WO2015158764A1 - Dosierdifferenzialwaage zur flüssigkeitsdosierung - Google Patents

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WO2015158764A1
WO2015158764A1 PCT/EP2015/058148 EP2015058148W WO2015158764A1 WO 2015158764 A1 WO2015158764 A1 WO 2015158764A1 EP 2015058148 W EP2015058148 W EP 2015058148W WO 2015158764 A1 WO2015158764 A1 WO 2015158764A1
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WO
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container
metering
dosing
liquid
line
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PCT/EP2015/058148
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Neuhaus
Adrian BARON
Original Assignee
Brabender Technologie Gmbh & Co. Kg
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G17/00—Apparatus for or methods of weighing material of special form or property
    • G01G17/04—Apparatus for or methods of weighing material of special form or property for weighing fluids, e.g. gases, pastes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F11/00—Apparatus requiring external operation adapted at each repeated and identical operation to measure and separate a predetermined volume of fluid or fluent solid material from a supply or container, without regard to weight, and to deliver it
    • G01F11/10—Apparatus requiring external operation adapted at each repeated and identical operation to measure and separate a predetermined volume of fluid or fluent solid material from a supply or container, without regard to weight, and to deliver it with measuring chambers moved during operation
    • G01F11/12—Apparatus requiring external operation adapted at each repeated and identical operation to measure and separate a predetermined volume of fluid or fluent solid material from a supply or container, without regard to weight, and to deliver it with measuring chambers moved during operation of the valve type, i.e. the separating being effected by fluid-tight or powder-tight movements
    • G01F11/125—Apparatus requiring external operation adapted at each repeated and identical operation to measure and separate a predetermined volume of fluid or fluent solid material from a supply or container, without regard to weight, and to deliver it with measuring chambers moved during operation of the valve type, i.e. the separating being effected by fluid-tight or powder-tight movements of the peristaltic pump type

Definitions

  • the invention relates to a metering differential balance for liquid metering with a funnel-shaped container (1) (of any cross-sectional shape) for the liquid to be dispensed, with a metering pump (3), with a line (2) connected to the metering pump (3) for removing the liquid the container (1), with a weighing cell (4) connected to the container (1) for determining the weight of the container (1) and with a control device.
  • a metering differential balance for liquid metering with a funnel-shaped container (1) (of any cross-sectional shape) for the liquid to be dispensed, with a metering pump (3), with a line (2) connected to the metering pump (3) for removing the liquid the container (1), with a weighing cell (4) connected to the container (1) for determining the weight of the container (1) and with a control device.
  • Dosagedifferenzierwaagen which are also called Differenzialdosierwaagen consist essentially of a reservoir (dosing), a controllable metering, for example, a metering pump, a balance or
  • Load cell and a differential metering controller The operating principle can be described as follows.
  • the dosing is the good to be dosed, in this case, a liquid which is discharged through the dosing from the container.
  • the decrease of the mass from the container is monitored by a cyclic measurement of the mass on the load cell. From the measured
  • Mass progression as a function of time is derived by temporal differentiation of the mass flow.
  • a control device detects the deviations in the measured actual mass flow from the specified setpoint mass flow and compensates for this by means of a special dosing regulator, the differential dosing regulator, via the motor of the dosing device.
  • a refilling element fills the container of the dosing differential balance up to an upper limit value.
  • the control is set to a mean speed value before
  • the dosing differential scale can be used for very small to large dosing ranges.
  • the aim is that the dosage lingers as short as possible in the refill phase. Therefore, the height and weight of large mass flows are very large, because the dosing must take a corresponding amount of product.
  • Dosing differential scales are used in many continuous processes, for example in the feeding of extruders.
  • Dosierdifferenzialwaagen for liquid metering systems of the type mentioned are used with a metering.
  • the lower part of the dosing tank drains into a pipeline, which is initially vertical and then horizontal. From the pipeline, the product is sucked by the metering pump.
  • the pipe contains for weighing technology decoupling of the dosing of the stationary pump inlet a flexible transition piece.
  • the dosing tank itself is mounted on a load cell and weighed together with the liquid contained.
  • the metering pump is supported on the fixed, non-weighed part.
  • Dosierdifferenzialwaagen for liquid metering which are also produced by the applicant, inter alia, are suitable for the dosage of liquids with low to high viscosities.
  • the metering pumps may vary, for example piston diaphragm pumps, gear pumps, peristaltic pumps,
  • Dosing differential balances can be heated, namely with an electric
  • Heating with a hot water or thermal oil heating or another heating device.
  • the flexible transition in the product-carrying suction line is highly sensitive, must be chemically resistant to the product to be dosed and therefore can not be used for all liquids to be dosed.
