DE4420950A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ein- oder Rückstellung der Verdrängungsgrößen einer Volumenänderungseinrichtung an einem gegenüber der Atmosphäre oder einem sonstigen Bezugsdruck absperrbaren starren Behälter oder Hohlkörper - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur Ein- und Rückstellung der Verdrängungsgrößen einer Volu­ menänderungseinrichtung an einem gegenüber der Atmosphäre oder einem sonstigen Bezugsdruck absperrbaren, starren Behälter oder Hohlkörper nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Verfahren und Vorrichtungen mit diesen Merkmalen sind bereits Ge­ genstand der DE-PS 35 40 768.

Verfahren und Vorrichtungen zur Messung eines flüssigen oder festen Lagerguts an einem gegenüber dem Atmosphärendruck oder einem anderen Bezugsdruck intermittierend absperrbaren Behälter durch Ermittlung des Volumens oder der Menge des gasförmigen Be­ hälterinhalts durch Veränderung des Volumens mittels eines an den Behältergasraum über eine Verbindungsleitung angeschlossenen Zy­ linders mit elektromotorisch angetriebenen, ständig oder zeitlich begrenzt oszillierenden Kolben bzw. durch Mittel, die in vorge­ gebenen oder frei wählbaren Zeitabständen elektrisch z. B. elektro­ motorisch, pneumatisch oder hydraulisch auf einen verdrängungsgrö­ ßenveränderbaren Verdrängungskörper, beispielsweise einen Zylinder mit Kolben einwirken, der außerhalb oder innerhalb des Behälters angeordnet ist, unter Anwendung des Boyle-Mariotteschen Gesetzes sind in vielfacher Ausführung bekannt. Eine tragbare Lösung die­ ses Probleme ist bei derartigen Anordnungen aber vielfach nur mit hohem technischen Aufwand zu erreichen, insbesondere da­ durch, daß leicht entzündliche Luft-, Gas- oder Dampfgemische bei brennbaren Flüssigkeiten oder giftige Lagerstoffen eine ex­ treme, überwachbare Dichtheit der Zylinder/Kolbenanordnung erfor­ dern bzw. wenn die Volumenbestimmung von unter Druck stehenden Flüssigkeiten durch erzwungene Änderungen des Gasraumvolumens mittels Verdrängungsgrößen veränderlicher Verdrängungskörper er­ folgt, deren auf die Verdrängungsgröße einwirkenden bisher be­ nutzten elektromotorischen oder -magnetischen, pneumatischen oder hydraulischen Mittel ausschließlich sowohl zur Vergrößerung als auch zur Verkleinerung der Verdrängungsgröße der Verdrängungskör­ per beziehungsweise umgekehrt eingesetzt werden (DE-PS 8 97 331, U-PS 15 08 969, US-PS 41 84 371).

In der DE-PS 35 40 768 ist eine Vorrichtung zur Messung des Volumens eines flüssigen oder festen Lagergutes an einem, gegen­ über dem Atmosphärendruck oder einem anderen Bezugsdruck absperr­ baren Behälter durch Ermittlung des Volumens des gasformigen Be­ hälterinhalts durch erzwungene Veränderung des Gasraumvolumens mittels verdrängungsgrößenveränderlicher gas- und flüssigkeits­ dichter, aufblasbarer oder mechanisch einstellbarer Hohlkörper, beziehungsweise Membran-Verdrängungskörper beschrieben worden, deren auf die Verdrängungsgröße des Verdrängungskörper einwirken den Mittel elektrisch, mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch sowohl die Vergrößerung als auch die Verkleinerung der Verdrän­ gungsgröße nach vorgegebenem Programm bewirken. Die an den Behäl­ tergasraum (das Restvolumen) ständig angeschlossene Gasdruckmeß­ einrichtung ermittelt dabei die Druckänderung zwischen dem Aus­ gangsdruckwert vor Absperrung des Behälters gegenüber dem Atmo­ sphärendruck oder einem sonstigen Bezugsdruck (bei Ruhevolumen­ größe des Verdrängungskörpers) und dem Enddruck-Meßwert nach Ab­ sperrung des Behälters gegenüber dem vorstehend erwähnten Atmo­ sphären- beziehungsweise sonstigen Bezugsdruck (bei Arbeitsvolu­ mengröße des Verdrängungskörpers). Die Ruhevolumengröße des Ver­ drängungskörpers kann sowohl Minimal-Verdrängungsvolumen als auch Maximal-Verdrängungsvolumen sein, und die Arbeitsvolumengröße kann gleichfalls sowohl Minimal-Verdrängungsvolumen als auch Maximal-Verdrängungsvolumen sein. Ist die Ruhevolumengröße des Verdrängungskörpers das Minimal-Verdrängungsvolumen und die Ar­ beitsvolumengröße das Maximal-Verdrängungsvolumen, dann arbeitet die hier beschriebene bekannte Vorrichtung nach dem Überdruck­ verfahren. Ist jedoch die Ruhevolumengröße des Verdrängungs­ körpers des Maximal-Verdrängungsvolumen und die Arbeitsvolumen­ größe des Minimal-Verdrängungsvolumen, dann arbeitet die Vorrich­ tung nach dem Unterdruckverfahren.

