WO2000052429A1 - Method and device for the time-controlled metering of liquid products - Google Patents

Method and device for the time-controlled metering of liquid products Download PDF

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WO2000052429A1
WO2000052429A1 PCT/EP2000/001510 EP0001510W WO0052429A1 WO 2000052429 A1 WO2000052429 A1 WO 2000052429A1 EP 0001510 W EP0001510 W EP 0001510W WO 0052429 A1 WO0052429 A1 WO 0052429A1
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WO
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closure
product
filling tube
actuating elements
time
Prior art date
Application number
PCT/EP2000/001510
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German (de)
French (fr)
Inventor
Alfons ABELS RÜMPING
Hans Armbruster
Manfred Waldstädt
Original Assignee
Tetra Laval Holdings & Finance S.A.
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F13/00—Apparatus for measuring by volume and delivering fluids or fluent solid materials, not provided for in the preceding groups
    • G01F13/006—Apparatus for measuring by volume and delivering fluids or fluent solid materials, not provided for in the preceding groups measuring volume in function of time

Definitions

  • the present invention relates to a method for time-controlled metering of liquid products with the aid of a feed device and a closure.
  • the present invention also relates to a metering device for the time-controlled metering of liquids with a fill tube, a fill tube closure and actuating elements for opening and closing the fill tube closure.
  • liquids can be dosed from a product reservoir via a connecting piece or a connecting line by opening a closure which separates the product reservoir from the container to be filled, during a certain time interval.
  • This very inexpensive method has the disadvantage that the metered amount obtained u. a. is influenced both by temperature-related changes in the viscosity of the product and by changes in the pressure of the product within the product reservoir or the connecting line.
  • the metering quantity is therefore usually controlled by means of a magnetically inductive flow meter.
  • this method has the disadvantage that it incurs considerably more costs.
  • the object of the present method is to minimize the effects of temperature-related changes in viscosity of the product on the cost-effective, time-controlled metering process, with at least equally good reproducibility of the metering quantity in comparison to the magnetically inductive flow meters.
  • the method achieves this object in that the product temperature is measured in the flow direction before the closure and the opening time of the closure is varied depending on the product temperature.
  • the filling quantities achieved are always subject to statistical fluctuations.
  • the variables variance and standard deviation known from the statistics are usually used as a measure of these fluctuations around an average filling quantity.
  • the advantages achieved by the invention are, in particular, that a drastic reduction in the standard deviation of the metered quantities achieved is achieved extremely inexpensively. Since the dosing quantity also depends on the pressure of the product, it is beneficial to keep the hydrostatic liquid pressure of the product constant. This can be made possible, for example, by a constant fill level of the product in the reservoir.
  • the dosing quantity can be adjusted even more precisely if the exact opening time is determined with the aid of a mathematical function approximating the empirically determined dependence of the filling quantity on the product temperature. This is possible, for example, by determining an average metered quantity for a given fixed opening time at different product temperatures. A simple calculation then provides the product throughput, i.e. the amount of liquid filled per time during the opening of the closure. The opening time of the closure required for the desired filling quantity can be calculated from this. This gives you the opening times of the closure required for exact dosing for different product temperatures. A mathematical function approximated to the measurement values thus obtained, e.g. a polynomial of the n-degree gives the desired opening time for any product temperature.
  • the object described at the outset is achieved in that the temperature of the product is measured in the direction of flow before the closure and the pressure of the product is varied as a function of the product temperature.
  • the pressure can be varied, for example, by changing the fill level of the product in the product reservoir. This can be done, for example, with the help of a control valve via the liquid supplied to the reservoir or can be removed from the reservoir.
  • Another possibility for regulating the fill level is to use a rotatable, non-rotationally symmetrical tank so that the fill height can be adjusted by rotating the tank.
  • Another example for realizing the pressure variation provides an external pressure source, so that, for. B. the pressure in the liquid can be adjusted by varying the pressure in a compressed air system connected to the product reservoir.
  • the device according to the invention for the time-controlled metering of liquids has a filling tube, a filling tube closure and actuating elements for opening and closing the filling tube closure.
  • the filling tube is connected to a product tank that holds the liquid to be dosed.
  • the product is dosed by temporarily opening the filling tube closure.
  • the control unit which has at least one input and one output, is connected on the input side to a temperature sensor, which is in thermal contact with the product before the fill pipe closure (e.g. in the product tank), and on the output side to the actuators of the fill pipe closure.
  • An advantageous embodiment of the actuating elements is characterized in that the actuating elements have a fast-switching pneumatic valve, a pneumatic cylinder and a pull rod.
  • the uncontrolled component of the function time of the closure (duration of the opening and closing process) can be almost eliminated.
  • the device is further improved by equipping the pneumatic actuating elements with a constant pneumatic supply pressure. This is e.g. B. possible with the help of a two-point controller in combination with an adjustable pressure relief valve.
  • the duration of the opening and closing process of the pneumatic valve and cylinder is reproducible and a further increase in the reproducibility of the product dosage quantity is achieved.