  • all components When metering flammable / explosive media, all components must be electrically conductive or earthed. This means that the flexible connection (compensator) between the weighing system and the stationary pump requires the use of conductive, chemically resistant and yet flexible materials, which is a disadvantage.
  • the gravimetric metering of liquids is carried out by a metering pump, which extracts liquid from a funnel-shaped, in particular conical, weighed container (1) with an intake lance (2).
  • a regulation for the inflow of the liquid is provided in the container, which holds the liquid level between a certain lower and a certain upper value of the total volume of the container. More preferably, the lower value is 25% of the total volume and the upper value is 75% of the total volume of the container. Because the temporal mass change
  • Liquid level off Due to the funnel shape of the container and the limitation of the working range of the liquid level between 25 and 75% of the total volume of the container, the ratio of these cross-sectional areas is relatively small and only a minor correction has to be made by the controller.
  • An advantage of the funnel shape of the container is also that the lid on the top of the funnel in this case offers considerably more space for the filling line, the vent, for temperature sensors and other aggregates than for a cylindrical shape of the container and the same volume.
  • a cleaning or inspection opening can be easily accommodated on the upper lid surface of the funnel-shaped container.
  • the correction factor is obtained by considering the buoyancy force of the suction pipe (2) in the frusto-conical container (1).
  • the buoyancy force FA ( vf ) can be calculated by the following formula, the correction formula:
  • J - * * J l + I ⁇ * lii is the cone volume located under the truncated cone
  • a T - * (D 2 - (D - 2 * t) 2 )
  • the particular advantage of the invention lies in the possibility of a continuous rigid extraction line for the removal of liquid from the container to the metering pump.
  • the container end (14) of the conduit (2) is guided in the funnel-shaped container (1) along the central axis thereof so that the end (14) can reach almost to the bottom of the container (1) and after emptying via the suction conduit (2) only small amounts of liquid remain in the container.
  • FIG. 2 shows a section through the entire metering differential balance according to FIG. 2, a section through the container of the metering differential balance according to FIG. 2 with fill levels drawn in and the residual product remaining after emptying,
  • a metering differential balance in a perspective view according to a second embodiment and a detail of the upper portion of the suction line, in partial section and partially in the side view.
  • 1 shows a metering differential balance according to the prior art with a cylindrical container 1, an outlet at the bottom with a vertically downwardly guided line 2, which is continued horizontally on two sides via shut-off devices 16. From the left branch in Figure 1, the line is led to the metering pump 3, which feeds the liquid into the pressure line 9 with injection nozzle 10.
  • a flexible connection 17 is provided in the conduit 2. Shown is also the filling opening 7, the filling valve 8 and the vent 18 on the lid 19 of the container first
  • the inventive liquid-dosing-differential balance of Figure 2 operates in this embodiment with a piston diaphragm pump and is not heated. It can also be used other pumps, eg. B. gear pumps,
  • the liquid-dosing-differential balance consists of a container 1 which is mounted on a weighing cell 4.
  • the metering pump 3 is mounted on the frame 6.
  • the suction lance 2 protrudes into contactless, which is connected to the suction side of the metering pump 3.
  • Above the filling opening 7 is a shut-8, z. B. mounted a ball valve.
  • Pressure side a line 9, z. B. a hose or a pipe connected to the process.
  • an injection nozzle 10 may be located, for a uniform distribution of
  • the pressure is usually around 20 - 60 bar, but may also vary in some applications.
  • the weight loss per unit time in the container 1 is detected by the load cell 4 and passed to the control device 24.
  • the controller 24 compares the
  • the filling of the container 1 with the liquid product through the filling opening 7 can be done manually or automatically. Shown is a ball valve 8, the at
  • the dosing differential balance can be heated or cooled.
  • the heating / cooling is done electrically or with medium.
  • the liquid is continuously metered.
  • the weight of the funnel-shaped container is measured with the liquid at certain intervals. From the measured mass differences, divided by the time interval, a mass flow is calculated, from which after possibly further
  • Processing measures for the measurement signal such as smoothing, filtering, etc., the actual mass flow is determined. From the comparison of the actual mass flow with the predetermined target mass flow, a signal for controlling a metering regulator for the metering pump is formed. This gravimetric dosing is carried out until the liquid level in the dosing a predetermined lower level, preferably 25% of
  • Filling limit is used to ensure safety, so that no overfilling and no contamination of other container parts such as the inside of the lid, the venting neck or the flexible sleeve and other optional attachments during rapid filling of the container.
  • Typical times are about 10 to 15 seconds for filling the container and about 10 minutes for gravimetric dosing in normal operation. It should again be noted that even during the filling process, the continuous dosing of
  • Liquid is not interrupted.