Bezüglich der Nachteile der vorgenannten Verfahren und Vor­ richtungen hat sich ergeben, daß bei einer Änderung der Verdrän­ gungsgröße der Verdrängungskörper aus einer Ausgangsverdrängungs­ größe in eine Endverdrängungsgröße die jeweilige Rückstellung der Verdrängungskörper in die Ausgangsverdrängungsgröße bei den mei­ sten Ausbildungsformen der Mittel zur Durchführung exakter Ver­ größerung oder Verkleinerung dieser volumenvariablen Verdrän­ gungselemente aufwendigere Umsteueraggregate, beispielsweise mehr Magnetventile bei pneumatisch wirksamen Mitteln zur Vergrößerung oder Verkleinerung der Verdrängungskörper oder aufwendigere Steu­ erungsmittel zur Rückstellung von mechanisch wirksamen Schub-, Dreh- beziehungsweise Schwenkelementen bei Kolben-, Kolben/Mem­ bran- oder Membran-Verdrängungskörpern erforderlich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung so zu verbessern, daß die entsprechen­ de Vorrichtung mit wesentlich geringerem wirtschaftlichen und apparativen Aufwand herstellbar ist und betrieben werden kann, sowohl nach dem Über- als auch nach dem Unterdruckverfahren ar­ beitet und gleichzeitig mindestens den gleichen Anforderungen hinsichtlich der Messung und Anzeige, des Ansprechens, der Ein­ stellbarkeit und der Funktionssicherheit wie bei den bekannten Vorrichtungen genügt.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Gattung wird die vorgenannte Aufgabenstellung erfindungsgemäß mittels der in dem Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale und Anspruch 2 gelöst, Möglichkeiten zur vorteilhaften weiteren Ausbildung der Erfindung sind in den Ansprüchen 3 bis 9 angegeben.

Die Erfindung geht von der Tatsache aus, daß bisher die be­ triebsmäßige Veränderung der Verdrängungsgröße des Verdrängungs­ körpers sowohl bei Vergrößerung als auch bei Verkleinerung der Verdrängungsgröße des Verdrängungskörpers ausschließlich durch elektromechanische, elektrodynamische, pneumatische oder hydrau­ lische Mittel bewirkt wird. Die dazu erforderlichen Aktoren der umsteuerbaren Einstell- und Rückstellmittel bedingen aus diesem Grund nahezu einen doppelten Raum- und Komponentenbedarf.

Die Erfindung beruht auf der Ausnutzung des Umstandes, daß die während der Einstellperiode des Verdrängungskörpers zwischen der Ruhevolumengröße und der Arbeitsvolumengröße wirksamen elektrischen, mechanischen, pneumatischen, hydraulischen oder sonstigen Stellmittel mit ihren Aktoren gleichzeitig mit der Volumenänderung des Verdrängungskörpers eine vorzugsweise schon vorgespannte Spannfederanordnung durch die Krafteinwirkung der vorgenannten Stellmittel elastisch verformen und dadurch Arbeit speichern. Bei Entlastung zu einem frei wählbar vorgegebenen Zeitpunkt kehrt die Federanordnung beispielsweise über eine stän­ dige oder auf trennbare Kupplungs-Verbindung zu den vorgenannten Stellmitteln in die ursprüngliche Form zurück und gibt damit die gespeicherte Arbeit ganz oder teilweise zurück, so daß die gespei­ cherte Federkraft der Federanordnung mit Sicherheit ausreicht, die Rückstellung bzw. Einstellung des Verdrängungskörpers von der Arbeitsvolumengröße zur Ruhevolumengröße ohne Mitwirkung der vor­ genannten elektrischen, pneumatischen, hydraulischen oder sonsti­ gen Ein- bzw. Rückstellmittel (oder umgekehrt) zu bewirken.

Bei elektromechanisch, elektrodynamisch (z. B. Linearantrieb), hydraulisch oder pneumatisch angetriebenen Schub-, Dreh-, Schwing- oder Schwenkaktoren zur Einstellung der Verdrängungs­ grobe von Verdrängungskörpern wie beispielsweise Zylinder/Kol­ ben-, Zylinder/Kolben/Membran-, Zylinder/Membran-Verdrängungs­ körpern oder Membran-Schwing-Verdrängungskörper zwischen Behäl­ tergasraum bzw. einem daran angeschlossenen Außengefäß und dem Atmosphärendruck oder einem sonstigem Bezugsdruck ist die Rück­ stellung der Verdrängungskörper durch Federkraft nach Abtrennung, Abschaltung oder ggf. "Stand by - Betriebszustand" der Einstell­ mittel ohne besonderen Aufwand erfindungsgemäß durch Anordnung von Spannfedern, beispielsweise Zug- oder Druckfedern, gerade oder gewundene Biegefedern, Schraubenfedern unterschiedlicher Art, Gasfedern oder ähnlich wirksamen Federanordnungen zwischen den Einstell-, Schub-, Dreh-, Schwenk- oder Schwingaktoren zur Volumenveränderung der Verdrängungskörper und einer ortsfest angebrachten Halterung oder zwischen den Bodenplatten von Luft­ federn bekannter Art einfach zu bewirken.

Auch bei aufblasbaren, belüftbaren, evakuierbaren, flexiblen, und gegenüber dem Umgebungsdruck gas- und flüssigkeitsdichten Hohlkörpern, beispielsweise Luftfedern bekannter Bauart wie Ein­ fach-, Zweifach- oder Mehrfach-Faltenbalg, Rollbalg, Gürtelroll­ balg oder ähnlich gestalteter Hohlkörper als volumenveränderli­ che Verdrängungskörper frei einstellbarer maximaler und/oder minimaler Verdrängungsgröße ist nach Einstellung der gewünschten Verdrängungsgröße durch pneumatische Mittel wie z. B. Luftpumpen oder sonstige Gasdruck- oder Vakuumquellen und Durchführung des Behältervolumen-Meßvorgangs die Rückstellung in die Ausgangsver­ drängungsgröße mittels Federkraft, bei gleichzeitiger Belüftung des Luftfederinnenraums unter Einsatz einer Druck- oder Zugfeder­ anordnung innerhalb oder außerhalb dieser Verdrängungskörper ein­ fach zu bewirken.

