kann auch noch eine Verzögerung 21 vorgesehen sein, die
das Koinzidenzsignal des Komparators 12 verzigert und der Transport einrichtung
14 nach der eingestellten Zeitverzögerung zuführt.
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Der Steuerausgang der Schaltung 7 und der Ausgang der Stelleinheit
18 sind mit Eingängen eines ODEt-Glieds 24 verbunden, infolgedessen die Einheit
15 sowohl bei Empfang eines Steuersignals von der Schaltung 7 als auch bei Empfang
eines Signals von der Nullstellungseinheit 18 ein Ausgangssignal liefert, um die
Eingabe eines Vorwahlwerts für den ersten Dosiervorgang einer Dosiervorgangsreihe
einzuleiten.
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Im folgenden wird das Verfahren zum Dosieren von strömenden Medien
anhand der in Fig. 1 und 2 gezeigten Vorrichtung naher erläutert. Vor jedem Dosierprozeß,
d.h. vor jeder Dosiervorgangsreihe ist in der Schaltung 7 der Dosiervolumen-Sollwert
einzustellen oder in die chaltung 7 einzugeben, woraufhin die Schaltung 7 ein Signal
über ihren Steuerausgang der Einheit 15 zuführt, so daß die einheit 15 ein den folgenden,
ersten Dosiervorgang anzeigenden Signal an die Auswahlschaltung 9 liefert, wenn
ein Signal von 16 empfangen wird. Der Dosiervolumen-Sollwert wird von der Schaltung
7 der Nultiplikationseinheit 8 zugeführt, die den Sollwert W durch Multiplikation
mit einem konstanten Faktor K reduziert. Das Produkt K . W wird der Auswahl schaltung
9 zugeführt. Der in der Registereinheit 11 zu speichernde Vorwahlwert des ersten
Dosiervorganges entspricht dem Produkt K . X, da infolge des von der Einheit 15
abgegebenen Signals die Auswahl schaltung 9 auf den Eingang geschaltet wird, welcher
das Produkt K . W empfängt. Gleichzeitig wird jedoch dem Rechenwerk 10 der Sollwert
W zugeführt und dort gespeichert. Wenn im folgenden am UNDL Glied 19 ein Steuer
signal des Detektors 2 vorliegt, welches anzeigt, daß der Impulsabstand beim vorangehenden
Dosiervorgang größer als der eingestellte Grenzwert ist, d.h. daß der vorangehende
Dosiervorgang tatsächlich beendet ist, wenn ferner am UND-Glied ein Eingangssignal
von der Einheit 16 vorliegt, welches anzeigt, daß ein neues Behaltnis die Abfüllposition
einnimmt, dann steuert das UND-Glied die Steuereinheit 13 an und das Absperrorgan
20 wird zur Ausführung eines Dosiervorganges geöffnet. Das Steuersignal des Detektors
2 oder das Signal der Einheit 15 wird über ein ODER-Glied 22 der Registereinheit
11
zugeleitet, so daß durch das Ausgangssignal des ODER-ulieds 22 bei Vorliegen eines
seiner beiden EinganUssicg,nale das Ausgangssignal der Auswahlschaltung 9 in die
te,istereinheit 11 eingegeben wird und durch den Komparator 12 mit dem Inhalt des
Zählers 3 so lange vergleichen wird, bis der Inhalt des Zählers 3 mit dem in der
Register einheit 11 gespeicherten Wert übereinstimmt. Daraufhin Gibt der Komparator
12 das Koinzidenzsignal ab, wobei der Inhalt des Zählers 3 dem in der Registerinheit
11 gespeicherten Vorwahlwert entspricht.
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Der Vorwahlwert entspricht in diesem Fall dem Wert K . W, wenn der
erste Dosiervorbang vorliegt und das Koinzidenzsignal bewirkt, daß das Absperrorgan
20 geschlossen wird. Da der Detektor 2 jedoch noch Impulse zum Zähler 3 hindurchläßt,
weil der vorbestimmte Impulsabstand-Schwellwert noch nicht festgestellt wurde, wird
der Inhalt des Zählers 3 weiter verändert und zwar so lange, bis der Detektor 2
die tatsächliche Beendigun des Dosiervorganges erfaßt. Der Endstand des Zählers
3 entspricht somit nicht dem Vorwahlwert, der in der {e;istereinheit 11 gespeichert
ist, wodurch die jeweils vorliegende Trägheit des mechanischen Systems erfaßt wird.
