EP4641013A1

EP4641013A1 - Verfahren zur überwachung der dosierung mindestens einer flüssigkeit

Info

Publication number: EP4641013A1
Application number: EP24171807.1A
Authority: EP
Inventors: Mario METZLER; Pascal Schneider; Guenter Baldauf; Daniela Stancheva-Schwind
Original assignee: Henkel AG and Co KGaA
Current assignee: Henkel AG and Co KGaA
Priority date: 2024-04-23
Filing date: 2024-04-23
Publication date: 2025-10-29
Also published as: WO2025223998A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Dosierung mindestens einer Flüssigkeit innerhalb einer Dosierstation (1), wobei die Dosierstation (1) umfasst: einen Materialvorrat (2) der zu dosierenden Flüssigkeit, eine Versorgungspumpe (3), eine Dosierpumpe (4) sowie eine sich zwischen Versorgungspumpe (3) und Dosierpumpe (4) erstreckende Förderleitung (5), wobei die Versorgungspumpe (3) geeignet ist, die Flüssigkeit aus dem Materialvorrat (2) durch die Förderleitung (5) zu der Dosierpumpe (4) zu fördern und wobei die Dosierpumpe (4) dazu ausgebildet ist, eine vorgegebene Flüssigkeitsmenge auszudosieren, wobei während eines Dosiervorgangs eine Förderleistung der Versorgungspumpe (3) erfasst wird und die erfasste Förderleistung der Versorgungspumpe (3) mit einer vorgegebenen Dosierleistung der Dosierpumpe (4) verglichen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Dosierung mindestens einer Flüssigkeit innerhalb einer Dosierstation, wobei die Dosierstation mindestens eine Versorgungspumpe und mindestens eine Dosierpumpe umfasst.
Bei Dosiervorgängen in einer Dosierstation kann es durch Fehler in der Steuerung der Dosierpumpe oder durch mechanische Fehlfunktionen einzelner Komponenten, beispielsweise durch rutschende Kupplungen, gebrochene Wellen oder dergleichen, zu Dosierungenauigkeiten oder gar Dosierausfällen kommen. In diesen Fällen stimmt die tatsächliche Dosierleistung nicht mit der herstellerseitig für die konkrete Dosierpumpe vorgegebenen Dosierleistung überein. Häufig können derartige Fehler durch regelmäßiges Wiegen des ausdosierten Materials erkannt und gegebenenfalls durch einen internen Korrekturfaktor korrigiert werden. Ein Problem stellt sich jedoch, wenn in einer Dosierstation mehrere, beispielsweise zwei, unterschiedliche Materialien verarbeitet werden, die von zwei Dosierpumpen in einem bestimmten Mischungsverhältnis ausdosiert werden sollen. Tritt hier bei der Ausdosierung einer der beiden Komponenten ein Dosierfehler auf, so kann anhand einer Wägung des Gemisches nicht erkannt werden, welche der beiden Komponenten fehlerhaft ausdosiert wurde. Bei Gemischen, bei denen das Mischungsverhältnis stark unterschiedlich ist, kann insbesondere ein Fehler in der Ausdosierung der kleineren Fraktion durch eine kleine Ungenauigkeit in der Ausdosierung der größeren Fraktion derart ausgeglichen werden, dass der Dosierfehler gänzlich unerkannt bleibt.
Grundsätzlich ist es bekannt, zur Kontrolle des tatsächlichen Durchflusses einen Durchflussmesser am Ausgang der Dosierpumpe vorzusehen. Es hat sich aber gezeigt, dass derartige Durchflussmesser, insbesondere in Kombination mit Materialien, die einen hohen Anteil an festen Füllstoffen enthalten, ihrerseits sehr störanfällig sind und sich damit nicht als zuverlässiges Kontrollmittel eignen.
Dosierfehler können sich in nachfolgenden Applikationen gravierend auswirken. Dies gilt insbesondere für sicherheitsrelevante Anwendungen, beispielsweise in der Raumfahrt.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren bereitzustellen, mit Hilfe dessen die Dosierung mindestens einer Flüssigkeit innerhalb einer Dosierstation besser überwacht werden kann, so dass Dosierfehler zuverlässiger erkannt werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Konkrete Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß Patentanspruch 1 handelt es sich bei der Erfindung um ein Verfahren zur Überwachung der Dosierung mindestens einer Flüssigkeit innerhalb einer Dosierstation, wobei die Dosierstation umfasst: einen Materialvorrat der zu dosierenden Flüssigkeit, eine Versorgungspumpe, eine Dosierpumpe sowie eine sich zwischen Versorgungspumpe und Dosierpumpe erstreckende Förderleitung, wobei die Versorgungspumpe geeignet ist, die Flüssigkeit aus dem Materialvorrat durch die Förderleitung zu der Dosierpumpe zu fördern und wobei die Dosierpumpe dazu ausgebildet ist, eine vorgegebene Flüssigkeitsmenge auszudosieren. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass während eines Dosiervorgangs eine Förderleistung der Versorgungspumpe erfasst wird und die erfasste Förderleistung der Versorgungspumpe mit einer vorgegebenen Dosierleistung der Dosierpumpe verglichen wird.