  • An advantageous embodiment of the present device provides a high-speed counter unit as a connecting piece between the control unit and the actuating elements of the filling pipe closure. This unit causes the filling pipe closure to open, then counts a predetermined time interval and then causes the filling pipe closure to close. This makes it possible to keep the opening time very precisely.
  • a further advantageous embodiment of the device has a programmable controller which has a memory for storing a calibration table. This makes it possible to store the mathematical function approximated to the empirically determined dependence of the opening time on the product temperature in the memory. This leads to an increase in the efficiency of the metering device.
  • the spread of the metered quantities around the mean value can be reduced even further by the metering device having a control system with a level probe mounted in the product tank, a controller and a control valve which connects the product line to the product tank.
  • the fill level probe can determine the fill level of the product in the tank, for example, capacitively or with the aid of a float with a lower density than the product density.
  • the controller can be a simple two-point controller, but preferably a P, PD or PID controller.
  • the control valve has the option of being controlled by the controller.
  • a particularly advantageous embodiment of the present metering device additionally has a control unit with a density sensor which is in contact with the product in front of the filling tube closure, a control and the actuating elements of the filling tube closure.
  • the method of operation of the density sensor can be based, for example, on the buoyancy of bodies in liquids.
  • This control unit makes it possible to vary the opening time depending on the fill product density. This almost completely compensates for the influences of different fill product densities.
  • Figure 1 is a schematic sketch of the metering device
  • FIG. 2 shows a graphical representation of the empirically determined dependence of the opening time on the product temperature and a mathematical function approximated to it.
  • the metering device 1 shows the metering device 1 with a filling tube 2 and a filling tube closure 3.
  • the actuating elements of the filling tube closure (4, 5, 6) have a controllable pneumatic valve 5, a pneumatic cylinder 4 and a pull rod 6.
  • the pneumatic actuators are connected to the pneumatic supply pressure 14.
  • the filling pipe 2 is connected directly to the product tank 10.
  • the control unit 11 is connected on the input side to the fill level probe 8, the temperature sensor 7 and the density sensor 13 and on the output side to the control valve 9, which separates the product line 15 from the product tank, and the high-speed counter unit 12.
  • the level in the product tank 10 is determined with the aid of the level probe 8.
  • the fill level is kept as constant as possible by means of the fill level probe 8 control unit 11 control valve 9.
  • the supply pressure of the pneumatic actuating elements is also preferably kept constant.
  • Product temperature and density are determined using the temperature sensor 7 and the density sensor 13. It must be ensured that the product temperature and density at the location of the sensors match the temperature and density of the product in the filling tube.
  • the control unit calculates the corresponding opening time from pressure and temperature. This opening time or a corresponding number is passed on to the high-speed counter unit 12.
  • the high-speed counter unit 12 directly switches the pneumatic valve 5, which ensures that the filling tube closure 3 is opened, so that the container (eg bottle or bag) which is available below the closure is filled.
  • the counter unit 12 now counts forwards or backwards until the zero or the predetermined number is reached.
  • the counter unit 12 then closes the fill tube closure 3 again.
  • the pneumatic valve 5 switches the pneumatic cylinder 4, which in turn opens or closes the fill tube closure 3 via the pull rod 6.
  • a correction curve (opening time as a function of the product temperature) is stored in the memory of the control unit 11.
  • the graph in FIG. 2 shows an example of such a correction curve.
  • the opening time in milliseconds is plotted on the ordinate and the temperature in degrees Celsius on the abscissa.
  • the curve labeled I shows the opening times determined empirically for the same dosing quantity as a function of the product temperature.
  • the curve labeled II represents a mathematical function approximated to the measurement data.
  • This correction curve is used by the control unit 11 to determine the exact opening time from the determined product temperature.

Abstract

The invention relates to a method for the time-controlled metering of liquid products by means of a delivery device and a closure. The corresponding metering device (1) comprises a filling tube (2), a filling tube closure (3) and actuating elements (4, 5, 6) for opening and closing the filling tube closure (3).The aim of the invention is to minimize the effect of changes in product viscosity on an economical, time-controlled metering process while ensuring consistently high reproducibility of the metered-dose quantity in comparison to that achieved with magnetic-induction flowmeters. To this end the invention provides for a method according to which the product temperature in the direction of flow is measured upstream of the closure and the opening time of said closure is varied in accordance with product temperature. The device is characterized in that a control unit (11) and actuating elements (4, 5, 6) for the filling tube closure (3) are controlled by means of a temperature sensor (7) which is situated upstream of the filling tube closure (3) and is in thermal contact with the product.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur zeitgesteuerten Dosierung von flüssigen Produkten Method and device for time-controlled dosing of liquid products
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur zeitgesteuerten Dosierung von flüssigen Produkten mit Hilfe einer Zuführeinrichtung und eines Verschlusses.The present invention relates to a method for time-controlled metering of liquid products with the aid of a feed device and a closure.