  • the balance is calibrated by applying a calibrated weight. If you fill liquid with exactly the same weight in the container, you get, due to the buoyancy of the suction lance, depending on the level of a different weight signal.
  • the gravimetric dosing by suction of the product from a conical container, by means of suction lance, offers the following advantages:
  • the height difference between the minimum level 12 and the maximum level 11 of the product is relatively low, since the useful volume for the gravimetric dosing is in the upper part of the funnel-shaped container. As a result, and by the small wall thickness of the suction lance of the error due to the buoyancy of the intake lance is minimized.
  • the weighing error is compensated by correction factors in the control.
  • a thin-walled tube of small diameter is used so that the buoyancy is as low as possible.
  • the suction lance By shortening the suction lance, the residual volume remaining in the tank can be arbitrarily increased and a "sump is created. That's how it can be
  • a filter can be used, which sits in the product room. By this arrangement, the product can not dry.
  • Suction lances are in the container.
  • the position of the pump can be directly above or next to the container. Another advantageous option is described below.
  • At the lowermost end 15 of the dosing container 1 (FIG. 4), it is possible to provide a central, tightly closed, in particular screwable, drain opening, which serves for product removal from the container, in particular in two applications. On the one hand, an emergency discharge is created so that the residual product deposited on the bottom can be lowered downwards. On the other serves the
  • In-process sampling vent to inspect the product properties of the fluid being dispensed, for example, for quality control.
  • the dosage needs to be interrupted only briefly.
  • FIG. 6 shows a detail of the upper region of the suction line 2, in partial section and partly in side view.
  • a cone-shaped sealing cone 27 is welded.
  • the outer surface of the cone-shaped sealing cone 27 is in the operating state at a corresponding inner
  • Screw 26 tight.
  • the screw connection 26 is connected to the metering pump 3 via a line (not shown in FIG. 6).
  • Screw 26 is effected by a union nut 25 whose
  • dosing pump dosing pump, dosing device

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

Die Dosierdifferenzialwaage zur Flüssigkeitsdosierung mit einem trichterförmigen Behälter (1) für die zu dosierende Flüssigkeit, mit einer Dosierpumpe (3), mit einer an die Dosierpumpe (3) angeschlossenen Leitung (2) zur Entnahme der Flüssigkeit aus dem Behälter (1), mit einer mit dem Behälter (1) verbundenen Wägezelle (4) zum Bestimmen des Gewichts des Behälters (1) und mit einer Regeleinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das behälterseitige Ende der Leitung (2) von oben in den Behälter (1) geführt und im Abstand zum Behälter (1) angeordnet ist.

Description

Dosierdifferenzialwaage zur Flüssigkeitsdosierung
Die Erfindung betrifft eine Dosierdifferenzialwaage zur Flüssigkeitsdosierung mit einem trichterförmigen Behälter (1) (mit beliebiger Querschnittsform) für die zu dosierende Flüssigkeit, mit einer Dosierpumpe (3), mit einer an die Dosierpumpe (3) angeschlossenen Leitung (2) zur Entnahme der Flüssigkeit aus dem Behälter (1), mit einer mit dem Behälter (1) verbundenen Wägezelle (4) zum Bestimmen des Gewichts des Behälters (1) und mit einer Regeleinrichtung. Stand der Technik
Dosierdifferenzialwaagen, die auch Differenzialdosierwaagen genannt werden, bestehen im Wesentlichen aus einem Vorratsbehälter (Dosierbehälter), einem regelbaren Dosierorgan, zum Beispiel einer Dosierpumpe, einer Waage bzw.
Wägezelle und einem Differenzialdosierregler. Das Funktionsprinzip kann wie folgt beschrieben werden. In dem Dosierbehälter befindet sich das zu dosierende Gut, in diesem Fall eine Flüssigkeit, welche über das Dosierorgan aus dem Behälter ausgetragen wird. Die Abnahme der Masse aus dem Behälter wird durch eine zyklische Messung der Masse auf der Wägezelle überwacht. Aus dem gemessenen
Massenverlauf in Abhängigkeit von der Zeit wird über eine zeitliche Differentiation der Massenstrom abgeleitet.
Eine Regeleinrichtung erfasst die Abweichungen im gemessenen Ist-Massenstrom vom vorgegebenen Soll-Massenstrom und gleicht diese durch einen speziellen Dosierregler, den Differenzialdosierregler, über den Motor des Dosierorgans aus.