Mit anderen Worten sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass die Förderleistung der Versorgungspumpe als zusätzliche Information in die Bewertung eines Dosierergebnisses einfließt. im Sinne der Erfindung wird dabei davon ausgegangen, dass die zu dosierende Flüssigkeit inkompressibel ist und im Wesentlichen mit konstanter Dichte von der Versorgungspumpe durch die Förderleitung zu der Dosierpumpe gefördert wird. Es kann daher davon ausgegangen werden, dass die von der Dosierpumpe während eines Dosiervorgangs ausdosierte Flüssigkeitsmenge genau der Flüssigkeitsmenge entspricht, die in dem gleichen Zeitintervall von der Versorgungspumpe aus dem Materialvorrat in die Förderleitung eingespeist wird. Indem nun die Förderleistung der Versorgungspumpe und damit die während eines Dosiervorgangs von der Versorgungspumpe in die Förderleitung eingespeiste Flüssigkeitsmenge erfasst wird, kann auf die in dem Dosiervorgang von der Dosierpumpe tatsächlich ausdosierte Flüssigkeitsmenge geschlossen werden. Durch einen Vergleich dieser tatsächlich ausdosierten Flüssigkeitsmenge mit der Flüssigkeitsmenge, die aufgrund einer herstellerseitig für die Dosierpumpe vorgegebenen Dosierleistung zu erwarten wäre, kann entschieden werden, ob in der jeweiligen Dosierpumpe ein Dosierfehler vorliegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit vorsehen, dass anhand des Vergleichs zwischen der erfassten Förderleistung der Versorgungspumpe und der vorgegebenen Dosierleistung der Dosierpumpe entschieden wird, ob ein Dosierfehler vorliegt. Es kann beispielsweise ein Schwellenwert für eine Abweichung der erfassten Förderleistung der Versorgungspumpe von der herstellerseitig vorgegebenen Dosierleistung der Dosierpumpe festgelegt sein, wobei bei Überschreiten dieses Schwellenwertes ein Dosierfehler gemeldet wird. Zu diesem Zweck können, wie nachfolgend noch genauer ausgeführt wird, beispielsweise die Ergebnisse einer Positionsbestimmung der Kolbenstange in Abhängigkeit von der Zeit einer Datenverarbeitungseinheit zugeführt werden, welche aus den zugeführten Daten zunächst die Förderleistung der Dosierpumpe bestimmt und einen Vergleich mit der herstellerseitig vorgegebenen Dosierleistung der Dosierpumpe durchführt. Anschließend kann eine ermittelte Abweichung zwischen der Förderleistung der Versorgungspumpe und der Dosierleistung der Dosierpumpe mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen werden und bei Überschreiten des Schwellenwertes kann ein Dosierfehler gemeldet werden. Alternativ oder zusätzlich kann bei Erkennen eines Dosierfehlers der Betrieb der Dosierstation unmittelbar gestoppt werden.
Erfindungswesentlich ist die Erfassung der Förderleistung der Versorgungspumpe während eines Dosiervorgangs. Der Begriff "Dosiervorgang" umfasst dabei im Sinne der Erfindung sowohl Dosierungen einer vorgegebenen zeitlichen Dauer als auch Dosierungen einer vorgegebenen Dosiermenge. Beispielsweise kann eine Abweichung zwischen der Förderleistung der Versorgungspumpe und der Dosierleistung der Dosierpumpe über eine Dosierdauer von 100 Sekunden ermittelt werden. Alternativ kann eine Abweichung auch bezüglich einer Dosiermenge von beispielsweise 100 g oder 100 m³ bestimmt werden. Bei zeitlich sehr kurzen Dosiervorgängen von wenigen Sekunden und/oder sehr geringen Dosiermengen von wenigen Gramm kann die Genauigkeit unter Umständen nicht ausreichen, um etwaige Abweichungen festzustellen. Es kann daher erforderlich sein, die Förderleistung der Versorgungspumpe und die Dosierleistung der Dosierpumpe über eine vorgegebene Mindestdauer bzw. Mindestdosiermenge zu erfassen.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Versorgungspumpe als Hubkolbenpumpe mit einem Kolben und einer starr mit dem Kolben verbundenen Kolbenstange ausgebildet, beispielsweise als Schöpfkolbenpumpe, wobei zur Erfassung der Förderleistung der Versorgungspumpe die Position der Kolbenstange zu unterschiedlichen Zeitpunkten während des Dosiervorgangs erfasst wird und wobei aus den erfassten Positionen der Kolbenstange auf die von der Versorgungspumpe während des Dosiervorgangs in die Förderleitung eingespeiste Flüssigkeitsmenge geschlossen wird.
Mit anderen Worten erfolgt bei dieser Ausführungsvariante die erfindungsgemäß vorgesehene Erfassung der Förderleistung der Versorgungspumpe über eine Erfassung der Position der Kolbenstange der Hubkolbenpumpe zu unterschiedlichen Zeitpunkten während des Dosiervorgangs. Anhand der auf diese Weise bestimmbaren zurückgelegten Wegstrecke des Kolbens kann unmittelbar auf die von der Versorgungspumpe während des Dosiervorgangs geförderte Flüssigkeitsmenge und damit auf die Förderleistung der Versorgungspumpe geschlossen werden.
Es kann dabei vorgesehen sein, dass die Position der Kolbenstange während des Dosiervorgangs mit einer Abtastrate von mindestens 0,1 Hz erfasst wird, vorzugsweise mit einer Abtastrate von mindestens 1 Hz. Aus dem sich daraus ergebenden Profil der Position der Kolbenstange in Abhängigkeit von der Zeit kann auf die in dem vorgegebenen Zeitraum von der Versorgungspumpe geförderte Flüssigkeitsmenge geschlossen werden.
Eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Position der Kolbenstange erfasst wird, indem ein Hallsensor das Magnetfeld eines mit der Kolbenstange verbundenen und sich mit der Kolbenstange bewegenden Magneten misst, wobei unter Zugrundelegung einer Kalibration aus der gemessenen magnetischen Flussdichte auf die Position des Magneten und damit auf die Position der Kolbenstange geschlossen wird.