Ebenso betrifft die vorliegende Erfindung eine Dosiereinrichtung für die zeitgesteuerte Dosierung von Flüssigkeiten mit einem Füllrohr, einem Füllrohrverschluß und Betätigungselementen für das öffnen und Schließen des Füllrohrverschlusses.The present invention also relates to a metering device for the time-controlled metering of liquids with a fill tube, a fill tube closure and actuating elements for opening and closing the fill tube closure.
Es ist bekannt, daß Flüssigkeiten aus einem Produktreservoir über ein Verbindungsstück oder eine Verbindungsleitung durch Öffnen eines Verschlusses, der das Produktreservoir vom zu befüllenden Gebinde trennt, während eines bestimmten Zeitintervalles dosiert werden können. Dieses sehr kostengünstige Verfahren hat den Nachteil, daß die erhaltene Dosiermenge u. a. sowohl von temperaturbedingten Viskositätsänderungen des Produktes, als auch von Druckänderung des Produktes innerhalb des Produktreservoirs bzw. der Verbindungsleitung beeinflußt wird.It is known that liquids can be dosed from a product reservoir via a connecting piece or a connecting line by opening a closure which separates the product reservoir from the container to be filled, during a certain time interval. This very inexpensive method has the disadvantage that the metered amount obtained u. a. is influenced both by temperature-related changes in the viscosity of the product and by changes in the pressure of the product within the product reservoir or the connecting line.
Um eine exaktere Dosierung zu erreichen, wird daher meist die Dosiermenge mittels magnetisch induktiv wirkender Durchflußmesser gesteuert. Diese Methode hat allerdings den Nachteil, daß sie erheblich mehr Kosten verursacht.In order to achieve a more precise metering, the metering quantity is therefore usually controlled by means of a magnetically inductive flow meter. However, this method has the disadvantage that it incurs considerably more costs.
Gegenüber diesem Stand der Technik liegt dem vorliegenden Verfahren die Aufgabe zugrunde, die Einflüsse von temperaturbedingten Viskositätsänderungen des Produkts auf den kostengünstigen, zeitgesteuerten Dosiervorgang zu minimieren bei mindestens gleich guter Reproduzierbarkeit der Dosiermenge im Vergleich zu den magnetisch induktiv wirkenden Durchflußmessern.Compared to this state of the art, the object of the present method is to minimize the effects of temperature-related changes in viscosity of the product on the cost-effective, time-controlled metering process, with at least equally good reproducibility of the metering quantity in comparison to the magnetically inductive flow meters.
Hinsichtlich des o. g. Verfahrens wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Produkttemperatur in Fließrichtung vor dem Verschluß gemessen und die Öffnungszeit des Verschlusses in Abhängigkeit von der Produkttemperatur variiert wird.Regarding the above. The method achieves this object in that the product temperature is measured in the flow direction before the closure and the opening time of the closure is varied depending on the product temperature.
Die erzielten Abfüllmengen unterliegen immer statistischen Schwankungen. Als Maß für diese Schwankungen um eine mittlere Abfüllmenge dienen üblicherweise die aus der Statistik bekannten Größen Varianz und Standardabweichung.The filling quantities achieved are always subject to statistical fluctuations. The variables variance and standard deviation known from the statistics are usually used as a measure of these fluctuations around an average filling quantity.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß äußerst kostengünstig eine drastische Reduzierung der Standardabweichung der erzielten Dosiermengen erreicht wird. Da die Dosiermenge auch vom Druck des Produktes abhängt, ist es günstig, zusätzlich den hydrostatischen Flüssigkeitsdruck des Produktes konstant zu halten. Dies kann beispielsweise durch eine konstante Füllhöhe des Produkts im Reservoir ermöglicht werden.The advantages achieved by the invention are, in particular, that a drastic reduction in the standard deviation of the metered quantities achieved is achieved extremely inexpensively. Since the dosing quantity also depends on the pressure of the product, it is beneficial to keep the hydrostatic liquid pressure of the product constant. This can be made possible, for example, by a constant fill level of the product in the reservoir.
Im einfachsten Fall kann ein aus theoretischen Überlegungen erhaltener mathematischer Zusammenhang zwischen Viskosität und Temperatur und damit letztlich zwischen der einzustellenden Öffnungszeit und der Temperatur angenommen werden. Die Viskosität von Flüssigkeiten nimmt im allgemeinen mit steigender Temperatur sehr stark ab. Nach der Theorie der Platzwechselvorgänge führt eine Aktivierungsenergie des Platzwechsels benachbarter Molekülschichten aufgrund der Boltzmannverteilung zu einem exponentiellen Abfall der Viskosität mit steigender Temperatur. Im Falle von laminarer Strömung kann aus dem Gesetz von Hagen-Poiseuille (s. z.B. Gerthsen, Kneser, Vogel: Physik, 14. Auflage, Springer-Verlag Heidelberg 1982), das einen mathematischen Zusammenhang zwischen Flüssigkeitsstrom, d. h. das pro Zeiteinheit geströmte Flüssigkeitsvolumen, und der Viskosität liefert, der benötigte Zusammenhang abgeleitet werden.In the simplest case, a mathematical relationship between viscosity and temperature and thus ultimately between the opening time to be set and the temperature obtained from theoretical considerations can be assumed. The viscosity of liquids generally decreases very sharply with increasing temperature. According to the theory of the place change processes, an activation energy of the place change of neighboring molecular layers leads to an exponential drop in the viscosity with increasing temperature due to the Boltzmann distribution. In the case of laminar flow, the law of Hagen-Poiseuille (see e.g. Gerthsen, Kneser, Vogel: Physik, 14th edition, Springer-Verlag Heidelberg 1982), which establishes a mathematical relationship between liquid flow, i.e. H. the volume of liquid flowed per unit of time, and the viscosity provides the required relationship.