Die etwa voraussehbare Trägheit des Systems wird für den ersten Dosiervorgang durch
den konstanten Faktor K berücksichtigt, wobei im weiteren Verlauf der Dosiervorgänge
einer Dosiervorgangsreihe die tatsächlich vorliegenden Nachlaufzeiten durch Erfassung
des am Ende eines Dosiervorganges vorliegenden Zählerstandes 3 einerseits und den
vorher in der Register einheit 11 enthaltenden Vorwahlwert andererseits berücksichtigt
werden. Das Rechenwerk 10 führt nunmehr die Bildung einer Differenz aus dem vorher
in der Registerinheit 11 gespeicherten Vorwahlwert und der Differenz aus dem am
Ende des ersten Dosiervorganges tatsächlich vorliegenden Zählerstand und dem Sollwert
W aus, d.h. es wird Vn = V - (x - W) berechnet. Der Wert Vn wird vom Rechenwerk
10 der Auswahl schaltung 9 zugeführt, die aufgrund des Fehlens des Signals der Einheit
15 auf den betreffenden, den Wert Vn empfangenden Eingang geschaltet wird. Der Wert
Vn wird durch den Steuereingang der Registerinheit 11 in die Registereinheit 11
eingegeben und im fol-Lenden Dosiervorgang mit dem Inhalt des Zählers 3 durch den
Komparator 12 verglichen. Bei den nunmehr folgenden Dosiervorgängen der gleichen
Dosiervorgangsreihe wird in wiederholter Weise ein Wert
errechnet,
d.h. es wird die Punktion Vn+1 = Vn - (Xn - W) berechnet, wobei Vn+1 den Vorwahlwert
des zu erfolgenden Dosiervorganges darstellt, während Vn den Vorwahlwert des vorangehenden
Dosiervorganges und Xn den letzten Zählerstand des vorangehenden Dosiervorganges
darstellen. Auf diese Weise berücksichtigt der jeweils zu berechnende Vorwahlwert
Vn bzw. Vn+1 die Verzögerungszeit des magnetischen Durchflußmessers und Trägheiten
des Systems, so daß infolge einer nur langsamen Änderung der elektrischen und mechanischen
Parameter der Vorrichtung die einzelnen Dosiervorgänge mit äußerst hoher Genauigkeit
ohne Eingriff von außen durchgeführt werden können. Die Zeit zwischen dem Schließen
des Absperrorgans 20 und der Beendigung des Zählen des Zählers 3 infolge der Erzeugung
des Steuersignals durch den Detektor 2 kann auch dazu benützt werden, bereits das
nächste, leere Behältnis in die Abfüllposition zu bringen. Die Zeit zwischen dem
der Steuereinheit 13 zugeleiteten Befehl zum Schließen des Absperrorgans und dem
Ende der Zählung des Zählers 3 beruht vorwiegend auf der elektrischen Verzögerung
des magnetischen Durchflußmessers. Außerdem ist es auch noch möglich, durch Einsatz
eines Verzögerungszlieds die Zeitspanne zwischen der Abgabe des Befehls an die Steuereinheit
13 zum Schließen des AbsperrorEans und dem Ende der Zählung im Zähler 3 in eine
Zeitspanne zu unterteilen, in welcher tatsächlich noch ein Durchfluß im magnetischen
Durchflußmesser erfolgt, sowie in eine weitere Zeitspanne, während welcher der dem
magnetischen Durchflußmesser 1 nachgeschaltete Umformer nur noch infolge der elektrischen
Verzögerung des Durchflußmessers 1 Signale abgibt und das Absperrorgan 20 tatsächlich
schon geschlossen ist. In diesem Fall wird die letztgenannte Zeitspanne zum Weitertransport
der Behältnisse benützt.