Der Einfachheit halber ist hier die Beschreibung der Verdrän­ gungsgrößen-Zustände der Verdrängungskörper bei den verschiedenen Ausbildungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Verwen­ dung aufblasbarer Hohlkörper als Verdrängungskörper der Volumen­ änderungseinrichtung auf Anwendung des Überdruckverfahrens abge­ stellt. Die Übertragung der beschriebenen Verdrängungsgrößen- Zustände bei Anwendung des Überdruckverfahrens auf die Verdrän­ gungsgrößen-Zustände bei Anwendung des Unterdruckverfahrens dürf­ te dem Fachmann geläufig und auch der eingangs angeführten DE-PS 35 40 768 zu entnehmen sein.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt schematisch und in stark vereinfachter senkrechter Darstellung:

Fig. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Membran/Schwingkörperanordnung zwischen Behältergasraum und Atmosphäre als volumenveränderlicher Verdrängungskörper, wo­ bei die Ein- oder Rückstellung dieser Schwingkörperanordnung je­ weils durch unterschiedliche Stellmittel bewirkt wird,

Fig. 2 eine Ausführungeform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer als aufblas- und belüftbarer Einfach-Faltenbalg mit Spannfeder zwischen dessen beiden Bodenplatten ausgebildeten Luftfeder als volumenveränderlicher Verdrängungskörper in einem über eine Luftleitung an den Behältergasraum angeschlossenen druck- und vakuumfesten Außengefäß,

Fig. 3 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem über eine Luftleitung an den Behältergasraum angeschlos­ senen druck- und vakuumfesten Außengefäß mit einer als aufblas- und belüftbaren Einfach-Faltenbalg ausgebildeten Luftfeder mit einer im Außengefäß fest angebrachten und einer in Ausdehnungs­ richtung beweglichen Bodenplatte als volumenveränderlicher Ver­ drängungskörper sowie mit einer Spannfeder zwischen der beweg­ lichen Bodenplatte und einer im Außengefäß befestigten Halterung.

Fig. 4 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer außerhalb des absperrbaren Behälters angeordneten, und über eine Luftleitung mit dem Gasraum das Behälters verbundenen Zylinder/Kolben/Membrananordnung als volumenveränderlicher Ver­ drängungskörper, nach Einstellung des Verdrängungskörpers und der damit gekoppelten Erhöhung der Federspannung einer Federanordnung zur Rückstellung des Verdrängungskörpers durch elektrodynamische bzw. sonstige, elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch wirksame Mittel in den Zustand der kleinsten Verdrängungsgröße.

Fig. 5 die gleiche erfindungsgemäße Vorrichtung der Ausfüh­ rungsform nach Fig. 4 nach Rückstellung des Verdrängungskörpers mittels der beim Einstellvorgang des Verdrängungskörpers durch elastische Verformung der Federanordnung gespeicherten Arbeit der Federanordnung und nach nunmehriger Entlastung der Federspannung in den Zustand seiner größten Verdrängungsgröße.

In Fig. 1 sind die Grundelemente zur Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens bei einem gegenüber der Atmosphäre mit­ tels des Absperrventils 19, beispielsweise eines Magnetventils mit Gasraumöffnung 26, Atmosphärenöffnung 27 und Stellantrieb 20 dicht gegenüber dem Atmosphärendruck oder einem sonstigen Bezugs­ druck absperrbaren Behälters 1, in den Flüssigkeit 2 über den Füllstutzen mit Kappe 4 eingefüllt ist, dargestellt. Nach jeder Befüllung ist der Füllstutzen mittels der Füllstutzenkappe dicht zu verschließen. Die vom Druckmesser 21 über die Meßleitung 22 gemessenen Druckwerte im Gasraum 3 des Behälters 1 werden bei­ spielsweise im Analog/Digital-Wandler 33 in digitale Informatio­ nen umgewandelt und über das Interface 41 - wie schon vorstehend beschrieben - dem Mikrocomputer 34 zugeleitet, der diese Informa­ tionen weiter bearbeitet und dann dem Anzeigeinstrument 42 zwecks Anzeige des Behälterrest oder -füllvolumens zuführt.

Aus Sicherheitsgründen sollte das Absperrventil 19 als "strom­ los geöffnetes" Durchgangsmagnetventil ausgebildet sein, um bei Ausfall der Stromversorgung während eines Meßvorgangs bei abge­ sperrtem Magnetventil die Absperrung des Behälters gegenüber dem Atmosphärendruck sofort aufzuheben und den Behälter zu belüften. Für die erfindungsgemäße Funktion ist die Verwendung von "strom­ los geöffneten" Magnetventilen ohne Bedeutung; es können auch "stromlos geöffnete" Magnetventile verwendet werden.

Zwischen Behältergasraum 3, dem sogenannten Restvolumen, und dem Atmosphärendruck ist eine als gas- und flüssigkeitsdichter, volumenveränderlicher Verdrängungskörper ausgebildete Membran/ Schwingkörperanordnung, bestehend aus der gas- und flüssigkeits­ festen, flüssigkeitsdichten und flexiblen Membrane 31, den auf beiden Seiten der Membrane aufgebrachten Membrantellern 30a und 30b, und dem Linearantrieb 28 angeordnet. Behältergasraum­ seitig ist die Membran/Schwingkörperanordnung beispielsweise durch die perforierte Abdeckung 24 und atmosphärenseitig durch die Abdeckung 32 mit der Atmosphärenöffnung 29 gegen Berührung geschützt. Der Aktor 45 des Linearantriebs ist sowohl mit beiden Membrantellern 30a und 30b, einschließlich der dazwischen ange­ ordneten Membrane 31, als auch mit der Feder-Halterung 46 fest verbunden. Zwischen der beweglichen Feder-Halterung 46 und der beispielsweise auf der Abdeckung 32 fest plazierten Feder-Halte­ rung 44 ist die vorzugsweise vorgespannte Spannfeder 43 angeord­ net. Die Einstellung der größten Verdrängungsgröße der Membran/ Schwingkörperanordnung (obere Position der Membranteller 30a, 30b) wird - bei gleichzeitiger Anspannung der Spannfeder 43 - durch die Schubtätigkeit des Linearantriebs über den Aktor 45 als Stellglied bewirkt. Die Rückstellung der Schwingkörperanordnung als Verdrängungskörper auf die kleinste Verdrängungsgröße (untere Position der Membranteller 30a, 30b) wird nach Abtrennung oder Abschaltung des Linearantriebs ausschließlich durch die Feder­ kraft der Spannfeder 43 bewirkt. Die Schwingfrequenz und -form der Membran/Schwingkörperanordnung ist abhängig von der Einstell­ geschwindigkeit des Linearantriebs sowie des zugehorigen Aktors, ferner von der Federkennlinie der gleichzeitig mitzuspannenden und unter Abgabe von Federkraft an den vorgenannten Aktor sich entspannenden Spannfeder und kann frei wählbar fest oder verän­ derbar, z. B. in einem Ablaufsteuerprogramm vorgegeben werden.