Wird der untere Grenzwert des Behälterinhalts unterschritten, füllt ein Nachfüllorgan den Behälter der Dosierdifferenzialwaage bis zu einem oberen Grenzwert auf. Während der Nachfüllung wird die Regelung auf einen mittleren Drehzahlwert vor der
Nachfüllung fest eingestellt („eingefroren") und die Dosierdifferenzialwaage arbeitet in dieser Zeit rein volumetrisch, das heißt im gesteuerten Betrieb ohne Regelung weiter.
Die Dosierdifferenzialwaage kann für sehr kleine bis große Dosierbereiche eingesetzt werden. Angestrebt wird, dass die Dosierung möglichst kurz in der Nachfüllphase verweilt. Daher sind die Bauhöhe und das Gewicht bei großen Massenströmen sehr groß, weil der Dosierbehälter entsprechend viel Produkt aufnehmen muss.
Vorteilhaft ist das direkte Wiegen des gesamten Vorratsbehälters, so dass
zurückgehaltenes Produkt in dem Dosiersystem zu keiner bleibenden Taraverschiebung und damit nicht zu anhaltenden Dosierfehlern führen. Dosierdifferenzialwaagen werden bei vielen kontinuierlichen Prozessen, zum Beispiel bei der Beschickung von Extrudern, eingesetzt. Bei bekannten Dosierdifferenzialwaagen zur Flüssigkeitsdosierung werden Anlagen der eingangs genannten Art mit einem Dosierbehälter verwendet. Der untere Teil des Dosierbehälters läuft in eine Rohrleitung aus, die zunächst vertikal und danach horizontal verläuft. Aus der Rohrleitung wird das Produkt von der Dosierpumpe abgesaugt.
Die Rohrleitung enthält zur wägetechnischen Entkopplung des Dosierbehälters von dem ortsfesten Pumpeneinlass ein flexibles Übergangsstück. Der Dosierbehälter selber ist auf einer Wägezelle montiert und wird zusammen mit der enthaltenen Flüssigkeit gewogen. Dagegen ist die Dosierpumpe auf dem ortsfesten, nicht gewogenen Teil abgestützt.
Bekannte Dosierdifferenzialwaagen zur Flüssigkeitsdosierung, die unter anderem auch von der Anmelderin hergestellt werden, sind für die Dosierung von Flüssigkeiten mit geringen bis zu hohen Viskositäten geeignet. Die Dosierpumpe können unterschiedlich, zum Beispiel Kolbenmembranpumpen, Zahnradpumpen, Schlauchpumpen,
Drehkolbenpumpen, Exzenterschneckenpumpen, usw. sein. Die
Dosierdifferenzialwaagen können beheizt sein, nämlich mit einer elektrischen
Beheizung, mit einer Warmwasser- oder Thermoöl-Beheizung oder einer anderen Heizeinrichtung.
Die bekannten Dosierdifferenzialwaagen haben zwar viele Vorteile, sind aber auch noch verbesserungsfähig, und zwar aus den folgenden Gründen. Der Auslass am unteren Ende des Behälters erfordert das Anbringen eines Absperrhahnes. Das
Absperrorgan ist notwendig, damit der Dosierbehälter während einer
Betriebsunterbrechung nicht leerläuft. Er muss überwacht werden und ist wegen seiner
Geometrie nachteilig bei einer beheizten Ansaugleitung. Außerdem können Leckagen auftreten. Die Notwendigkeit des Absperrorgans führt außerdem zu erhöhten Kosten.
Der flexible Übergang in der produktführenden Ansaugleitung ist hochempfindlich, muss chemisch beständig gegenüber dem zu dosierenden Produkt sein und kann daher nicht für sämtliche zu dosierenden Flüssigkeiten eingesetzt werden. Bei der Dosierung brennbarer/explosionsgefährdeter Medien müssen alle Bauteile elektrisch leitfähig oder geerdet sein. Das bedeutet, für die flexible Verbindung (Kompensator) zwischen Wägesystem und der ortsfesten Pumpe müssen leitfähige, chemisch beständige und dennoch flexible Materialien zum Einsatz kommen, was ein Nachteil ist.
Die Beheizung der Ansaugleitung, der flexiblen Verbindung und der Absperrorgane ist aufwändig. Eine solche Beheizung ist in bestimmten Fällen notwendig, wenn die zu dosierende Flüssigkeit eine bestimmte höhere Temperatur nicht unterschreiten darf.
Eine vollkommene Sicherheit gegen Leckagen ist nicht möglich. Es können Luftblasen in der Ansaugleitung verbleiben, die das Messergebnis verfälschen. Infolge der Absperrorgane und der flexiblen Verbindung ist die Montage aufwändig. Die Vielzahl von Bauteilen führt zu erhöhten Herstellungskosten und zu einem erhöhten Gewicht.