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Wesentlich ist, daß vor jedem neuen Dosiervorgang geprüft wird, ob
der vorangehende Dosiervorgang auch tatsächlich beendet ist, was - wie beschrieben
- durch die Abgabe eines Steuersignals durch den Detektor 2 feststellbar ist. Erst
nach Vorliegen des Steuersignals des Detektors 2 und der Meldung durch die Positions-Detektoreinheit
16, daß ein neues Behältnis die Abfüllposition erreicht hat, wird ein neuer Dosiervorgang
eingeleitet.
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Zwischen der Einheit 15 und dem ODER-Glied 21 kann eine weitere Verzögerung
23 vorgesehen werden, welche bewirkt, dar die gabe de Werts der Auswahlschaltung
3 zeitlich verzögert gegenüber tier Zi führung des Vorwahlwertes des Rechenwerks
10 in die Auswahl schaltun; 9 erfolgt. Dadurch wird verhindert, daß die Registriereinheit
11 freigegeben wird, ehe die Auswahlschaltung umgeschaltet hat.
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Die Steuerung der einzelnen Dosiervorgänge erfolgt somit vollautomatisch
und asynchron, wobei beim Einsatz eines elektronischen Zählers und elektronischer
Einheiten für die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung die Zeiten für die Befehlsabgabe
und für die Berechnung sowie Einspeicherung eines neuen Vorwahlwertes so klein ind,
daß die einzelnen Dosiervorgänge nicht verzögert werden müssen.
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Gemäß einer Abwandlung der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung kann zusatzlich
zum magnetischen Durchflußmesser eine Einheit 25 vorgesehen werden, die vorzugsweise
in Reihe mit dem Durchflußmesser 1 geschaltet ist und ein für die Dichte des Mediums
repräsentativen Signal liefert, welches in einem Umformer 26 entsprechend dem Umformer
4 in ein Stromsignal umgewandelt wird. Bei dieser Ausführungsform werden die Ausgangssignale
der Umformer 4 und 26 in einer Multiplikationsschaltung 27 miteinander multipliziert
und das Produkt der Multiplikation wird in der beschriebenen Weise dem Umsetzer
5 und der Normierungseinheit 6 zugeleitet. Durch eine derartige Schaltung läßt sich
anstelle des Volumendurchflusses der Massendurchfluß ermitteln, somit anstelle des
Volumens die tasse dosieren. Als Einheit 25 kann beispielsweise eine Dichtewaage
vorgesehen werden.
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Der Zähler 3 wird vorzugsweise aus integrierten, digitalen Logikbausteinen
aufgebaut (z.B. TTL, CMOS-Bausteine). Die Stellenzahl des Zählers für die digitalen
Signale hängt von der erforderlichen Dosierungsgenauigkeit ab. Vorzugsweise wird
ein Zähler 3 mit vier Dezimalstellen vorgehen, wodurch eine Auflösung von 1 t,o
möglich ist. Die Frequenz der Zählimpulse muß entsprechend der gewünschten Auflösung
gewählt werden. Beispielsweise müssen für ein Dosiervolumen von einem Liter bei
einer Dosierzeit von ca. 1 Sekunde und einer
Auflösung von 1 %0
1000 Impulse gezählt werden, d.h. ein Impuls entspricht 1 Milliliter. Die Impulsfrequenz
liegt dann etwa bei 1 KIIz. Die Zuordnung von Impuls und Volumeneinheit wird geeicht.
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Die Frequenz ergibt ich dann aus den Parametern des Systems.
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Die digitalen Signale werden, obgleich dies in Fig. 1 und t nicht
gezeigt Ist, vorzugsweise codiert, beispielsweise im BC5-Code, so daß auch die betreffenden
Bauelemente, beispielsweise der Zähler, die Bauelemente des Rechenwerks, wie z.B.
Volladdierer, in dem entsprechenden Code arbeiten. Die in Fig. 1 gezeigte Schaltung
kann aus integrierten Schaltungen hergestellt werden. Neben dem BCD-Code läßt sich
auch eine binäre Verarbeitung der Signale oder die Codierung in einen anderen Code
vorsehen.