Als Mittel zur Programmablaufsteuerung der Verdrängungs­ vergrößerungs- und -verkleinerungsvorgänge, des Meßprogramms zur Ermittlung des Behälterleervolumens, der Korrektur der Druckmeß­ abweichungen durch Drift, Temperatur- und sonstige Störeinflüsse sowie zur Überwachung der ordnungsgemäßen Ausführung des im Ar­ beitsspeicher 37 eingegebenen Anwenderprogramms ist beispielswei­ se der Mikrocomputer 34 vorgesehen. Der Arbeitsspeicher enthält sowohl den Programmspeicher, in dem das Anwenderprogramm fest, und damit gegen Stromausfall gesichert untergebracht ist, als auch einen Datenspeicher, in dem die Informationen, die sich ständig ändern, untergebracht sind. 36 ist der Taktgenerator des Mikroprozessors (CPU) 35, der in an sich bekannter Art und Weise alle erforderlichen Rechenoperationen, z. B. Umrechnung des hy­ perbolischen Verlaufes der Druck/Spannungswerte bei Messung des Restvolumens in lineare Großen- und Anzeige dieser Meßgrößen auf dem Analog- oder Digital-Meßinstrument 42 durchführt. 38 ist die Ausgabestufe für die Steuervorgänge der erfindungsgemäßen Ein­ richtung. 39 enthält die Zusatzlogik für zusätzliche periphere Aufgaben. Der Datenbus 40 verbindet den Mikrocomputer 34 mit dem Interface 41.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Volu­ menänderungseinrichtung mit einer als aufblas- und belüftbarer Einfach-Faltenbalg mit zwei gegenüberliegenden Bodenplatten 10, 11 ausgebildeten Luftfeder als volumenveränderlichen Verdrängungs­ körper 9 in einem über die Luftleitung 18 an den Gasraum 3 des gegenüber der Atmosphäre absperrbaren Behälters 1, der mit der Flüssigkeit 2 über den mit einer dichten Verschlußkappe versehe­ nen Füllstutzen 4 befüllt ist, angeschlossenen druck- und vakuum­ festen Außengefäß 7. Die Absperrung des Behälters 1 gegenüber der Atmospäre erfolgt mittels des vorzugsweise "stromlos geöffnet" Magnetventils 19, dessen Ausgangsleitung 26 an die Luftleitung 18 und damit an den Gasraum 3 des Behälters und den damit ständig verbundenen Innenraum 3e des Außengefäßes 7 angeschlossen ist. 20 ist der elektrische Antrieb des Magnetventils 19 und 27 ist der zur Atmosphäre führende Ausgang des Ventils. Die Meßwerte des an die Luftleitung 18 angeschlossenen elektrischen Druckmessers werden über das Interface 41 der Funktionseinheit 34, die bei­ spielsweise als diskrete Schaltung, aber auch als Mikrocomputer, wie in der Beschreibung der Vorrichtung nach Fig. 1 angegeben, ausgebildet sein mag, zwecks weiterer Aufbereitung und Anzeige der Behalterfüllvolumen-Meßwerte auf dem Analog- und/oder Digi­ tal-Meßinstrument 42 zugeleitet. Ferner werden die Steuersignale zur Durchführung der vorstehend beschriebenen Einstellungs- und Rückstellungsmaßnahmen, der Magnetventil- und der Pumpeneinsätze zur Änderung der Verdrängungsgrößen der Verdrängungskörper, der jeweiligen Absperrung oder Aufhebung der Absperrung der Behälter nach den Anweisungen des Anwenderprogramms durch die Funktions­ einheit 34 über das Interface 41 den jeweiligen Aktoren zugelei­ tet.

Vor jedem Volumenmeßvorgang mit dieser Vorrichtung muß der Verdrängungskörper 9 aus dem Zustand der federspannungsbewirkten größten Verdrängungsgröße in den Zustand der kleinsten Verdrän­ gungsgröße zurückgestellt werden. Diese Rückstellung erfolgt in diesem Darstellungsbeispiel durch pneumatische Mittel.