Bei dieser Variante ist somit ein Magnet, beispielsweise ein Permanentmagnet, mit der Kolbenstange verbunden und bewegt sich mit dieser auf und ab. Der Magnet wird durch die Bewegung der Kolbenstange periodisch an einem ortsfest installierten Hallsensor vorbeigeführt. Der Hallsensor misst, beispielsweise mit einer Abtastrate von 1 Hz, die magnetische Flussdichte des von dem Magneten erzeugten Magnetfeldes. Diese ändert sich je nach Position des Magneten relativ zu dem Hallsensor. Unter Zugrundelegung einer Kalibration kann somit aus dem Ausgangssignal des Hallsensors auf die Position des Magneten und damit auf die Position der Kolbenstange in Abhängigkeit von der Zeit geschlossen werden.
Alternativ oder zusätzlich kann die Position der Kolbenstange gemäß eines weiteren Vorschlags erfasst werden, indem ein induktiver Sensor den Abstand zu der Oberfläche eines mit der Kolbenstange verbundenen und sich mit der Kolbenstange bewegenden Messkörpers misst, wobei der Messkörper konisch oder keilfömig ausgebildet ist, so dass sich der Abstand zu der Oberfläche des Messkörpers in Abhängigkeit von der Position des Messkörpers ändert, und wobei unter Zugrundelegung einer Kalibration aus dem gemessenen Abstand auf die Position des Messkörpers und damit auf die Position der Kolbenstange geschlossen wird.
Ein Messkörper wird somit bei dieser Ausgestaltung starr mit der Kolbenstange verbunden und bewegt sich mit dieser periodisch auf und ab. Dabei wird er an einem ortsfest installierten induktiven Sensor vorbeigeführt, der mit einer vorgegebenen Abtastrate den Abstand zu der Oberfläche des Messkörpers erfasst. Der Messkörper ist konisch oder keilförmig ausgebildet, so dass sich der Abstand zwischen dem induktiven Sensor und der Oberfläche des Messkörpers in Abhängigkeit von der Position des Messkörpers ändert. Unter Zugrundelegung einer Kalibration kann somit aus dem Ausgangssignal des induktiven Sensors auf die Position des Messkörpers und damit auf die Position der Kolbenstange in Abhängigkeit von der Zeit geschlossen werden.
Eine weitere Ausführungsvariante sieht vor, dass die Position der Kolbenstange alternativ oder zusätzlich erfasst wird, indem ein Kolben eines zusätzlichen Messzylinders, beispielsweise eines Pneumatikzylinders, mechanisch mit der Kolbenstange der Versorgungspumpe gekoppelt wird, wobei die Position des in dem Messzylinder laufenden Kolbens mittels eines Sensors erfasst wird. Mit anderen Worten wird bei dieser Ausführungsvariante die Kolbenstange der Versorgungspumpe an einen einen Kolben umfassenden Messzylinder gekoppelt, beispielsweise, indem die Kolbenstange der Versorgungspumpe über Zwischenlage einer Feder auf den Kolben eines Pneumatikzylinders gepresst wird, so dass zwischen diesen beiden Komponenten eine kraftschlüssige Verbindung ausgebildet wird. Bewegt sich nun die Kolbenstange der Versorgungspumpe periodisch auf und ab, so wird der Kolben in dem Pneumatikzylinder vermittels der wirkenden Federkraft ebenfalls auf und ab bewegt. Da im Kolben von Pneumatikzylindern standardmäßig ein Magnet verbaut ist, kann die Bewegung des Kolbens in dem Pneumatikzylinder mit Hilfe geeigneter Magnetsensoren erfasst werden. Aus der erfassten Position des Kolbens innerhalb des Pneumatikzylinders kann unter Zugrundelegung einer Kalibration auf die Position der Kolbenstange der Versorgungspumpe geschlossen werden.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann zur Erfassung der Förderleistung der Versorgungspumpe alternativ oder zusätzlich zur Bestimmung der Position der Kolbenstange die Position einer auf dem Materialvorrat aufliegenden Folgeplatte zu unterschiedlichen Zeitpunkten während des Dosiervorgangs erfasst werden. Eine Folgeplatte wird in der Regel bei der Verarbeitung hochviskoser Flüssigkeiten verwendet und auf den Flüssigkeitsspiegel des in einem Vorratsbehältnis vorgehaltenen Materialvorrats aufgepresst, um so zu verhindern, dass die Flüssigkeit in dem Vorratsbehältnis aufgrund ihrer hohen Viskosität nach einer Materialabgabe in die Förderleitung nicht gleichmäßig nachläuft. Im Zuge des Dosiervorgangs senkt sich der Flüssigkeitsspiegel und damit die Folgeplatte in dem Vorratsbehältnis langsam ab, so dass, bei Kenntnis des Durchmessers des Vorratsbehältnisses, die Position der Folgeplatte als Maß für die durch die Versorgungspumpe aus dem Vorratsbehältnis in die Förderleitung ausdosierte Flüssigkeitsmenge und damit gleichzeitig als Maß für die am anderen Ende der Förderleitung von der Dosierpumpe ausdosierte Flüssigkeitsmenge herangezogen werden kann. Da die Folgeplatte sich aufgrund ihres vergleichsweise großen Durchmessers in der Regel nur sehr langsam absenkt, ist dieses Verfahren im Allgemeinen jedoch nicht geeignet, um geringe Dosierleistungen zu überwachen. Es eignet sich vielmehr, um langfristige Abweichungen zwischen der tatsächlichen Förderleistung der Versorgungspumpe und der herstellerseitig vorgegebenen Dosierleistung der Dosierpumpe zu detektieren. Insbesondere kann auf diese Weise ein verschleißbedingter Schlupf in der Versorgungspumpe erkannt werden und in der Folge berücksichtigt werden. Ergänzend zu den oben bereits genannten Verfahren zur Bestimmung der Förderleistung der Versorgungspumpe mittels einer Positionsbestimmung der Kolbenstange kann die Positionsbestimmung der Folgeplatte außerdem für einen zusätzlichen Abgleich eingesetzt werden.