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In folgenden werden Einzelheiten der in Fig. 1 gezeigten Bauelemente
beschrieben. Als erstes wird ein Beispiel des Detektors 2 erläutert, der dann ein
Steuersignal an das UND-Glied 19 und ODER-Glied 22 abgibt, wenn der Impulsabstand
der nach entsprechender Umwandlung erhaltenen Zählimpuls einen Grenzwert überschreitet,
d.h. wenn das Signal eine Bedingung fEingang 4 fGrenzwert erfüllt. Dns in diesem
Fall abgegebene Steuersignal des Detektors 2 zeigt die tatsächliche Be-Beendigung
eines Dosiervorganges an. Außerdem verhindert der Detektor 2 bei Vorliegen der genannten
Bedingung die Weiterführung von Impulsen zu dem Zähler 3. Fig. 3 zeigt Einzelheiten
eines derartigen Detektors 2, welcher einen Univibrator 30 aufweist, dem das Impulssignal
zugeführt wird. Die Dauer des Ausgangsimpulses des Univibrators ist durch 1 eine
RC-Schaltung so bestimmt, daß fGrenzwert = . Dies-TUnivibrator bedeutet, daß das
Ausgangssignal des Univibrators an dessen Ausgang auf auf dem Wert II (bei positiver
Logik) liegt, wenn die Frequenz des Eingangssignals größer als die Grenzwert-Frequenz
ist. Mit dem rignal am Ausgang Qm wird ein Setz-Eingang eines statischen Flipflops
31 angesteuert und dieses Flipflop wird gesetzt, wenn das Signal t; den Wert L (low)
hat, d.h. wenn die Frequenz des Eingangssignals z1lm Univibrator kleiner als die
Grenzfrequenz ist. Das Flipflop 31 wird über ein UND-Glied 32 zurückgestellt, wenn
das Eingangssignal
des Univibrators und das Ausgangssignal Qm auf
dem Wert H (high) liegen; bei der Triggerung des Uni brators a- der hinteren Flanke,
d.h. ins Negative gehenden Flanke d Signal fEingang liegt dann die Bedingung fEingang
> grenzwert vor, wie dies in Fig. 3 unten gezeigt ist. Im gesetzten Zustand gibt
das Flipflop 31 ein Signal QF ab, welches anzeigt, daß der Impulsabstand größer
als der Grenzwert ist, d.h. es wird das Steuersignal des Detektors 2 erzeugt, welches
die Beendigung eines Dosiervorganges anzeigt. Im gesetzten Zustand des Flipflop:
31 wird über ein weiteres Ausgangssignal dieses Flipflops ein UND-Glied 33 gesperrt,
wodurch eine Zuführung der Zahlimpulse (in Fig. 3 mit fEingang bezeichnet) zum Zähler
3 durch das UND-Glied 33 verhindert wird, so lange das Flipflop 31 gesetzt ist.
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Dem UND-Glied 33 wird gemäß Fig. 3 das Eingangssignal fEingang nach
Invertierung durch einen Inverter 34 zugeführt. Das UlTD-lied 33 verhi-ndert somit
eine Zuführung der Eingangsimpulse fEingang zum Zähler 3, wenn die Frequenz dieses
Eingangs gerade so groß ist, daß das Ausgangssignal (% an der positiven Flanke des
Eingangssignals gerade noch auf dem Wert II (Rückstellbedingung des Flipflops 31)
ist, ''h aber bereits auf den Wert L abfällt (Setzzustand des Flipflops 31), während
das Signal fEingang noch auf dem Wert II liegt.
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Die Rückstellung des Flipflops 31 erfolgt erst nach einer Periode
des Signals fEingang, wie aus Fig. 3 unten hervorgeht. Der erste Impuls des Signals
fEingang wird somit unterdrückt, wenn sich der Zustand fEingang > fGrenzwert
ergeben hat. Dieser Zustand kann im Rechenwerk 10 durch die Rechenoperation X =
X + 1 korrigiert werden, bei großer Auflösung kann jedoch dieser Fehler unberücksichtigt
bleiben.
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Der mit dem Detektor 2 verbundene Zähler 3 kann ein integrierter Vorwärtszähler
sein. Wenn die Kapazität eines solchen integrierten Zählers nicht ausreicht, müssen
mehrere Bausteine in Kaskadenschaltung vorgesehen werden, damit die notwendige Stellenzahl
des Zählers gewährleistet ist. Ersichtlicherweise muß der Zähler 3 einen Eingang
zur Null stellung aufweisen, während die Ausgänge des Zählers in dem gewahlten Code
codiert sein müssen; wahlweise kann auch ein Codierer dem Zähler nachgeschaltet
werden.