Die zwischen den Bodenplatten 10, 11 angeordnete und bis auf eine vorgegebene Restfederspannung entspannte Spannfeder 23a be­ wirkt, daß in der Einstellphase nur durch ihre Federkraft diese Bodenplatten parallel oder in einem vorbestimmbaren Winkel aus­ einander gedrückt und damit der Verdrängungskörper seine größte Verdrängungsgröße einnimmt und diese bis zu einem vorgegebenen, frei wählbaren Zeitpunkt aufrechthält. Die Restfederspannung sollte erfindungsgemäß mindestens so stark sein, daß bei ab­ gesperrtem Behälter der Zustand der größten Verdrängungsgröße gegenüber dem Atmosphärendruck oder einem sonstigen Bezugsdruck auch noch bei 95% mit Füllgut höherer Temperaturen, z. B. maximal 70°C befülltem Behälter längere Zeit mit Sicherheit aufrecht er­ halten werden kann. Durch Anordnung von mechanischen oder sonsti­ gen bekannten Stellweg- oder Stellwinkelbegrenzern für bewegliche Objekte, hier beispielsweise für die Bodenplatten 10, 11, die aus Übersichtsgründen nicht in der Zeichnung aufgeführt sind, kann die Einstellung einer überhöhten Verdrängungsgröße des Verdrän­ gungskörpers vermieden werden. In der Zeichnung ist der Verdrän­ gungskörper in dem Zustand seiner größten Verdrängungsgröße dar­ gestellt, der beispielsweise auch Ruhezustand bei belüftetem Gas­ raum sein kann. Das in der Luftleitung 25 angeordnete Drei-Wege- Magnetventil 17, welches über den Antrieb 16 angesteuert wird, ist in diesem größten Verdrängungszustand des Verdrängungskörpers 9 über den Ventilweg (X)<<<(Z) gegenüber dem Atmosphärendruck geöffnet.

Die Rückstellung des Verdrängungskörpers 9 aus dem Zustand der federkraftbedingten größten Verdrängungsgröße in den Zustand sei­ ner kleinsten Verdrängungsgröße erfolgt erfindungsgemäß bei­ spielsweise durch pneumatische Mittel, beispielsweise durch Evakuierung des Innenraums des Verdrängungskörpers mittels der Vakuumpumpe 13a über die Luftleitung 25, in der das in Ansaug­ richtung durchlässige Rückschlagventil 15a, und das nur während des Betriebs der Vakuumpumpe auf dem Ventilwege (X)<<<(Y) geöff­ nete Drei-Wege-Magnetventil 17, bei gleichzeitiger Absperrung des dritten Weges (Z) zur Atmosphäre, angeordnet ist. 16 ist der elektrische Stellantrieb des Drei-Wege-Magnetventils 17.

Durch die Evakuierung des Innenraums des Verdrängungskörpers wird dieser gegen den Widerstand der Eigenfederkraft der Luft­ feder und gegen Druck der Spannfeder 23, deren Spannkraft sich gleichzeitig steigert, zusammengesaugt, so daß die beiden Bodenplatten 10, 11 sich nahezu parallel nähern und fast berühren.

Auch hier wäre die Anordnung von Stellweg- oder Stellwinkel­ begrenzern, beispielsweise mechanischen, elektronischen oder op­ tischen Begrenzern bekannter Art, die bei überhöhtem Zusammensau­ gen der Luftfeder den Absaugvorgang unterbrechen, bevor die In­ nenflächen der beiden Bodenplatten sich berühren, vorteilhaft.

Die betriebsmäßige Entnahme der Flüssigkeit 2 kann beispiels­ weise über die Flüssigkeitsleitung 6 und das manuell einstellbare Absperrventil 5 mittels einer hier nicht dargestellten flüssig­ keits- und gasdichten handelsüblichen Flüssigkeitspumpe erfolgen, ohne die Funktion der Einrichtung zu beeinträchtigen.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung des aufblasbaren Verdrängungskörper 9 im Zustand kleinster Verdrängungsgröße infolge des Drucks der Spannfeder 23b auf die Bodenplatte 10 in einem über die Luftleitung 18 an den Behältergasraum 3 des gegenüber dem Atmosphärendruck absperr­ baren Behälters 1 angeschlossenen druck- und vakuumfesten Außen­ gefäß 7. Der Behälter 1 ist über den mit einer dichten Verschluß­ kappe versehenen Füllstutzen mit der Flüssigkeit 2 befüllt. Die Absperrung des Behälters 1 gegenüber dem Atmosphärendruck kann programmgemäß nach dem Anwenderprogramm mittels des vorzugsweise "stromlos geöffneten" Magnetventils 19 erfolgen, dessen Ausgangs­ leitung 26 an die Luftleitung 18 und damit an den Gasraum 3 des Behälters und den damit ständig verbundenen Innenraum des Außen­ gefäßes 7 angeschlossen ist. 20 ist der elektrische Antrieb des Magnetventils 19 und 27 ist dessen zur Atmosphäre führender Ausgang. Die Meßwerte des an die Luftleitung angeschlossenen elektrischen Druckmessers 21 werden über das Interface 41 der Funktionseinheit 34, die beispielsweise als diskrete Schaltung, aber auch als Mikrocomputer, wie in der Beschreibung der Vorrich­ tung nach Fig. 1 angegeben, ausgebildet sein mag, zwecks weiterer Verarbeitung, Aufbereitung und Anzeige der Behälterfüll- oder Leervolumen-Meßwerte auf dem Analog- und/oder Digital-Meßinstru­ ment 42 zugeleitet. Ferner werden die Steuersignale zur Durchfüh­ rung der vorstehend beschriebenen Einstellungs- und Rückstel­ lungsmaßnahmen, der Magnetventil- und der Pumpeneinsätze zur Än­ derung der Verdrängungsgröße des Verdrängungskörpers sowie der jeweiligen Absperrung oder Entsperrung des Behälters nach den An­ weisungen des Anwenderprogramms durch die Funktionseinheit 34 über das Interface 41 den jeweiligen Aktoren zugeleitet.

Die zwischen der Bodenplatte 10 des Verdrängungskörpers 9 und der unteren Wandung des Außengefäßes 7 - seitlich nicht ver­ schiebbar - angeordnete und bis auf eine vorgegebene Restfeder­ spannung entspannte Spannfeder 23b hat den Verdrängungskörper 9 ausschließlich durch ihre auf die Bodenplatte 10 mit mechanischem Druck einwirkende gespeicherte Federkraft dermaßen zusammengefal­ tet, daß er sich in diesem Darstellungsbeispiel - bei nicht gegen­ über dem Atmosphärendruck abgesperrten Behälter - im Zustand der vorgegebenen kleinsten Verdrängungsgröße befindet.