Die Bestimmung der Position der Folgeplatte kann über ein geeignetes Wegmesssystem erfolgen, beispielsweise unter Verwendung eines Seilzugsensors, eines Magnetsensors und/oder eines optischen Sensors.
Ein weiterer Vorschlag der Erfindung sieht vor, dass die während eines Dosiervorgangs von der Dosierpumpe ausdosierte Flüssigkeitsmenge gewogen wird und die aus der gewogenen Flüssigkeitsmenge ableitbare tatsächliche Dosierleistung der Dosierpumpe mit der während des Dosiervorgangs erfassten Förderleistung der Versorgungspumpe und/oder der vorgegebenen Dosierleistung der Dosierpumpe verglichen wird. Hierüber ist ein weiterer Abgleich der einzelnen Methoden möglich.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Dosierpumpe als rotierende Pumpe, beispielsweise als Zahnradpumpe oder Exzenterschneckenpumpe, ausgebildet sein. Für das erfindungsgemäße Verfahren hat sich die Kombination einer als rotierende Pumpe ausgebildeten Dosierpumpe mit einer als Hubkolbenpumpe ausgebildeten Versorgungspumpe, bei der der Kolben eine Translationsbewegung ausführt, als besonders vorteilhaft erwiesen. Da diesen beiden Pumpentypen unterschiedliche Arbeitsprinzipien zugrunde liegen, kann die Fehlererkennungswahrscheinlichkeit hierdurch zusätzlich erhöht werden. Grundsätzlich kann die Dosierpumpe aber auch als eine Pumpe ausgebildet sein, der ein lineares Bewegungsmuster zu Grunde liegt, beispielswiese als Kolbendosierer.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in der Dosierstation eine erste und eine zweite Flüssigkeit in einem vorgegebenen Mischungsverhältnis ausdosiert, wobei die Dosierstation umfasst: einen ersten Materialvorrat der ersten zu dosierenden Flüssigkeit, eine erste Versorgungspumpe, eine erste Dosierpumpe sowie eine sich zwischen der ersten Versorgungspumpe und der ersten Dosierpumpe erstreckende erste Förderleitung, wobei die erste Versorgungspumpe geeignet ist, die erste Flüssigkeit aus dem ersten Materialvorrat durch die erste Förderleitung zu der ersten Dosierpumpe zu fördern und wobei die erste Dosierpumpe dazu ausgebildet ist, eine vorgegebene Flüssigkeitsmenge auszudosieren, wobei die Dosierstation weiterhin umfasst: einen zweiten Materialvorrat der zweiten zu dosierenden Flüssigkeit, eine zweite Versorgungspumpe, eine zweite Dosierpumpe sowie eine sich zwischen der zweiten Versorgungspumpe und der zweiten Dosierpumpe erstreckende zweite Förderleitung, wobei die zweite Versorgungspumpe geeignet ist, die zweite Flüssigkeit aus dem zweiten Materialvorrat durch die zweite Förderleitung zu der zweiten Dosierpumpe zu fördern und wobei die zweite Dosierpumpe dazu ausgebildet ist, eine vorgegebene Flüssigkeitsmenge auszudosieren, wobei während eines Dosiervorgangs eine Förderleistung der ersten Versorgungspumpe erfasst wird und die erfasste Förderleistung der ersten Versorgungspumpe mit einer Dosierleistung der ersten Dosierpumpe verglichen wird und dass während des Dosiervorgangs eine Förderleistung der zweiten Versorgungspumpe erfasst wird und die erfasste Förderleistung der zweiten Versorgungspumpe mit einer Dosierleistung der zweiten Dosierpumpe verglichen wird.
Mit anderen Worten eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zur Überwachung des Mischungsverhältnisses in einer Dosierstation, in der zwei unterschiedliche Flüssigkeiten in einem vorgegebenen Mischungsverhältnis ausdosiert werden. Hierzu wird für jede der beiden Flüssigkeiten in oben beschriebener Weise die tatsächliche Förderleistung der zugeordneten Versorgungspumpe erfasst und mit der vorgegebenen Dosierleistung der jeweiligen Dosierpumpe verglichen. Auf diese Weise kann festgestellt werden, ob die einzelnen Fraktionen tatsächlich entsprechend der jeweils vorgesehenen Dosiermengen ausdosiert werden. Insbesondere kann so auch für eine sehr kleine Fraktion erkannt werden, ob ein Dosierfehler vorliegt.
Die Signalauswertung kann bei Verwendung von Hubkolbenpumpen beispielsweise folgendermaßen erfolgen: Die Position der Kolbenstangen der beiden Hubkolbenpumpen wird in einem Messvorgang immer dann erfasst, wenn gemäß Steuerung der Dosierpumpen die Ausdosierung eines vollständigen Grammes des zu dosierenden Flüssigkeitsgemisches durch die Dosierpumpen erfolgt ist. Durch einen Vergleich der erfassten Position der Kolbenstange einer Hubkolbenpumpe mit der in dem vorangehenden Messvorgang erfassten Position der Kolbenstange können sowohl der Betrag als auch die Richtung der Positionsänderung der Kolbenstange bestimmt werden. Durch Multiplikation des Betrags der Positionsänderung mit einem hinterlegten Faktor, der die Fördermenge in Gramm pro zurückgelegter Wegstrecke des Kolbens in mm angibt, ergibt sich die von der jeweiligen Versorgungspumpe in die zugeordnete Förderleitung eingespeiste Fördermenge pro von den Dosierpumpen ausdosiertem Gramm. Da die Fördermengen der Versorgungspumpen je nach Richtung der Kolbenbewegung leicht variieren können, können für jede Versorgungspumpe zwei unterschiedliche Faktoren hinterlegt sein, wobei der eine Faktor bei einer ermittelten Aufwärtsbewegung des Kolbens und der andere Faktor bei einer ermittelten Abwärtsbewegung des Kolbens verwendet wird.