Es hat sich aber gezeigt, daß die Dosiermenge noch genauer justiert werden kann, wenn die exakte Öffnungszeit mit Hilfe einer, an die empirisch ermittelte Abhängigkeit der Füllmenge von der Produkttemperatur approximierten, mathematischen Funktion bestimmt wird. Dies ist beispielsweise dadurch möglich, daß bei verschiedenen Produkttemperaturen eine mittlere Dosiermenge bei gegebener fester Öffnungszeit ermittelt wird. Eine einfache Rechnung liefert dann den Produktdurchsatz, d.h. die abgefüllte Flüssigkeitsmenge pro Zeit während der Öffnung des Verschlusses. Daraus läßt sich die für die gewünschte Füllmenge benötigte Öffnungszeit des Verschlusses berechnen. Somit erhält man für verschiedene Produkttemperaturen die zur exakten Dosierung benötigten Öffnungszeiten des Verschlusses. Eine an die so erhaltenen Meßwerte approximierte mathematische Funktion, z.B. ein Polynom n-ten Grades, liefert für jede beliebige Produkttemperatur die gesuchte Öffnungszeit.It has been shown, however, that the dosing quantity can be adjusted even more precisely if the exact opening time is determined with the aid of a mathematical function approximating the empirically determined dependence of the filling quantity on the product temperature. This is possible, for example, by determining an average metered quantity for a given fixed opening time at different product temperatures. A simple calculation then provides the product throughput, i.e. the amount of liquid filled per time during the opening of the closure. The opening time of the closure required for the desired filling quantity can be calculated from this. This gives you the opening times of the closure required for exact dosing for different product temperatures. A mathematical function approximated to the measurement values thus obtained, e.g. a polynomial of the n-degree gives the desired opening time for any product temperature.
In manchen Fällen ist es hilfreich, zusätzlich die Produktdichte in Fließrichtung vor dem Füllrohrverschluß zu erfassen und die Öffnungszeit des Füllrohrverschlusses zusätzlich in Abhängigkeit von der Produktdichte zu variieren. Dies ist insbesondere interessant für Flüssigkeiten, in denen Luft in feiner Auflösung vorhanden ist.In some cases it is helpful to additionally record the product density in the direction of flow in front of the fill tube closure and to additionally vary the opening time of the fill tube closure depending on the product density. This is particularly interesting for liquids in which air is available in fine resolution.
In einem weiteren der Erfindung zugrunde liegendem Verfahren wird die eingangs beschriebene Aufgabe dadurch gelöst, daß die Temperatur des Produktes in Fließrichtung vor dem Verschluß gemessen und der Druck des Produktes in Abhängigkeit von der Produkttemperatur variiert wird.In another method on which the invention is based, the object described at the outset is achieved in that the temperature of the product is measured in the direction of flow before the closure and the pressure of the product is varied as a function of the product temperature.
Die Variation des Druckes ist beispielsweise durch Änderung der Füllhöhe des Produktes im Produktreservoir möglich. Dies kann beispielsweise mit Hilfe eines Regelventils, über das Flüssigkeit dem Reservoir zugeführt oder aus dem Reservoir abgeführt werden kann, geschehen. Eine weitere Möglichkeit zur Regulierung der Füllhöhe besteht in der Verwendung eines drehbaren nicht rotationssymmetrischen Tanks, so daß durch Drehung des Tanks die Füllhöhe eingestellt werden kann.The pressure can be varied, for example, by changing the fill level of the product in the product reservoir. This can be done, for example, with the help of a control valve via the liquid supplied to the reservoir or can be removed from the reservoir. Another possibility for regulating the fill level is to use a rotatable, non-rotationally symmetrical tank so that the fill height can be adjusted by rotating the tank.
Eine weiteres Beispiel zur Verwirklichung der Druckvariation sieht eine externe Druckquelle vor, so daß z. B. durch Variation des Druckes in einem an das Produktreservoir angeschlossenem Druckluftsystem der Druck in der Flüssigkeit eingestellt werden kann.Another example for realizing the pressure variation provides an external pressure source, so that, for. B. the pressure in the liquid can be adjusted by varying the pressure in a compressed air system connected to the product reservoir.