Bei jedem Volumenmeßvorgang mit dieser Vorrichtung wird der Verdrängungskörper 9 aus dem Zustand der federspannungsbewirkten kleinsten Verdrängungsgröße - bei gegenüber dem Atmosphärendruck abgesperrten Behälter 1 - in den Zustand der jeweils vorgegebenen größten Verdrängungsgröße eingestellt. Diese Einstellung erfolgt bei diesem Darstellungsbeispiel durch pneumatische Mittel, bei­ spielweise durch Aufblasen des Innenraums des Verdrängungskör­ pers 9 mittels der Druckluftpumpe 13b über die Luftleitung 25, in der das in Aufblasrichtung durchlässige Rückschlagventil 15b und das nur während des Betriebs der Druckluftpumpe auf dem Ven­ tilweg (X)<<<(Y) geöffnete Drei-Wege-Magnetventil 7 bei gleich­ zeitiger Absperrung des dritten Weges (Z) zur Atmosphäre, ange­ ordnet ist. Nach dieser pneumatischer Einstellung des Verdrän­ gungskörpers in den Zustand größter Verdrängungsgröße bei gleich­ zeitiger erneuter Spannung der Spannfeder, Abschaltung der Druck­ luftpumpe und Messung des Drucks im Gasraum des Behälters mittels des elektrischen Druckmessers 21 über die Meßleitung 22 kann die Volumenbestimmung des Restvolumens und damit des Füllvolumens auf bekannte Art und Weise bestimmt werden. Im Anschluß an diesen Meßvorgang kann durch Umschaltung des Drei-Wege-Magnetventils 17 in die Ausgangsstellung (X)<<<(Z) bei gleichzeitiger Absperrung des Weges (Y) zur (vorher) abgeschalteten Druckluftpumpe 13b, der Innenraum 12 des Verdrängungskörpers 9 belüftet und durch die vorher beim Aufblasvorgang gespeicherte Federkraft (Arbeit) der Spannfeder 23b der Verdrängungskörper 9 zurück in den Zustand der kleinsten Verdrängungsgröße versetzt werden.

Die betriebsmäßige Entnahme der Flüssigkeit 2 kann beispiels­ weise, wie in Fig. 3 angegeben, über die Flüssigkeitsleitung 6 und das Absperrventil 5 erfolgen.

Fig. 4 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausführung der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung mit einer außerhalb des Behälters 1 an­ geordneten und über eine Luftleitung 48 mit dem Gasraum des Be­ hälters verbundenen Zylinder/Kolben/Membrananordnung bekannter Art als volumenveränderbaren Verdrängungskörper 51. In dieser Darstellung befindet sich der Verdrängungskörper nach seiner Ein­ stellung durch elektrisch, pneumatisch, hydraulisch oder manuell wirksame Stellmittel der Stellvorrichtung 60 in dem Zustand sei­ ner kleinsten Verdrängungsgröße. Gleichzeitig mit dieser Einstel­ lung des Verdrängungskörper in den Zustand seiner kleinsten Ver­ drängungsgröße wurde die mit der Stellvorrichtung über das Stell­ glied 58 (in diesem Anwendungsfall) fest gekoppelte, bereits vor­ gespannte Spannfeder 53, die hier als Arbeitsspeicher vorgesehen ist und die in einem späteren Zeitpunkt die Rückstellung des Ver­ drängungskörpers bewirken soll, in einen höheren Federspannungs- Zustand versetzt und bis zur Freigabe ihrer Federkraft durch ein Steuersignal der Funktionseinheit 34 in der Stellvorrichtung 60 blockiert. Die in der Spannfeder gespeicherte Arbeit reicht nun­ mehr aus, um zu einem frei wählbar späteren Zeitpunkt nach Frei­ gabe der Blockierung durch das Steuersignal der Funktionseinheit 34, den volumenveränderlichen Verdrängungskörper 51 ausschließlich mittels der Federkraft in den Zustand seiner vorgegebenen größ­ ten Verdrängungsgröße zu versetzen. Der Verdrängungskörper besteht aus der zwischen den beiden Zylinderkammern 52, 55 dicht einge­ setzten flexiblen, flüssigkeits- und gasdichten Membrane 51, die beispielsweise als Langhub-Rollmembrane ausgebildet sein mag und über eine Öffnung in ihrer Mitte fest eingedichtet mit der Front­ platte des in der Längsachse des Doppelzylinders 49, 50 bewegli­ chen Kolbens 54 und der Kolbenabdeckplatte 56 verbunden ist. Der Kolben kann durch lineare Zug-Schubbewegungen des Stellgliedes 58 mit Schubbegrenzer 59 in beiden Kammern bewegt werden. Die Vor­ richtung 60 kann beispielsweise als elektrischer Linearantrieb oder elektrischer Schrittmotorantrieb ausgebildet sein. Sie kann jedoch auch als vakuumtechnisch, hydraulisch oder manuell wirk­ samer Antrieb ausgebildet sein. 57 ist eine Belüftungsöffnung für die untere Zylinderkammer zur Vermeidung des Aufbaues unerwünsch­ ter Gasdrücke in der Zylinderkammer 55 bei Ein- bzw. Rückstellung des Verdrängungskörpers durch die gespeicherten Arbeitskräfte der Spannfeder 53.