Bedingt durch den Umschaltvorgang der internen Pumpenventile kann es insbesondere im oberen und unteren Umschaltpunkt der Hubkolbenpumpen zu Abweichungen von dem ansonsten im Wesentlichen gleichmäßig linearen Bewegungsprofil der Kolbenstangen kommen. Dadurch werden in den Bereichen der Umschaltpunkte mittels der oben beschriebenen Vorgehensweise mitunter zu große Fördermengen bestimmt, die die tatsächliche Fördermenge überschreiten. Um diesem Umstand Rechnung zu tragen, kann jeweils ein Grenzwert hinterlegt sein, der den maximal zulässigen Wert der von einer Versorgungspumpe geförderten Fördermenge pro von den Dosierpumpen ausdosiertem Gramm Flüssigkeitsgemisch angibt. Überschreitet die anhand der Position der Kolbenstange erfasste Fördermenge diesen Grenzwert, so kann anstelle der erfassten Fördermenge der hinterlegte Grenzwert für die weitere Auswertung herangezogen werden.
Bezogen beispielsweise auf die letzten 100 g ausdosierten Flüssigkeitsgemisches können nun gleitende Mittelwerte für die einzelnen ermittelten Fördermengen gebildet werden. Hierzu kann folgende iterative Formel herangezogen werden: Mittelwert (Förderwert n) = 0,01*(Förderwert n) + 0,99*(Mittelwert (Förderwert n-1)). Für jede ermittelte Fördermenge, hier als Förderwert n bezeichnet, wird ein Mittelwert gebildet, indem der Förderwert n mit dem Faktor 0,01 multipliziert und zu dem 0,99fachen des auf gleiche Weise bestimmten Mittelwertes des vorangehenden Förderwertes n-1 addiert wird. Der einzelne Förderwert bezieht sich dabei auf 1 g dosierte Sollmenge der Dosierstation. Der gleitende Mittelwert bezieht sich jeweils einzeln auf jede zu dosierende Komponente.
Abschließend wird die sich aus den gleitenden Mittelwerten ableitbare gesamte Fördermenge jeder Hubkolbenpumpe mit dem jeweiligen Sollwert der zugeordneten Dosierpumpe verglichen. Überschreitet die Abweichung einen vorgegebenen Schwellenwert, kann beispielsweise ein Alarm ausgelöst und die Dosierung verworfen werden.
Grundsätzlich lässt sich mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens in oben beschriebener Weise auch die Dosierung von mehr als zwei unterschiedlichen Flüssigkeiten in einem vorgegebenen Mischungsverhältnis überwachen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1:: in seitlicher Ansicht ein Ausführungsbeispiel einer Dosierstation, in der das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz kommt;
Figur 2:: die Dosierstation aus Figur 1 in einer Ansicht von hinten;
Figur 3:: eine Ansicht eines Details einer Dosierstation, in der eine erste Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einsatz kommt;
Figur 4:: eine Ansicht eines Details einer Dosierstation, in der eine zweite Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einsatz kommt;
Figur 5:: eine Ansicht eines Details einer Dosierstation, in der eine dritte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einsatz kommt.

Die Figuren 1 und 2 zeigen eine im Ganzen mit 1 bezeichnete Dosierstation, welche zur Dosierung von zwei hochviskosen Flüssigkeiten eingesetzt wird. Ein in den Figuren nicht zu sehender erster Materialvorrat 2 einer ersten Flüssigkeit wird dabei in einem hier ebenfalls mit 2 bezeichneten ersten Vorratsbehältnis vorgehalten, während ein in den Figuren nicht zu sehender zweiter Materialvorrat 20 einer zweiten Flüssigkeit in einem ebenfalls mit 20 bezeichneten zweiten Vorratsbehältnis vorgehalten wird.
Mittels der Dosierstation 1 können die beiden Flüssigkeiten in einem vorgegebenen Mischungsverhältnis in ein Auffanggefäß 15 ausdosiert werden. Zu diesem Zweck fördert eine erste Versorgungspumpe 3 die Flüssigkeit aus dem ersten Materialvorrat 2 in eine erste Förderleitung 5. Die erste Förderleitung 5 erstreckt sich zwischen der ersten Versorgungspumpe 3 und einer zugeordneten ersten Dosierpumpe 4. Über die erste Dosierpumpe 4 wird eine vorgegebene Menge der ersten Flüssigkeit in das Auffanggefäß 15 ausdosiert. Analog fördert eine zweite Versorgungspumpe 30 die Flüssigkeit aus dem zweiten Materialvorrat 20 in eine zweite Förderleitung 50. Die zweite Förderleitung 50 erstreckt sich zwischen der zweiten Versorgungspumpe 30 und einer zugeordneten zweiten Dosierpumpe 40. Über die zweite Dosierpumpe 40 wird eine vorgegebene Menge der zweiten Flüssigkeit in das Auffanggefäß 15 ausdosiert.
Die beiden Versorgungspumpen 3, 30 sind jeweils als Schöpfkolbenpumpen mit einem in einem Zylinder laufenden Kolben und einer starr mit dem Kolben verbundenen Kolbenstange ausgebildet. Der Kolben führt dabei in an sich bekannter Art und Weise eine Hubbewegung aus, derart, dass in einem ersten Takt Flüssigkeit aus dem Materialvorrat 2, 20 durch ein sich öffnendes Einlassventil in den Zylinder angesaugt wird und in einem zweiten Takt die angesaugte Flüssigkeit durch ein Auslassventil aus dem Zylinder heraus in die Förderleitung 5, 50 gedrückt wird.