Die bereits im ersten Verfahren beschriebenen Verbesserungen können selbstverständlich auch bei diesem Verfahren angewandt werden.The improvements already described in the first method can of course also be applied to this method.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur zeitgesteuerten Dosierung von Flüssigkeiten weist ein Füllrohr, einen Füllrohrverschluß sowie Betätigungselemente zum Öffnen und Schließen des Füllrohrverschlusses auf. Das Füllrohr ist mit einem Produkttank, der die zu dosierende Flüssigkeit faßt, verbunden. Die Dosierung des Produkts erfolgt über zeitweises öffnen des Füllrohrverschlusses. Die eingangs erwähnte Aufgabe wird mit der Vorrichtung durch eine Steuerung gelöst, die ein vor dem Füllrohrverschluß in thermischem Kontakt mit dem Produkt stehenden Temperatursensor, eine Steuereinheit und Betätigungselemente des Füllrohrverschlusses aufweist.The device according to the invention for the time-controlled metering of liquids has a filling tube, a filling tube closure and actuating elements for opening and closing the filling tube closure. The filling tube is connected to a product tank that holds the liquid to be dosed. The product is dosed by temporarily opening the filling tube closure. The above-mentioned object is achieved with the device by a control which has a temperature sensor which is in thermal contact with the product in front of the filling tube closure, a control unit and actuating elements of the filling tube closure.
Die Steuerungseinheit, die mindestens einen Eingang und einen Ausgang besitzt, ist eingangssei- tig mit einem Temperatursensor, der vor dem Füllrohrverschluß mit dem Produkt in thermischen Kontakt steht (z. B. im Produkttank), und ausgangsseitig mit den Betätigungselementen des Füllrohrverschlusses verbunden.The control unit, which has at least one input and one output, is connected on the input side to a temperature sensor, which is in thermal contact with the product before the fill pipe closure (e.g. in the product tank), and on the output side to the actuators of the fill pipe closure.
Somit ist es möglich, die Produkttemperatur zu erfassen und die Öffnungszeit in Abhängigkeit von der Produkttemperatur zu variieren.It is thus possible to record the product temperature and to vary the opening time depending on the product temperature.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Betätigungselemente ist dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungselemente ein schnellschaltendes Pneumatikventil, ein Pneumatikzylinder und eine Zugstange aufweisen.An advantageous embodiment of the actuating elements is characterized in that the actuating elements have a fast-switching pneumatic valve, a pneumatic cylinder and a pull rod.
Durch die Verwendung eines schnellschaltenden Pneumatikventils kann die unkontrollierte Komponente der Funktionszeit des Verschlusses (Dauer des Öffnungs- und Schließvorganges) nahezu eliminiert werden. Eine weitere Verbesserung der Vorrichtung erfolgt durch Ausstattung der pneumatischen Betätigungselementen mit einem konstanten pneumatischen Versorgungsdruck. Dies ist z. B. mit Hilfe eines Zwei-Punkt-Reglers in Kombination mit einem justierbaren Überdruckventils möglich.By using a fast-switching pneumatic valve, the uncontrolled component of the function time of the closure (duration of the opening and closing process) can be almost eliminated. The device is further improved by equipping the pneumatic actuating elements with a constant pneumatic supply pressure. This is e.g. B. possible with the help of a two-point controller in combination with an adjustable pressure relief valve.
Dadurch wird die Dauer des Offnungs- und Schließvorgangs von Pneumatikventil und -zylinder reproduzierbar und eine weitere Steigerung der Reproduzierbarkeit der Produktdosiermenge erreicht.As a result, the duration of the opening and closing process of the pneumatic valve and cylinder is reproducible and a further increase in the reproducibility of the product dosage quantity is achieved.
Um den offnungs- und Schließweg des Füllrohrverschlusses genauer festlegen zu können, sind Festanschläge hilfreich. Auch durch diese Maßnahme kann die Reproduzierbarkeit der Dosiermenge gesteigert werden.Fixed stops are helpful in order to be able to specify the opening and closing path of the filling pipe closure more precisely. This measure can also increase the reproducibility of the metered quantity.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung sieht als Verbindungsstück zwischen Steuerungseinheit und Betätigungselementen des Füllrohrverschlusses eine High-Speed-Zähler- Einheit vor. Diese Einheit veranlaßt die Öffnung des Füllrohrverschlusses, zählt dann ein vorgegebenes Zeitintervall und veranlaßt dann die Schließung des Füllrohrverschlusses. Dadurch ist es möglich, die Öffnungszeit sehr genau einzuhalten.An advantageous embodiment of the present device provides a high-speed counter unit as a connecting piece between the control unit and the actuating elements of the filling pipe closure. This unit causes the filling pipe closure to open, then counts a predetermined time interval and then causes the filling pipe closure to close. This makes it possible to keep the opening time very precisely.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung besitzt eine programmierbare Steuerung, die einen Speicher zur Ablage einer Eichtabelle aufweist. Dadurch ist es möglich, die an die empirisch ermittelte Abhängigkeit der Öffnungszeit von der Produkttemperatur approximierte mathematische Funktion im Speicher abzulegen. Dies führt zu einer Erhöhung der Effizienz der Dosiereinrichtung.A further advantageous embodiment of the device has a programmable controller which has a memory for storing a calibration table. This makes it possible to store the mathematical function approximated to the empirically determined dependence of the opening time on the product temperature in the memory. This leads to an increase in the efficiency of the metering device.