Anstelle der Antriebsanordnung 60 kann der Antrieb des Kol­ bens auch durch eine von der Funktionseinheit 34 nach einem vorge­ gebenen Programm gesteuerte Vakuumquelle bewirkt werden, die über die Belüftungsöffnung 57 den Kolben mit Membrane, möglichst unter Beibehaltung des Stellgliedes 58 als Führungsglied der Kolbenan­ ordnung bis zur vorgegebenen kleinsten Verdrängungsgröße in die Zylinderkammer 55 hineinzieht und diese Position bis zur Rück­ stellung in den Zustand der größten Verdrängungsgröße aufrecht­ hält. Bei Rückstellung der Kolben/Membrananordnung 54, 51 in den Zustand der größten Verdrängungsgröße des Verdrängungskörpers durch die Federkraft der Spannfeder 53 wird die Belüftung der Öffnung 57 gegenüber der Atmosphäre erforderlich.

Die Zylinderkammer 52 ist über die Luftleitung 48 mit dem Gas­ raum 3 des Behälters 1, in welchem die Flüssigkeit 2 über den mit einer dichten Verschlußkappe versehenen Füllstutzen 4 eingefüllt ist, verbunden. An die Luftleitung 48 sind der elektrische Druck­ messer 21 über die Luftleitung 22, das Magnetventil 19 mit An­ trieb 20 sowie den Anschlüssen 26 zur Luftleitung 48 und 27 zur Atmosphäre angeschlossen.

Die Meßwerte des an die Luftleitung 48 angeschlossenen elek­ trischen Druckmessers 21 werden über das Interface 41 der Funk­ tionseinheit 34 zwecks weiterer Aufbereitung und Anzeige der Füllvolumen-Meßwerte dem Analog- oder Digital-Meßinstrument 42 zugeleitet. Ferner werden die Steuersignale zur Durchführung der vorstehend beschriebenen Einstell- und Rückstellmaßnahmen, der Magnetventil- und Pumpeneinsätze zur Änderung der Verdrängungs­ größe des Verdrängungskörpers sowie der jeweiligen Absperrung oder Aufhebung der Absperrung des Behälters nach den Anweisungen des Anwenderprogramms durch die Funktionseinheit 34 über das Interface 41 den jeweiligen Aktoren zugeleitet.

Die betriebsmäßige Entnahme der Flüssigkeit 2 kann auch hier beispielsweise über die Flüssigkeitsleitung 6 und das manuell einstellbare Absperrventil 5 mittels einer hier nicht dargestell­ ten flüssigkeits- und gasdichten handelsüblichen Flüssigkeitspumpe erfolgen, ohne die Funktion der Einrichtung zu beeinträchtigen.

Fig. 5 zeigt die gleiche erfindungsgemäße Vorrichtung der Aus­ führungsform nach Fig. 4 nach Rückstellung des Verdrängungskörpers 51 in den Zustand seiner größten Verdrängungsgröße. Diese Rück­ stellung erfolgte ausschließlich durch die während des Einstell­ vorgangs des Verdrängungskörpers 51 auf seine kleinste Verdrän­ gungsgröße in der Spannfeder 53 gespeicherte Arbeit. Das Stell­ glied 58 wurde durch ein Steuersignal der Funktionseinheit 34 programmgemäß, bei gleichzeitiger Freigabe der Blockierung der Feder 53 in der Stellvorrichtung 60 und deren darauffolgenden Entlastung durch Federkraft in die Zylinderkammern 22, 55 bis zum Anschlag des Schubbegrenzers 59 gezogen und bewirkte damit die Rückstellung des Verdrängungskörpers 51 in den Zustand der größten Verdrängungsgröße.

Die Zylinderkammer 52 ist über die Luftleitung 41 mit dem Gas­ raum 3 des Behälters 1, in welchem die Flüssigkeit 2 über den mit einer dichten Verschlußkappe versehenen Füllstutzen 4 eingefüllt ist, verbunden. An die Luftleitung 45 sind der elektrische Druck­ messer 21 über die Luftleitung 22, das Magnetventil 19 mit An­ trieb 20 sowie den Anschlüssen 26 zur Luftleitung 48 und 27 zur Atmosphäre angeschlossen.

Die Meßwerte des an die Luftleitung 48 angeschlossenen elek­ trischen Druckmessers 21 wurden über das Interface 41 der Funktions­ einheit 34 zwecks weiterer Aufbereitung und Anzeige als Behäl­ ter-Füllvolumen-Meßwerte oder Leervolumen-Meßwerte dem Analog- oder Digital-Meßinstrument 42 zugeleitet. Ferner wurden die Steu­ ersignale zur Durchführung der vorstehend beschriebenen Rück­ stellmaßnahmen, des Magnetventileinsatzes bezüglich der jeweiligen Absperrung oder Aufhebung dieser Absperrung des Behälters nach den Anweisungen des Anwenderprogramms durch die Funktionseinheit 34 über das Interface 41 den jeweiligen Aktoren zugeleitet. Das Verfahren und die Vorrichtung sind auch zur Volumenmessung von starren, absperrbaren Hohlkörpern geeignet, ohne das Gebiet der Erfindung zu verlassen.