Die Dosierleistungen der Dosierpumpen 4, 40 sind grundsätzlich vom Hersteller vorgegeben, beispielsweise derart, dass eine bestimmte Betriebsdauer der Dosierpumpe mit einer entsprechenden Dosiermenge einhergeht. Es hat sich aber gezeigt, dass Dosierfehler nicht auszuschließen sind und dass diese nur schwer anhand des ausdosierten Gemisches erkannt werden können. Aus diesem Grund wird die Dosierung überwacht, indem während eines Dosiervorgangs die Förderleistungen der Versorgungspumpen 3, 30 erfasst und die erfassten Förderleistungen der Versorgungspumpen 3, 30 jeweils mit den vorgegebenen Dosierleistungen der zugeordneten Dosierpumpen 4, 40 verglichen werden. Anhand des Vergleichs zwischen der erfassten Förderleistung der Versorgungspumpen 3, 30 und der vorgegebenen Dosierleistung der Dosierpumpen 4, 40 kann entschieden werden, ob ein Dosierfehler vorliegt.
Hierzu wird die Position der starr mit dem Kolben verbundenen Kolbenstange der Versorgungspumpe 3, 30 zu unterschiedlichen Zeitpunkten während des Dosiervorgangs erfasst. Anhand der auf diese Weise bestimmbaren von dem Kolben zurückgelegten Wegstrecke kann unmittelbar auf die von der Versorgungspumpe 3, 30 während des Dosiervorgangs in die Förderleitung 5, 50 eingespeiste Flüssigkeitsmenge geschlossen werden.
Des Weiteren kann davon ausgegangen werden, dass die zu dosierenden Flüssigkeiten inkompressibel sind und im Wesentlichen mit konstanter Dichte von den Versorgungspumpen 3, 30 durch die Förderleitungen 5, 50 zu den jeweiligen Dosierpumpen 4, 40 gefördert werden. Unter dieser Annahme entspricht die von einer Dosierpumpe 4, 40 während eines Dosiervorgangs ausdosierte Flüssigkeitsmenge genau der Flüssigkeitsmenge, die in dem gleichen Zeitintervall von der jeweiligen Versorgungspumpe 3, 30 aus dem Materialvorrat 2, 20 in die zugeordnete Förderleitung 5, 50 eingespeist wird. Indem die Förderleistung der Versorgungspumpe 3, 30 und damit die während eines Dosiervorgangs von der Versorgungspumpe 3, 30 in die Förderleitung 5,50 eingespeiste Flüssigkeitsmenge erfasst wird, kann auf die in dem Dosiervorgang von der jeweiligen Dosierpumpe 4, 40 tatsächlich ausdosierte Flüssigkeitsmenge geschlossen werden. Durch einen Vergleich dieser tatsächlich ausdosierten Flüssigkeitsmenge mit der Flüssigkeitsmenge, die aufgrund einer herstellerseitig für die Dosierpumpe 4, 40 vorgegebenen Dosierleistung zu erwarten wäre, kann entschieden werden, ob in der jeweiligen Dosierpumpe 4, 40 ein Dosierfehler vorliegt.
Die Figuren 3 bis 5 zeigen jeweils eine Ansicht eines Details einer Dosierstation 1, wobei der in den Figuren 3 bis 5 gezeigte Ausschnitt in etwa dem in der Figur 1 gestrichelt dargestellten Bereich 100 entspricht.
Im Folgenden werden anhand der Figuren 3 bis 5 verschiedene Ausführungsvarianten zur Bestimmung der Position der Kolbenstange der Versorgungspumpe erläutert. Die Ausführungen und Figuren beziehen sich dabei auf die erste Versorgungspumpe 3, treffen jedoch in analoger Weise auch auf die Versorgungspumpe 30 zu.
In einer in der Figur 3 dargestellten ersten Ausführung kann die die Position der Kolbenstange 6 der Versorgungspumpe 3 erfasst werden, indem ein ortsfest installierter Hallsensor 7 das Magnetfeld eines mit der Kolbenstange 6 verbundenen und sich mit der Kolbenstange 6 bewegenden Magneten 8 misst. Die Bewegung der Kolbenstange 6 ist in der Figur 3 durch einen Pfeil angedeutet. Der Magnet 8 wird durch die Bewegung der Kolbenstange 6 periodisch an dem Hallsensor 7 vorbeigeführt. Der Hallsensor 7 misst, beispielsweise mit einer Abtastrate von 1 Hz, die magnetische Flussdichte des von dem Magneten 8 erzeugten Magnetfeldes. Diese ändert sich je nach Position des Magneten 8 relativ zu dem Hallsensor 7. Unter Zugrundelegung einer Kalibration kann somit aus dem Ausgangssignal des Hallsensors 7 auf die Position des Magneten 8 und damit auf die Position der Kolbenstange 6 in Abhängigkeit von der Zeit geschlossen werden.
Aus dem sich daraus ergebenden Profil der Position der Kolbenstange 6 in Abhängigkeit von der Zeit kann auf die in dem vorgegebenen Zeitraum von der Versorgungspumpe 3 geförderte Flüssigkeitsmenge geschlossen werden.
Alternativ oder zusätzlich kann die Position der Kolbenstange 6 gemäß einer in der Figur 4 dargestellten weiteren Ausführung erfasst werden, indem ein ortsfest installierter induktiver Sensor 9 den Abstand zu der Oberfläche 10 eines mit der Kolbenstange 6 starr verbundenen und sich mit der Kolbenstange 6 gemäß dem eingezeichneten Pfeil periodisch auf und ab bewegenden Messkörpers 11 misst. Der Messkörper 11 ist bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel konisch ausgebildet, so dass sich der Abstand des Sensors 9 zu der Oberfläche 10 des Messkörpers 11 in Abhängigkeit von der Position des Messkörpers 11 ändert. Unter Zugrundelegung einer geeigneten Kalibration kann aus dem beispielsweise mit einer Abtastrate von 1Hz gemessenen Abstand auf die Position des Messkörpers 11 und damit auf die Position der Kolbenstange 6 geschlossen werden.