Aufgabe und Lösung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung: Bei der Dosierdifferenzialwaage der eingangs genannten Art sollen zum einen die Herstellungskosten, aber auch die Betriebskosten (Wartung, Über- wachung, Umbau) deutlich reduziert werden. Eine erhöhte Betriebssicherheit soll erreicht werden und eine verbesserte Anwendungsfreundlichkeit wird angestrebt. Die oben genannten Probleme sollen vermieden werden.
Diese Aufgabe wird bei einer Dosierdifferenzialwaage zur Flüssigkeitsdosierung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das behälterseitige Ende
(14) der Leitung (2) von oben in den Behälter (1) geführt und im Abstand zum Behälter (1) angeordnet ist.
Erfindungsgemäß wird die gravimetrische Dosierung von Flüssigkeiten durch eine Dosierpumpe, die mit einer Ansauglanze (2) aus einem trichterförmigen, insbesondere konischen, gewogenen Behälter (1) Flüssigkeit absaugt, durchgeführt.
Unter anderem werden die folgenden Vorteile erreicht:
Besonders wichtig ist die durchgehend starre Entnahmeleitung vom behälterseitigen Leitungsende bis zum Einlass an der Dosierpumpe. Durch die Anordnung des behälterseitigen Endes der Leitung (Ansauglanze) (2) ist ein flexibler Übergang in der Ansaugleitung nicht mehr notwendig. Die Sicherheit vor Undichtigkeiten (Leckagesicherheit) beträgt nahezu 100 %, da der Flüssigkeitsbehälter dicht verschweißt sein kann und keinen Auslauf mehr aufweist. Daher sind auch keine Absperrorgane mehr notwendig. Durch die vertikale Anordnung der Ansauglanze gibt es keine Möglichkeit für Luftblasen, in der Ansaugleitung zu verbleiben. Ein einfacher Aufbau, nur wenige zu beheizende Bauteile (falls Beheizung notwendig), eine kompakte Bauform, eine Gewichtsreduzierung und eine vereinfachte mechanische Montage werden durch den Wegfall von Absperrorganen und flexiblen Verbindungen in der Ansaugleitung erreicht. Die Anordnung der Dosierpumpe und die dadurch bedingten kurzen Kabelwege ermöglichen eine vereinfachte elektrische Montage.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt.
Vorzugsweise ist eine Regelung für den Zufluss der Flüssigkeit in den Behälter vorgesehen, die den Flüssigkeitsspiegel zwischen einem bestimmten unteren und einem bestimmten oberen Wert des Gesamtvolumens des Behälters hält. Insbesondere und bevorzugt liegt der untere Wert bei 25 % des Gesamtvolumens und der obere Wert bei 75 % des Gesamtvolumens des Behälters. Da die zeitliche Massenänderung
(Massenstrom) maßgeblich ist, hängt der relative Messfehler beim Wägeergebnis durch den Auftrieb des in die Flüssigkeit eintauchenden behälterseitigen Endes der
Ansaugleitung (2) vom Verhältnis des Rohrquerschnitts der Leitung zur Fläche des
Flüssigkeitsspiegels ab. Infolge der Trichterform des Behälters und der Begrenzung des Arbeitsbereiches des Flüssigkeitsspiegels zwischen 25 und 75 % des Gesamtvolumens des Behälters ist das Verhältnis dieser Querschnittsflächen relativ klein und nur eine geringfügige Korrektur muss durch die Steuerung/Regelung vorgenommen werden.
Ein Vorteil der Trichterform des Behälters liegt außerdem darin, dass der Deckel auf der Oberseite des Trichters in diesem Fall erheblich mehr Platz für die Befüllleitung, die Entlüftung, für Temperaturfühler und weitere Aggregate als bei einer Zylinderform des Behälters und gleichem Volumen bietet. Auf der oberen Deckelfläche des trichterförmigen Behälters kann außerdem eine Reinigungs- oder Inspektionsöffnung leicht untergebracht werden.
Obwohl bei einer zeitlich konstanten Dosierung der Flüssigkeit der Flüssigkeitsspiegel infolge der Trichterform immer schneller absinkt und damit der Wägefehler durch den Auftrieb des Ansaugrohres stärker als quadratisch absinkt, konnten die Erfinder zeigen, dass trotz dieser nicht linearen Fehlerfunktion eine einwandfreie und genaue Dosierung bei Verwendung eines Korrekturfaktors bzw. einer entsprechenden Korrekturformel möglich ist. Den Korrekturfaktor erhält man durch die Berücksichtigung der Auftriebskraft der Ansaugleitung (2) in dem kegelstumpfförmigen Behälter (1).