Die Streuung der Dosiermengen um den Mittelwert kann dadurch noch weiter reduziert werden, daß die Dosiereinrichtung ein Regelungssystem aufweist mit einer im Produkttank montierten Füllstandssonde, einem Regler und einem Regelventil, welches die Produktleitung mit dem Produkttank verbindet.The spread of the metered quantities around the mean value can be reduced even further by the metering device having a control system with a level probe mounted in the product tank, a controller and a control valve which connects the product line to the product tank.
Die Füllstandssonde kann den Füllstand des Produktes im Tank beispielsweise kapazitiv oder auch mit Hilfe eines Schwimmers mit einer geringeren Dichte als die Produktdichte ermitteln. Der Regler kann ein einfacher Zwei-Punkt-Regler sein, vorzugsweise aber ein P- , PD- oder PID- Regler. Das Regelventil weist die Möglichkeit der Ansteuerung durch den Regler auf.The fill level probe can determine the fill level of the product in the tank, for example, capacitively or with the aid of a float with a lower density than the product density. The controller can be a simple two-point controller, but preferably a P, PD or PID controller. The control valve has the option of being controlled by the controller.
Mit diesem Regelungssystem kann z. B. die Höhe des Produktpegels zur Eliminierung von Schwankungen des Flüssigkeitsdrucks konstant gehalten werden. Alternativ dazu kann selbstverständlich auch die Füllstandshöhe und damit der Druck des Produkts in Abhängigkeit von der Produkttemperatur variiert werden. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Dosiereinrichtung besitzt zusätzlich eine Steuereinheit mit einem vor dem Füllrohrverschluß in Kontakt mit dem Produkt stehenden Dichtesensor, einer Steuerung und den Betätigungselementen des Füllrohrverschlusses.With this control system z. B. the height of the product level to eliminate fluctuations in the liquid pressure can be kept constant. Alternatively, the level and thus the pressure of the product can of course also be varied depending on the product temperature. A particularly advantageous embodiment of the present metering device additionally has a control unit with a density sensor which is in contact with the product in front of the filling tube closure, a control and the actuating elements of the filling tube closure.
Die Arbeitsweise des Dichtesensors kann dabei beispielsweise auf dem Auftrieb von Körpern in Flüssigkeiten beruhen.The method of operation of the density sensor can be based, for example, on the buoyancy of bodies in liquids.
Diese Steuereinheit ermöglicht es, die Öffnungszeit in Abhängigkeit von der Füllproduktdichte zu variieren. Dadurch können Einflüsse von verschiedenen Füllproduktdichten nahezu kompensiert werden.This control unit makes it possible to vary the opening time depending on the fill product density. This almost completely compensates for the influences of different fill product densities.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und der dazugehörigen Figuren. Es zeigen:Further advantages, features and possible uses of the present invention will become clear from the following description of a preferred embodiment and the associated figures. Show it:
Figur 1 eine schematische Skizze der Dosiereinrichtung undFigure 1 is a schematic sketch of the metering device and
Figur 2 eine graphische Darstellung der empirisch ermittelten Abhängigkeit der Öffnungszeit von der Produkttemperatur sowie eine daran approximierte mathematische Funktion.FIG. 2 shows a graphical representation of the empirically determined dependence of the opening time on the product temperature and a mathematical function approximated to it.
Man erkennt in Figur 1 die Dosiereinrichtung 1 mit einem Füllrohr 2 und einem Füllrohrverschluß 3. Die Betätigungselemente des Füllrohrverschlusses (4, 5, 6) weisen in dieser Ausführungsform ein ansteuerbares Pneumatikventil 5, einen Pneumatikzylinder 4 sowie eine Zugstange 6 auf. Die pneumatischen Betätigungselemente sind an den pneumatischen Versorgungsdruck 14 angeschlossen.1 shows the metering device 1 with a filling tube 2 and a filling tube closure 3. In this embodiment, the actuating elements of the filling tube closure (4, 5, 6) have a controllable pneumatic valve 5, a pneumatic cylinder 4 and a pull rod 6. The pneumatic actuators are connected to the pneumatic supply pressure 14.
Das Füllrohr 2 ist direkt mit dem Produkttank 10 verbunden. Die Steuerungseinheit 11 ist ein- gangsseitig mit der Füllstandssonde 8, dem Temperatursensor 7 und dem Dichtesensor 13 sowie ausgangsseitig mit dem Regelventil 9, welches die Produktleitung 15 vom Produkttank trennt, und der Hochgeschwindigkeitszählereinheit 12 verbunden.The filling pipe 2 is connected directly to the product tank 10. The control unit 11 is connected on the input side to the fill level probe 8, the temperature sensor 7 and the density sensor 13 and on the output side to the control valve 9, which separates the product line 15 from the product tank, and the high-speed counter unit 12.