Aus dem sich ergebenden Profil der Position der Kolbenstange 6 in Abhängigkeit von der Zeit kann auf die in dem vorgegebenen Zeitraum von der Versorgungspumpe 3 geförderte Flüssigkeitsmenge geschlossen werden.
Grundsätzlich kann anstelle eines konischen, rotationssymmetrisch ausgebildeten Messkörpers 11 auch ein keilförmiger Messkörper eingesetzt werden. Allerdings ist bei einer solchen Ausgestaltung aufgrund der fehlenden Rotationssymmetrie des Messkörpers besonders darauf zu achten, dass sich der Messkörper gegenüber dem Sensor nicht verdreht.
Gemäß einer dritten Ausführungsvariante, welche in der Figur 5 dargestellt ist, kann die Position der Kolbenstange 6 alternativ oder zusätzlich erfasst werden, indem ein Kolben 12 eines zusätzlichen Messzylinders 13 mechanisch mit der in der Darstellung der Figur 5 nicht zu sehenden Kolbenstange 6 der Versorgungspumpe 3 gekoppelt wird, wobei die Position des in dem Messzylinder 13 und synchron mit der Kolbenstange 6 laufenden Kolbens 12 mittels eines ortsfest installierten Sensors 14 erfasst wird. In einer bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich bei dem Messzylinder 13 um einen Pneumatikzylinder 13. In dem Kolben 12 von Pneumatikzylindern 13 ist standardmäßig ein Magnet verbaut, so dass die Bewegung des Kolbens 12 in dem Pneumatikzylinder 13 mit Hilfe eins als Magnetsensor ausgebildeten Sensors 14 erfasst werden kann. Aus der beispielsweise mit einer Abtastrate von 1 Hz erfassten Position des Kolbens 12 innerhalb des Pneumatikzylinders 14 kann unter Zugrundelegung einer Kalibration auf die Position der Kolbenstange 6 der Versorgungspumpe 3 geschlossen werden.
Aus dem sich ergebenden Profil der Position der Kolbenstange 6 in Abhängigkeit von der Zeit kann auf die in dem vorgegebenen Zeitraum von der Versorgungspumpe 3 geförderte Flüssigkeitsmenge geschlossen werden.
Alternativ oder zusätzlich zu den oben beschriebenen Verfahren kann zur Erfassung der Förderleistung der Versorgungspumpe 3 die Position einer auf dem Materialvorrat 2 aufliegenden und in den Figuren nicht zu sehenden Folgeplatte zu unterschiedlichen Zeitpunkten während des Dosiervorgangs erfasst werden. Eine in dem Vorratsbehältnis auf dem Flüssigkeitsspiegel des Materialvorrats 2 aufliegende Folgeplatte senkt sich im Zuge des Dosiervorgangs zusammen mit dem Flüssigkeitsspiegel langsam ab, so dass, bei Kenntnis des Durchmessers des Vorratsbehältnisses, die Position der Folgeplatte als Maß für die durch die Versorgungspumpe 3 aus dem Materialvorrat 2 in die Förderleitung 5 ausdosierte Flüssigkeitsmenge und damit gleichzeitig als Maß für die am anderen Ende der Förderleitung 5 von der Dosierpumpe 4 ausdosierte Flüssigkeitsmenge herangezogen werden kann. Diese Verfahrensvariante eignet sich, wie oben bereits ausgeführt, insbesondere ergänzend zu den zuvor beschriebenen Verfahren zur Bestimmung der Förderleistung der Versorgungspumpe 3 mittels einer Positionsbestimmung der Kolbenstange 6.
Die Bestimmung der Position der Folgeplatte kann dabei über ein geeignetes Wegmesssystem erfolgen, beispielsweise unter Verwendung eines Seilzugsensors, eines Magnetsensors und/oder eines optischen Sensors.
Schließlich kann, insbesondere für einen weiteren Abgleich mit den zuvor genannten Verfahren, die während eines Dosiervorgangs von den Dosierpumpen 4, 40 ausdosierte Flüssigkeitsmenge mit Hilfe einer in der Figur 1 dargestellten Waage 16 gewogen werden.
Bei dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Dosierstation 1 sind die Dosierpumpen 4, 40 als Exzenterschneckenpumpen und damit als rotierende Pumpen ausgebildet. Die Kombination von als rotierende Pumpen ausgebildeten Dosierpumpen 4, 40 mit als Schöpfkolbenpumpen ausgebildeten Versorgungspumpen 3, 30, bei denen der Kolben eine Translationsbewegung ausführt, ist besonders vorteilhaft, da diesen beiden Pumpentypen grundlegend unterschiedliche Arbeitsprinzipien zugrunde liegen, wodurch die Fehlererkennungswahrscheinlichkeit zusätzlich erhöht werden kann.