Die Auftriebskraft FA(vf) kann mit der folgenden Formel, der Korrekturformel, berechnet werden:
Figure imgf000007_0001
Dabei ist
J — · * J l + I ■* l i i das unter dem Kegelstumpf befindliche Kegelvolumen,
die Höhe des unter dem Kegelstumpf befindlichen Kegels und
AT = - * (D2 - (D - 2 * t) 2 )
die Querschnittsfläche der Tauchsaugleitung.
In den Formeln werden die folgenden Größen verwendet:
P Dichte der Flüssigkeit
-9,81 m/s2
Cp halber Öffnungswinkel des Kegels
D Außendurchmesser der Ansaugleitung (2)
t Wandstärke der Ansaugleitung (2)
Γ der untere Radius des Kegelstumpfs
V† das Flüssigkeitsvolumen im Kegelstumpf. Der besondere Vorteil der Erfindung liegt in der Möglichkeit einer durchgehend starren Entnahmeleitung für die Flüssigkeitsentnahme aus dem Behälter bis zur Dosierpumpe. Vorzugsweise ist das behälterseitige Ende (14) der Leitung (2) in den trichterförmigen Behälter (1) entlang dessen Mittelachse geführt, so dass das Ende (14) fast bis zum Boden des Behälters (1) reichen kann und nach dem Leerfahren über die Saugleitung (2) nur noch geringe Flüssigkeitsmengen im Behälter verbleiben.
Ausführungsbeispiel
Im Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von
Zeichnungen näher beschrieben. In allen Zeichnungen haben gleiche Bezugszeichen die gleiche Bedeutung und werden daher gegebenenfalls nur einmal erläutert.
eine Dosierdifferenzialwaage nach dem Stand der Technik in perspektivischer Darstellung,
eine erfindungsgemäße Dosierdifferenzialwaage in perspektivischer Darstellung nach einem ersten Ausführungsbeispiel,
einen Schnitt durch die gesamte Dosierdifferenzialwaage nach Figur 2, einen Schnitt durch den Behälter der Dosierdifferenzialwaage nach Figur 2 mit eingezeichneten Füllständen und dem nach der Entleerung verbleibendem Restprodukt,
eine erfindungsgemäße Dosierdifferenzialwaage in perspektivischer Darstellung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel und ein Detail des oberen Bereichs der Saugleitung, im Teilschnitt und teilweise in der Seitenansicht. Figur 1 zeigt eine Dosierdifferenzialwaage nach dem Stand der Technik mit einem zylindrischen Behälter 1, einem Auslass an der Unterseite mit einer vertikal nach unten geführten Leitung 2, die nach zwei Seiten horizontal über Absperrorgane 16 weitergeführt wird. Von der linken Abzweigung in Figur 1 wird die Leitung zur Dosierpumpe 3 geleitet, welche die Flüssigkeit in die Druckleitung 9 mit Einspritzdüse 10 einspeist. Zur wägetechnischen Entkopplung des Dosierbehälters 1 von der ortsfesten Dosierpumpe 3 ist eine flexible Verbindung 17 in der Leitung 2 vorgesehen. Dargestellt ist außerdem die Befüllöffnung 7, das Befüll ventil 8 und die Entlüftung 18 auf dem Deckel 19 des Behälters 1.
Die erfindungsgemäße Flüssigkeits-Dosier-Differenzial- Waage nach Figur 2 arbeitet in diesem Ausführungsbeispiel mit einer Kolbenmembranpumpe und ist nicht beheizt. Es können auch andere Pumpen eingesetzt werden, z. B. Zahnradpumpen,
Exzenterschneckenpumpen u. a.
Die Flüssigkeits-Dosier-Differenzial -Waage besteht aus einem Behälter 1, der auf einer Wägezelle 4 montiert ist. Die Dosierpumpe 3 ist auf dem Rahmen 6 montiert. In den Behälter 1 ragt die Ansauglanze 2 berührungslos hinein, die an der Saugseite der Dosierpumpe 3 angeschlossen ist. Oberhalb der Befüllöffnung 7 ist ein Absperrorgan 8, z. B. ein Kugelhahn montiert. Druckseitig wird eine Leitung 9, z. B. ein Schlauch oder eine Rohrleitung zum Prozess angeschlossen. Am Ende der Druckleitung 9 kann sich eine Einspritzdüse 10 befinden, die für eine gleichmäßige Verteilung der
Flüssigkeit im nachfolgenden Prozess sorgt. Der Druck liegt in der Regel bei ca. 20 - 60 bar, kann aber bei einigen Anwendungen auch durchaus abweichen.
Bei der gravimetrischen Dosierung erfolgt die Produktentnahme aus dem Behälter 1 mittels der Dosierpumpe 3 über die Ansauglanze 2. Durch das berührungslose
Eintauchen der Absauglanze 2 in den Behälter 1 kann der genaue Gewichtswert mit Hilfe der Wägezelle 4 erfasst werden.