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Fig. 4 zeigt ein Schaltbild der Registereinheit 11, die aus halteschaltungen
bzw. Lateh-Schaltungen aufgebaut sein kann. Die Registereinheit 11 besteht aus zwei
Registern 36, 37, wobei das Register 36 seine Eingangssignale von der Auswahl schaltung
9 empfängt. Die Eingabe eines neuen Vorwahlwertes wird durch das Steuersignal des
Detektors 2 im Falle der Bedingung Impulsabstand > Grenzwert gesteuert, wobei
durch dieses Steuersignal der Freigabeeingang der Latch-Schaltungen bzw. Register
36, 37 angesteuert wird. Die Eingabe eines Vorwahlwerts soll nur zu Beginn des Steuersignals
des Detektors 2 erfolgen, anschließend soll die Registereinheit 11 gegenüber Singaben
gesperrt sein. Dies wird dadurch ermöglicht, daß das Frei gabe signal über ein Differenzierglied,
welches durch die Bauelemente R und C in Fig. 4 angedeutet ist, dem Register 36
zugeführt wird. Dadurch wird das Register 36 nut an der Vorderflanke des Steuersignals
tom Detektor 2 freigegeben.
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Der Aufbau der Registereinheit 11 muß so gewählt sein, daß während
der Eingabe eines neuen Wertes Vn+1 der alte Wert Vn gespeichert bleibt, damit das
Rechenwerk 10 die für die Berechnung erforderlichen Eingangssignale empfangen kann.
Dies wird durch das Register 37 sichergestel-lt, wobei an Stelle des Registers 37
in der Registereinheit 11 ein entsprechendes Register am Eingang des Rechenwerks
10 vorgesehen werden kann. Bei der in Fig. 4 gezeigten Registereinheit 11 werden
die Ausgänge der Latch-Schaltungen des Registers 36 den Eingängen der Latch--Schaltungen
des zeiten Registers 37 zugeführt, so daß das Register 37 den Vorwahlwert Vn+1 dem
Komparator 12 zuleitet. Das Register 37 wird dabei zeitlich verzögert zum Register
36 freigegeben, wobei die Zeitverzögerung so gewählt wird, daß innerhalb dieser
Zeitverzögerung der Wert Von+1, d.h. der jeweils neueste Vorwahlwert in das Register
36 eingegeben werden kann. Zu diesem Zweck wird ein Verzögerungsglied 38 vorgesehen,
welches das Steuersignal des Detektors 2 über das in Verbindung mit Fig. 1 bereits
beschriebene 0DER-Glied 22 empfängt. Nach der durch das Verzögerungsglied 38 bestimmten
Zeitverzögerung wird der Inhalt des Registers 36 in das Register 37 eingegeben.
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Das ODER-Glied 22 dient dazu, daß die Freigabe der Registereinheit
11 wahlweise durch das Signal der inheit 15 im Falle des ersten Dosiervorganges
oder durch das Steuersignal des Detektors 2 bei den nachfolgenden Dosiervorgängen
freigegeben wid.
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Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform der Auswahlschaltung 9; sie besteht
aus mehreren UND-Gliedern 401 ... 40n und 411 ... 41n und einem Inverter 42. Beim
ersten Dosiervorgang liefert die Einheit 15 ein Signal, welches nach Invertierung
durch den Inverter 42 die UND-Glieder 401 bis 40n freigibt, infolgedessen der Inhalt
der Multiplikationsschaltung 8 von der Auswahlschaltung 9 bzw. deren UND-Glieder
401 bis 40n zur Registereinheit 11 übertragen wird. Bei Nichtvorliegen des Signals
von der Einheit 15 sollen dem gegenüber die Signale vom Rechenwerk 10 durch die
UND-Glieder 411 bis 41n n die Registereinheit 11 weitergeleitet werden. Ersichtlicherweise
muß der Pegel der signale von der Einheit 15 sowie von der Schaltung 8 bzw. dem
Rechenwerk 10 derart gewählt werden, da3 bei Vorliegen eines Signals von der Einheit
15 nur die UND-Glieder 401 bis 40n in den Leit-Zustand geschaltet werden, während
die UND-Glieder 411 bis 41n durch dieses Signal der Sinheit 15 gesperrt bleiben.