Bezugszeichenliste

1: Dosierstation
2: Materialvorrat / Vorratsbehältnis
3: Versorgungspumpe
4: Dosierpumpe
5: Förderleitung
6: Kolbenstange
7: Hallsensor
8: Magnet
9: Induktiver Sensor
10: Oberfläche
11: Messkörper
12: Kolben
13: Messzylinder / Pneumatikzylinder
14: Sensor
15: Auffanggefäß
16: Waage
20: Materialvorrat / Vorratsbehältnis
30: Versorgungspumpe
40: Dosierpumpe
50: Förderleitung

Claims

Verfahren zur Überwachung der Dosierung mindestens einer Flüssigkeit innerhalb einer Dosierstation (1), wobei die Dosierstation (1) umfasst: einen Materialvorrat (2) der zu dosierenden Flüssigkeit, eine Versorgungspumpe (3), eine Dosierpumpe (4) sowie eine sich zwischen Versorgungspumpe (3) und Dosierpumpe (4) erstreckende Förderleitung (5), wobei die Versorgungspumpe (3) geeignet ist, die Flüssigkeit aus dem Materialvorrat (2) durch die Förderleitung (5) zu der Dosierpumpe (4) zu fördern und wobei die Dosierpumpe (4) dazu ausgebildet ist, eine vorgegebene Flüssigkeitsmenge auszudosieren, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Dosiervorgangs eine Förderleistung der Versorgungspumpe (3) erfasst wird und die erfasste Förderleistung der Versorgungspumpe (3) mit einer vorgegebenen Dosierleistung der Dosierpumpe (4) verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des Vergleichs zwischen der erfassten Förderleistung der Versorgungspumpe (3) und der vorgegebenen Dosierleistung der Dosierpumpe (4) entschieden wird, ob ein Dosierfehler vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungspumpe (3) als Hubkolbenpumpe mit einem Kolben und einer starr mit dem Kolben verbundenen Kolbenstange (6) ausgebildet ist und dass zur Erfassung der Förderleistung der Versorgungspumpe (3) die Position der Kolbenstange (6) zu unterschiedlichen Zeitpunkten während des Dosiervorgangs erfasst wird, wobei aus den erfassten Positionen der Kolbenstange (6) auf die von der Versorgungspumpe (3) während des Dosiervorgangs in die Förderleitung (5) eingespeiste Flüssigkeitsmenge geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Kolbenstange (6) während des Dosiervorgangs mit einer Abtastrate von mindestens 0,1 Hz, vorzugsweise mindestens 1 Hz, erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Kolbenstange (6) erfasst wird, indem ein Hallsensor (7) das Magnetfeld eines mit der Kolbenstange (6) verbundenen und sich mit der Kolbenstange (6) bewegenden Magneten (8) misst, wobei aus der gemessenen magnetischen Flussdichte auf die Position des Magneten (8) und damit auf die Position der Kolbenstange (6) geschlossen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Kolbenstange (6) erfasst wird, indem ein induktiver Sensor (9) den Abstand zu der Oberfläche (10) eines mit der Kolbenstange (6) verbundenen und sich mit der Kolbenstange (6) bewegenden Messkörpers (11) misst, wobei der Messkörper (11) konisch oder keilfömig ausgebildet ist, so dass sich der Abstand zu der Oberfläche (10) des Messkörpers (11) in Abhängigkeit von der Position des Messkörpers (11) ändert, und wobei aus dem gemessenen Abstand auf die Position des Messkörpers (11) und damit auf die Position der Kolbenstange (6) geschlossen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Kolbenstange (6) erfasst wird, indem ein Kolben (12) eines zusätzlichen Messzylinders (13) mechanisch mit der Kolbenstange (6) der Versorgungspumpe (3) gekoppelt wird, wobei die Position des Kolbens (12) mittels eines Sensors (14) erfasst wird und wobei aus der Position des Kolbens (12) auf die Position der Kolbenstange (6) geschlossen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung der Förderleistung der Versorgungspumpe (3) die Position einer auf dem Materialvorrat (2) aufliegenden Folgeplatte zu unterschiedlichen Zeitpunkten während des Dosiervorgangs erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die während eines Dosiervorgangs von der Dosierpumpe (4) ausdosierte Flüssigkeitsmenge gewogen wird und das Gewicht der ausdosierten Flüssigkeitsmenge mit der während des Dosiervorgangs erfassten Förderleistung der Versorgungspumpe (3) und/oder der vorgegebenen Dosierleistung der Dosierpumpe (4) verglichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierpumpe (4) als rotierende Pumpe ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Dosierstation (1) eine erste und eine zweite Flüssigkeit in einem vorgegebenen Mischungsverhältnis ausdosiert werden und wobei die Dosierstation (1) umfasst: einen ersten Materialvorrat (2) der ersten zu dosierenden Flüssigkeit, eine erste Versorgungspumpe (3), eine erste Dosierpumpe (4) sowie eine sich zwischen der ersten Versorgungspumpe (3) und der ersten Dosierpumpe (4) erstreckende erste Förderleitung (5), wobei die erste Versorgungspumpe (3) geeignet ist, die erste Flüssigkeit aus dem ersten Materialvorrat (2) durch die erste Förderleitung (5) zu der ersten Dosierpumpe (4) zu fördern und wobei die erste Dosierpumpe (4) dazu ausgebildet ist, eine vorgegebene Flüssigkeitsmenge auszudosieren, wobei die Dosierstation (1) weiterhin umfasst: einen zweiten Materialvorrat (20) der zweiten zu dosierenden Flüssigkeit, eine zweite Versorgungspumpe (30), eine zweite Dosierpumpe (40) sowie eine sich zwischen der zweiten Versorgungspumpe (30) und der zweiten Dosierpumpe (40) erstreckende zweite Förderleitung (50), wobei die zweite Versorgungspumpe (30) geeignet ist, die zweite Flüssigkeit aus dem zweiten Materialvorrat (20) durch die zweite Förderleitung (50) zu der zweiten Dosierpumpe (40) zu fördern und wobei die zweite Dosierpumpe (40) dazu ausgebildet ist, eine vorgegebene Flüssigkeitsmenge auszudosieren, wobei während eines Dosiervorgangs eine Förderleistung der ersten Versorgungspumpe (3) erfasst wird und die erfasste Förderleistung der ersten Versorgungspumpe (3) mit einer vorgegebenen Dosierleistung der ersten Dosierpumpe (4) verglichen wird und wobei während des Dosiervorgangs eine Förderleistung der zweiten Versorgungspumpe (30) erfasst wird und die erfasste Förderleistung der zweiten Versorgungspumpe (30) mit einer vorgegebenen Dosierleistung der zweiten Dosierpumpe (40) verglichen wird.