Die Gewichtsabnahme pro Zeiteinheit im Behälter 1 wird durch die Wägezelle 4 erfasst und an die Regeleinrichtung 24 weitergegeben. Die Regeleinrichtung 24 vergleicht die
Sollwertvorgaben mit dem Istwert der Entnahme und reguliert entsprechend die Förderleistung der Dosierpumpe.
Die Befüllung des Behälters 1 mit dem flüssigen Produkt durch die Befüllöffnung 7 kann manuell oder automatisch erfolgen. Dargestellt ist ein Kugelhahn 8, der bei
Erreichen des maximalen Füllstandes 11 die Befüllphase beendet und die Leitung verschließt, so dass kein Produkt nachtropfen kann. Dieses Nachtropfen hätte eine fehlerhafte gravimetrische Dosierung zur Folge. Optional kann die Dosierdifferenzialwaage beheizt oder gekühlt ausgeführt werden. Die Heizung/Kühlung erfolgt elektrisch oder mit Medium. Im Betrieb wird die Flüssigkeit kontinuierlich dosiert. Dazu wird in bestimmten Zeitabständen das Gewicht des trichterförmigen Behälters mit der Flüssigkeit gemessen. Aus den gemessenen Massendifferenzen, dividiert durch das Zeitintervall, wird ein Massenstrom errechnet, aus dem nach gegebenenfalls weiteren
Verarbeitungsmaßnahmen für das Messsignal, wie Glätten, Filtern, usw. der Ist- Massenstrom ermittelt wird. Aus dem Vergleich des Ist-Massenstroms mit dem vorgegebenen Soll-Massenstrom wird ein Signal zur Steuerung eines Dosierreglers für die Dosierpumpe gebildet. Diese gravimetrische Dosierung wird so lange durchgeführt, bis der Flüssigkeitsspiegel im Dosierbehälter ein vorgegebenes unteres Niveau, vorzugsweise 25 % des
Gesamtvolumens des Behälters, erreicht. Dann wird die gravimetrische Dosierung beendet und auf eine volumetrische Dosierung umgestellt, wobei die zuletzt eingestellte Drehzahl der Pumpe weiterhin verwendet wird. Die Drehzahl der
Dosierpumpe wird quasi„eingefroren". Da diese Unterbrechung der gravimetrischen Dosierung möglichst kurz sein soll, ist eine besonders schnelle Befüllung des Behälters gewünscht. In der Praxis dauert die Nachfüllzeit nur wenige Prozent der
gravimetrischen Dosierzeit. Wenn beim Befüllen der Flüssigkeitsspiegel einen bestimmten oberen Wert, insbesondere 75 % des Gesamtvolumens des trichterförmigen Behälters erreicht hat, wird die Befüllung beendet. Nach einer kurzen Zeit zur
Beruhigung der Flüssigkeit wird dann von der volumetrischen Dosierung wieder auf die gravimetrische, bereits oben genannte Dosierung umgeschaltet. Die obere
Befüllgrenze dient zur Sicherheit, damit keine Überfüllung und keine Verschmutzung sonstiger Behälterteile wie zum Beispiel der Innenseite des Deckels, des Entlüftungs- Stutzens oder der flexiblen Manschette und weiterer optionaler Anbauteile beim schnellen Befüllen des Behälters erfolgt.
Übliche Zeiten sind etwa 10 bis 15 Sek. für das Befüllen des Behälters und etwa 10 Min. für die gravimetrische Dosierung im Normalbetrieb. Es sei noch einmal darauf hingewiesen, dass auch während des Befüllvorgangs die kontinuierliche Dosierung der
Flüssigkeit nicht unterbrochen wird.
Die Kalibrierung der Waage erfolgt durch Auflegen eines geeichten Gewichtes. Füllt man nun Flüssigkeit mit exakt dem gleichen Gewicht in den Behälter ein, erhält man, bedingt durch den Auftrieb der Ansauglanze, je nach Füllstand ein abweichendes Gewichtssignal. Die gravimetrische Dosierung durch Absaugen des Produktes aus einem konischen Behälter, mittels Absauglanze, bietet folgende Vorteile:
Der Höhenunterschied zwischen dem minimalen Level 12 und dem maximalen Level 11 des Produktes ist relativ gering, da sich das Nutzvolumen für die gravimetrische Dosierung im oberen Teil des trichterförmigen Behälters befindet. Dadurch und durch die geringe Wandstärke der Ansauglanze wird der Fehler infolge des Auftriebs der Ansauglanze minimiert. Der wägetechnische Fehler wird durch Korrekturfaktoren in der Steuerung kompensiert.