Im Betrieb wird die Füllstandshöhe im Produkttank 10 mit Hilfe der Füllstandssonde 8 ermittelt. Der Füllstand wird mittels des Regelsystems Füllstandssonde 8 - Steuerungseinheit 11 - Regelventil 9 möglichst konstant gehalten. Auch der Versorgungsdruck der pneumatischen Betätigungselemente wird vorzugsweise konstant gehalten. Produkttemperatur und -dichte werden unter Verwendung des Temperatursensors 7 und des Dichtesensors 13 ermittelt. Dabei ist sicherzustellen, daß Produkttemperatur und -dichte am Ort der Meßfühler mit Temperatur und Dichte des Produkts im Füllrohr übereinstimmen.In operation, the level in the product tank 10 is determined with the aid of the level probe 8. The fill level is kept as constant as possible by means of the fill level probe 8 control unit 11 control valve 9. The supply pressure of the pneumatic actuating elements is also preferably kept constant. Product temperature and density are determined using the temperature sensor 7 and the density sensor 13. It must be ensured that the product temperature and density at the location of the sensors match the temperature and density of the product in the filling tube.
Die Steuerungseinheit berechnet aus Druck und Temperatur die entsprechende Öffnungszeit. Diese Öffnungszeit bzw. eine dazu korrespondierende Zahl wird an die Hochgeschwindigkeits- Zählereinheit 12 weitergegeben. Die Hochgeschwindigkeitszählereinheit 12 schaltet direkt das Pneumatikventil 5, welches für das Öffnen des Füllrohrverschlusses 3 sorgt, so daß das unterhalb des Verschlusses bereitstehende Gebinde (z. B. Flasche oder Tüte) befüllt wird. Die Zählereinheit 12 zählt nun vorwärts oder rückwärts bis zum Erreichen der Null bzw. der vorgegebenen Zahl. Daraufhin schließt die Zählereinheit 12 den Füllrohrverschluß 3 wieder. Das Pneumatikventil 5 schaltet den Pneumatikzyiinder 4, der wiederum über die Zugstange 6 den Füllrohrverschluß 3 öffnet bzw. schließt.The control unit calculates the corresponding opening time from pressure and temperature. This opening time or a corresponding number is passed on to the high-speed counter unit 12. The high-speed counter unit 12 directly switches the pneumatic valve 5, which ensures that the filling tube closure 3 is opened, so that the container (eg bottle or bag) which is available below the closure is filled. The counter unit 12 now counts forwards or backwards until the zero or the predetermined number is reached. The counter unit 12 then closes the fill tube closure 3 again. The pneumatic valve 5 switches the pneumatic cylinder 4, which in turn opens or closes the fill tube closure 3 via the pull rod 6.
Im Speicher der Steuerungseinheit 11 ist eine Korrekturkurve (Öffnungszeit in Abhängigkeit von der Produkttemperatur) abgelegt. Der Graph in Figur 2 zeigt beispielhaft eine solche Korrekturkurve. Aufgetragen ist an der Ordinate die Öffnungszeit in Millisekunden und an der Abszisse die Temperatur in Grad Celsius. Die mit I bezeichnete Kurve zeigt die bei gleicher Dosiermenge empirisch ermittelten Öffnungszeiten in Abhängigkeit von der Produkttemperatur. Die mit II bezeichnete Kurve stellt eine an die Meßdaten approximierte mathematische Funktion dar.A correction curve (opening time as a function of the product temperature) is stored in the memory of the control unit 11. The graph in FIG. 2 shows an example of such a correction curve. The opening time in milliseconds is plotted on the ordinate and the temperature in degrees Celsius on the abscissa. The curve labeled I shows the opening times determined empirically for the same dosing quantity as a function of the product temperature. The curve labeled II represents a mathematical function approximated to the measurement data.
Diese Korrekturkurve wird von der Steuerungseinheit 11 zur Ermittlung der exakten Öffnungszeit aus der ermittelten Produkttemperatur verwendet. This correction curve is used by the control unit 11 to determine the exact opening time from the determined product temperature.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Verfahren zur zeitgesteuerten Dosierung von flüssigen Produkten mit Hilfe einer Zuführeinrichtung und eines Verschlusses, dadurch gekennzeichnet, daß die Produkttemperatur in Fließrichtung vor dem Verschluß gemessen und die Öffnungszeit des Verschlusses in Abhängigkeit von der Produkttemperatur variiert wird und daß eine an die empirisch ermittelte Abhängigkeit der Füllmenge von der Produkttemperatur approximierte mathematische Funktion zur Bestimmung der Öffnungszeiten benutzt wird.1. A method for time-controlled dosing of liquid products with the aid of a feed device and a closure, characterized in that the product temperature is measured in the flow direction before the closure and the opening time of the closure is varied depending on the product temperature and that an empirically determined dependence of the Filling quantity mathematical function approximated to the product temperature is used to determine the opening times.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich der hydrostatische Flüssigkeitsdruck des Produktes konstant gehalten wird.2. The method according to claim 1, characterized in that in addition the hydrostatic liquid pressure of the product is kept constant.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Produktdichte in Fließrichtung vor dem Verschluß erfaßt und die Öffnungszeit des Verschlusses zusätzlich in Abhängigkeit von der Produktdichte variiert wird.3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the product density is detected in the flow direction before the closure and the opening time of the closure is additionally varied depending on the product density.