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Als UND-Glieder werden vorzugsweise UND-Glieder mit Tri-state-Åusgang
verwendet, deren Ausgang bei entsprechender Ansteuerung über die Steuerleitung hochohmig
wird. An Stelle der UND-Glieder können auch elektronische Schalter, beispielsweise
Analogschalter und Übertragungsgatter, eingesetzt werden.
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In Fig. 6 ist eine Ausführungsform der Schaltung 7 dargestellt.
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Nach Fig. C weist die Schaltung 7 einen Vorwahlschalter 44 auf, mit
liilfe dessen der Dosierungsvolumen-Sollwert W von fland eingegeben werden kann.
An Stelle des Vorwahl schalters 44 kann auch eine Schnittstelle vorgesehen werden,
durch die über einen Rechner die Eingabe des Sollwerts W erfolgen kann. Die Schaltung
7 enthält ein Register 45 zur Speicherung eines ersten Sollwertes W und einen Komparator
4G, der einen Vergleich zwischen einem ersten eingegebenen Sollwert, der im Register
45 enthalten ist, und einem neu eingegebenen
Sollwert ausführt
und bei Vorliegen einer Differenz zwischen den beiden Sollwerten ein Steuersignal
abgibt, welches anzeigt, daß der Sollwert durch die Schaltung 7 verändert ist. Dieses
Signal wird der Einheit 15 zugeführt, wie dies bereits in Verbindung mit Fig. 1
beschrieben ist und welche eine neue Dosiervorgangsreihe einleitet, infolgedessen
der Folgende Dosiervorgang als erster Dosiwervorgang einer Dosiervorgangsreihe erkannt
wird und er Auswnhlschaltung 9 entsprechend der Wert der Multiplikationseinhei 5
zugeführt wird. Auf diese Weise wird verhindert, daß bei einer Vcrinderen des Sollwerts
eine Dosierung mit einer zu großen Menge erfolgt, welche das Überlaufen des Behältnisses
zur Folge hätte. Das Register 45 wird infolge der Zwischenschaltung eines Verzögerungs
glieds 47 zwischen den Freigabeeingang des Registers 45 und den Ausgang des Komparators
46 nach einer bestimmten Zeitverzögerung freigegeben, damit der neue Sollwert in
das Register 45 eingegeben werden kann und der Komparator 4b bei unverändert gebliebener
Sollwerteinstellung kein Ausgangssignal zur Einheit 15 liefert.
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Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform der Verzögerungsschaltung 21, die
das Koinzidenzsignal um eine einstellbare Zeitverzögerung verzögert der Transporteinrichtung
14 zuführt. Diese Verzögerungsschaltung 21 wird beispielsweise durch einen Schmitt-Trigger
48 gebildet, wobei die Verzögerungszeit durch ein RC-Glied variierbar ist. Durch
die Verzögerungsschaltung 21 wird erreicht, daß das Schließen des Absperrorgans
20 nach dem Auftritt des Koinzidenzsignals erfolgt und der Schließvorgang abgewartet
wird, bevor der Weitertransport der ßehältnisse durch die Transporteinrichtung 14
ausgeführt wird. Die durch die Verzögerungsschaltung 21 einstellbare Verzögerungszeit
ist von den dynamischen Parametern des Ventil ?0 und der Gestaltung des Auslaufs
der Abfüllvorrichtung ab.
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Zur Erkennung des ersten Dosiervorgangs, welche durch die Einheit
15 ausgeftihrt wird, kann die in Fig. 8 gezeigte Schaltung verwendet werden. Die
dargestellte Ausführungsform der Einheit 15 weist einen Zihler 50 auf, dessen Zühleingang
50a mit dem Ausgang der Position-Detektoreinheit 16 verbunden is t, während sein
Nullstellungseingang SOb
mit der Stelleinheit 13 und der chaltung
7 zur Einstellung des Dosiervolumen-Sollwerts entsprechend der Darstellung in Fig.