Claims (9)

1. Verfahren zur Änderung der Verdrängungsgröße des Verdrängungs­ körpers einer Volumenänderungseinrichtung bei einem gegenüber der Atmosphäre oder einem sonstigen Bezugsdruck absperrbaren Behälter für flüssige oder feste Stoffe, die zusammen mit einer das Leer- oder das Restvolumen des Behälterinneren auffüllenden Luft-, Gas- oder Dampfmenge enthalten sind, der mit einer Vorrichtung zur Er­ mittlung des Behälterleer- oder Restvolumens mittels der Volumen­ änderungseinrichtung versehen ist, die das Restvolumen nach der Absperrung des Behälters gegenüber dem Atmosphärendruck oder einem sonstigen Bezugsdruck mittels eines innerhalb des Behälters oder innerhalb eines über eine Rohr- oder Schlauchverbindung mit dem Behälterinneren ständig oder zeitweise verbundenen druckfe­ sten äußeren Gefäßes angeordneten, gegenüber dem Behälterinneren gas- und flüssigkeitsdichten Verdrängungskörpers mit frei ein­ stellbarer Verdrängungsgröße und -form durch elektrisch, mecha­ nisch, pneumatisch oder hydraulisch auf den Verdrängungskörper einwirkende Mittel verkleinert und/oder vergrößert, und die dadurch verursachte Druckänderung (Unterdruck oder Überdruck) im Restvolumen als Meßwert des Restvolumens mittels der an den Behältergasraum ständig oder nur zeitweise angeschlossenen Gas­ druckmeßvorrichtung unter Berücksichtigung fest wählbarer Bezugs­ größen und einer gemessenen variablen Bezugsgröße nach dem Boyle- Mariotteschen Gesetz bestimmt und dann die Differenz zwischen Gesamtvolumen des Behälterinneren und dem festgestellten Rest­ volumen gebildet und diese Volumendifferenz als Meßwert für das Restvolumen erfaßt und durch eine Analog- oder Digitalanzeige- Vorrichtung anzeigt, wobei nach dem Meßvorgang oder einem vor­ gegebenen Druckausgleich zwischen Behältergasraum und Atmosphä­ ren- oder Bezugsdruck die Absperrung des Behälters wieder auf­ gehoben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Veränderung des jeweiligen Verdrängungskörpers von einer Ausgangsverdrängungsgröße V₁ auf eine vorgegebene Endver­ drängungsgröße V₂ oder umgekehrt die zur Veränderung des Verdrän­ gungskörpers von einer Ausgangsverdrängungsgröße V₂ auf eine vorgegebene Endverdrängungsgröße V₁ dienenden elektrisch, mecha­ nisch, pneumatisch, hydraulisch oder manuell wirksamen Stell­ mittel gleichzeitig eine Federanordnung elastisch verformen und dabei Arbeit speichern, und daß die Federanordnung bei Entlastung in die ursprüngliche Form zurückkehrt und die gespeicherte Arbeit ganz oder teilweise zur Veränderung der Verdrängungsgröße des Verdrängungskörpers in die Ausgangsverdrängungsgröße dient.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federanordnung im Ruhezuzustand eine frei wählbar vorbe­ stimmbare Federvorspannung aufweist.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprü­ chen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß während der Veränderung einer vorgegebenen Verdrängungsgröße V₁ des Verdrängungskörpers (9, 31, 51) auf die Verdrängungsgröße V₂ oder umgekehrt durch die auf den Verdrängungskörper einwirkenden elektrischen, mechanischen, pneumatischen, hydraulischen oder manuellen Stellmittel direkt oder indirekt eine Federanordnung (23a, 23b, 43, 53) beispielsweise durch eine feste oder durch bekannte Mittel steuerbare Verbindung (25, 45, 58) zwischen den Stellmitteln und der Federanordnung derart gespannt wird, daß die gespeicherte Arbeit, im folgenden als Federkraft bezeichnet, als ausschließli­ ches Mittel zur sicheren Rückstellung der Verdrängungsgröße V₂ des Verdrängungskörpers (9, 31, 51) auf die Verdrängungsgröße V₁ oder umgekehrt ausreicht, um diese Rückstellung auf die jeweilige Ausgangsverdrängungsgröße (z. B. Ruheverdrängungsgröße) wirksam nach vorgegebenem Programm der Funktionseinheit (34) oder einer ähnlich wirksamen diskreten elektronischen Schaltung als Funk­ tionseinheit - gegebenenfalls bei gleichzeitiger Abschaltung oder Abtrennung der elektrischen, pneumatischen, hydraulischen oder manuellen Stellmittel - durchzuführen.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federanordnungen (23a, 23b, 43, 53) in ihrer Ruhestellung eine frei einstellbare Federvorspannung aufweisen.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Federanordnung (23a) in einer als aufblasbarer und zusam­ menfaltbarer Verdrängungskörper ausgebildeten Luftfeder (9) bekann­ ter Bauart, beispielsweise in einem Einfach-, Zweifach- oder Mehrfachfaltenbalg, einem Rollbalg, einem Gürtelrollbalg oder einer ähnlich wirksamen Luftfeder zwischen den Bodenplatten (10, 11) der Balgkonstruktion angeordnet und als Zug- beziehungsweise Druckfeder ausgebildet und im Gasraum (3) des Behälters (1) oder in dem mit dem Gasraum des Behälters über die Luftleitung (14) verbun­ denen Innenraum (3a) des Außengefäßes (7) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Federanordnung (23b) außerhalb der als Verdrängungskörper wirksamen Luftfeder (9) bekannter Bauart, beispielsweise zwischen der Bodenplatte (10) der Luftfeder und der gegenüberliegenden un­ teren Innenwandung des über die Luftleitung (18) mit dem Behälter­ gasraum (3) verbundenen Außengefäßes (7) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federanordnung in einem als Zylinder/Kolben/Membran- Einrichtung ausgebildeten volumenveränderlichen Verdrängungskör­ per (50) mit pneumatischem Stellantrieb (Druckluft oder Vakuum) angeordnet und dessen Verdrängungskammer (52) über eine Luftlei­ tung (48) mit dem Gasraum (3) des absperrbaren Behälters (1) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federanordnung (53) als 1. Stellantrieb in einem als Zy­ linder/Kolben/Membran-Einrichtung ausgebildeten volumenverän­ derlichen Verdrängungskörper (50) mit elektrisch, pneumatisch, hydraulisch oder manuell wirksamem Pleuel- oder Schubstangen- Stellantrieb (60) der Kolben/Membran/Einheit angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Federanordnung als Gasfeder ausgebildet ist.