4. Verfahren zur zeitgesteuerten Dosierung von flüssigen Produkten in einem Reservoir mit Hilfe einer Zuführeinrichtung und eines Verschlusses, dadurch gekennzeichnet, daß die Produkttemperatur in Fließrichtung vor dem Verschluß gemessen und der Druck des Produktes in Abhängigkeit von der Produkttemperatur variiert wird.4. A method for time-controlled dosing of liquid products in a reservoir with the aid of a feed device and a closure, characterized in that the product temperature is measured in the flow direction before the closure and the pressure of the product is varied depending on the product temperature.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckvariation durch Änderungen der Füllstandshöhe im Reservoir erfolgt.5. The method according to claim 4, characterized in that the pressure variation takes place by changes in the fill level in the reservoir.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckvariation mit Hilfe einer externen Druckquelle erfolgt.6. The method according to any one of claims 4 or 5, characterized in that the pressure variation takes place with the aid of an external pressure source.
7. Dosiereinrichtung (1) für die zeitgesteuerte Dosierung von Flüssigkeiten mit einem Füllrohr (2), einem Füllrohrverschluß (3) sowie Betätigungselementen (6, 4, 5) zum Öffnen und Schließen des Füllrohrverschlusses (3), gekennzeichnet durch eine Steuerung mit einem vor dem Füllrohrverschluß (3) in thermischem Kontakt mit dem Produkt stehenden Temperatursensor (7), einer Steuereinheit (11) und Betätigungselementen (6, 4, 5) des Füllrohrverschlusses (3).7. dosing device (1) for the time-controlled dosing of liquids with a filling tube (2), a filling tube closure (3) and actuating elements (6, 4, 5) for opening and closing the filling tube closure (3), characterized by a control with a the filling tube closure (3) in thermal contact with the product temperature sensor (7), a control unit (11) and actuating elements (6, 4, 5) of the filling tube closure (3).
8. Dosiereinrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungselemente ein schnellschaltendes Pneumatikventil (5), ein Pneumatikzylinder (4) und eine Zugstange (6) aufweisen. 8. Dosing device (1) according to claim 7, characterized in that the actuating elements have a fast-switching pneumatic valve (5), a pneumatic cylinder (4) and a pull rod (6).
9. Dosiereinrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die pneumatischen Betätigungselemente (4, 5) mit einem konstanten pneumatischen Versorgungsdruck (14) ausgestattet sind.9. Dosing device (1) according to claim 8, characterized in that the pneumatic actuating elements (4, 5) are equipped with a constant pneumatic supply pressure (14).
10. Dosiereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch Festanschläge für die Bestimmung des Offnungs- und Schließweg des Füllrohrverschlusses (3).10. Dosing device (1) according to one of claims 7 to 9, characterized by fixed stops for determining the opening and closing path of the filling pipe closure (3).
11. Dosiereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Verbindungsstück zwischen Steuerungseinheit (11) und Betätigungselementen (6, 4, 5) des Füllrohrverschlusses (3) eine High-Speed-Zähler-Einheit (12) vorgesehen ist.11. Dosing device (1) according to one of claims 7 to 10, characterized in that a high-speed counter unit (12) as a connecting piece between the control unit (11) and actuating elements (6, 4, 5) of the filling pipe closure (3) is provided.
12. Dosiereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung programmierbar ist und einen Speicher zur Ablage einer Eichtabelle aufweist.12. Dosing device (1) according to one of claims 7 to 11, characterized in that the control is programmable and has a memory for storing a calibration table.
13. Dosiereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, gekennzeichnet durch ein Regelungssystem mit einer sich im Produkttank (10) befindlichen Füllstandssonde (8), einem Regler (11) und einem Regelventil (9), welches die Produktleitung (15) mit dem Produkttank (10) verbindet.13. Dosing device (1) according to one of claims 7 to 12, characterized by a control system with a level probe (8) located in the product tank (10), a controller (11) and a control valve (9), which the product line (15) connects to the product tank (10).
14. Dosiereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 13, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit mit einem vor dem Füllrohrverschluß (3) in Kontakt mit dem Produkt stehenden Dichtesensor (13), einer Steuerung (11) und den Betätigungselementen (6, 4, 5) des Füllrohrverschlusses (3). 14. Dosing device (1) according to one of claims 7 to 13, characterized by a control unit with a density sensor (13) in front of the filler tube closure (3) in contact with the product, a controller (11) and the actuating elements (6, 4, 5) of the filling pipe closure (3).
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