1 v@@ den ist. Der rückstellbare Vorwärts-Zähler 50 zählt alle Startimpiilse, die
von der Positions-Detektoreinheit 16 dann erzeugt werden, wenn ein neues Behältnis
die Abfüllposition erreicht hat. Die Ausgänge der Zählers 50 sind an einen Komparator
51 angeschlossen, der einen durch Festverdrahtung erhaltenen Wert "1" mit dem Inhalt
des Zählers 50 vergleicht und bei Übereinstimmung des Inhalt; des Die lers 50 mit
dem Wert "1" ein Ausgangssignal liefert, das anzei;t, daß der erste Dosiervorgang
vorliegt.
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Ein Beispiel einer Steuerinheit 13 zur Steuerung eines Absperrorgans
oder Ventils 20 ist in Fi;. 9 veranschaulicht. Die Steuereinheit 13 enthält ein
Flipflop 53 mit einem Setz-Eingang S und einem Rückstelleingang R, wobei der Setz-Eingang
S zur Öffnung des Ventils und der Rückstelleingang R zum Schließen des Ventils angesteuert
wird. Das Flipflop 53 oder ein anderer statischer Digitalspeicher wird durch das
Ausgangssignal des UND-Glieds 19 gesetzt und durch das Koinzidenzsignal des Komparators
12 zurückgestellt. Der Ausgang des Flipflops r3 steuert eine Leistungsstufe, beispielsweise
einen Schalttransistor 54, der im Leitzustand einen Stromkreis über ein Relais 55
o. dgl. bildet. Das Relais 55 betätigt das Ventil 20 oder ein anderes Absperrorgan
beispielsweise bei Verwendung eines Magnetventils durch Öffnen bzw. Schließen eines
dem Magnetventil zugeordneten Stromkreises.
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Die Erfindung schafft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Dosieren
von strömenden Medien abhängig von einem Sollwert, welcher dem Volumen entspricht,
mit welchem Behil tnisse aufzufüllen sind. Beim ersten Dosiervorgang einer Dosiervorgangsreihe
wird zur Vermeidun eines Uberlaufens des ersten, aufzufüllenden Behältnisses der
Sollwert durch Multiplikatio mit einem konstanten Faktor reduziert, wobei der konstante
ektor durch Erfahrungswerte bestimmt ist, die sich infolge der Nachlaufzeiten der
Vorrichtung, durch die Trägheit
des Abfüllsystems oder dgl. ergeben.
Der sich durch die Multiplikation des Sollwerts mit einem konstanten Faktor ergebende
Wert ist als Vorwahlwert bezeichnet und wird während den den ersten Dosiervorgang
folgenden Dosiervorgängen ständig korrigiert, d.h. es wird jeweils ein neuer Vorwahlwert
erhalten, der nach Einleitung einer Dosiervorgangsheite unter Berücksichttigung
der tatsächlich vorliewenden Nachlaufzeiten korrigiert wird. Unter Nachlaufzeit
wird der Zeitraum verstanden, der zwischen der Abgabe des Koinzidenzsignals, d.h.
der Übereinstimmung des Zählerinhalts mit dem in der Registereinheit enthaltenen
Vorwahlwert einerseits und der tatsächlichen Beendigung des Abfüll- bzw. Dosiervorgang
andererseits liegt, wobei die tatsächliche Beendigung des Dosiervorganges dann vorliegt,
wenn die Strömung durch den Durchflußmesser durch vollständiges Schließen des Absperrorgans
beendet ist. Die Erfassung der tatsächlichen Beendigung des Dosiervorganges wird
durch die Feststellung eines bestimmten Impulsabstandswertes ausgeführt. Vor der
Feststellung des vorbestimmten Impulsabstandswertes kann kein weiterer Dosiervorgang
der gleichen Dosiervorgangsreihe ausgeführt werden.
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Neben der Feststellung eines vorbestimmten Impulsabstandswerten zur
Anzeige der tatsächlichen Beendigung eines Abfüllvorganges ist zur Öffnung des Absperrorgans
für die Ausführung eines weiteren Dosiervorganges das Vorliegen eines Ausgangssignals
der Positionsdetektoreinheit 16 erforderlich, die ein Signal abgibt, sobald ein
neues, leeres Behältnis zur Abfüllstation nach Entfernunit, des aufgefüllten Behältnisses
transportiert ist.
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