Eine nahezu vollständige Restentleerung des Behälters ist aufgrund des kleinen Durchmessers und dem dadurch bedingten kleinen Volumen 13 im unteren Bereich des konischen Behälters möglich. Ein geringer Abstand zwischen dem maximalen Flüssigkeitslevel und der Pumpe ist vorteilhaft, um die Ansaughöhe zu minimieren, da einige Pumpen keine guten
Trockenlaufeigenschaften aufweisen.
Eine kompaktere Bauform und somit ein geringer Platzbedarf werden erfahrungsgemäß erreicht.
Vorzugsweise wird ein dünnwandiges Rohr mit kleinem Durchmesser verwendet, damit der Auftrieb so gering wie möglich ist. Durch Kürzen der Ansauglanze kann das im Behälter verbleibende Restvolumen beliebig vergrößert werden und es entsteht ein„Sumpf. So können sich
Verunreinigungen des Produktes absetzen und werden nicht von der Pumpe angesaugt. Es wird verhindert, dass die Pumpe durch Fremdkörper Schaden nimmt. Diese Maßnahme dient somit dem Schutz der Pumpe und/oder des Prozesses.
Am unteren Ende der Ansauglanze kann ein Filter zum Einsatz kommen, der im Produktraum sitzt. Durch diese Anordnung kann das Produkt nicht eintrocknen.
Es können auch Mehrkopfpumpen (Kolbenmembran- oder Kolbenpumpen) zum Einsatz kommen, wie Figur 5 zeigt. Bei diesen Pumpen können sich auch mehrere
Ansauglanzen im Behälter befinden. Die Lage der Pumpe kann direkt über oder neben dem Behälter sein. Eine weitere vorteilhafte Option wird im Folgenden beschrieben. Am untersten Ende 15 des Dosierbehälters 1 (Figur 4) kann eine - in den Figuren nicht dargestellte - zentrale, dicht zu verschließende, insbesondere zu verschraubende, Ablassöffnung vorgesehen sein, die zur Produktentnahme aus dem Behälter, insbesondere in zwei Anwendungsfällen, dient. Zum einen wird damit ein Notablass geschaffen, um das am Boden abgesetzte Restprodukt nach unten abzulassen. Zum anderen dient die
Ablassöffnung zur Probenahme im laufenden Betrieb, um die Produkteigenschaften der zu dosierenden Flüssigkeit zu untersuchen, zum Beispiel zur Qualitätskontrolle. Dazu braucht die Dosierung nur kurz unterbrochen zu werden.
In Figur 6 ist ein Detail des oberen Bereichs der Saugleitung 2, im Teilschnitt und teilweise in der Seitenansicht dargestellt. Am oberen Ende der Saugleitung 2 ist ein konusförmiger Dichtkegel 27 angeschweißt. Die Außenfläche des konusförmigen Dichtkegels 27 liegt im Betriebszustand an einer entsprechenden inneren
konusförmigen Fläche 30 in der Öffnung eines rohrförmigen Ansatzes einer
Schraubverbindung 26 dicht an. Die Schraubverbindung 26 ist über eine (in Figur 6 nicht dargestellte) Leitung mit der Dosierpumpe 3 verbunden. Das dichte Anliegen des konusförmigen Dichtkegels 27 an der inneren konusförmigen Fläche 30 der
Schraubverbindung 26 wird durch eine Überwurfmutter 25 bewirkt, deren
Innengewinde in das Außengewinde der Schraubverbindung 26 eingreift.
Wenn die Saugleitung 2 von der Dosierpumpe 3 gelöst werden soll, wird die
Überwurfmutter 25 gelöst, so dass die Schraubverbindung 26 nach oben gezogen werden kann. Der Innendurchmesser 29 der Überwurfmutter 25 ist kleiner als der
Außendurchmesser des konusförmigen Dichtkegels 27. Der Außendurchmesser der Überwurfmutter 25 ist größer als der Durchmesser der Öffnung 28 im Deckel 19. Damit wird verhindert, dass die Saugleitung 2 bei gelöster Verbindung mit der Dosierpumpe 3, zum Beispiel bei Montage- oder Wartungsarbeiten, nach unten in den Behälter 1 hinein fällt. B e z u g s z e i c h e n l i s t e
1 Behälter (Dosierbehälter / Wägebehälter)
2 Leitung (Ansauglanze, Ansaugleitung)
3 Dosierpumpe (Dosierpumpe, Dosierorgan)
4 Wägezelle
5 Grundplatte
6 Rahmen
7 Befüllöffnung
8 Befüll ventil
9 Druckleitung
10 Einspritzdüse
11 oberer Wert des Flüssigkeitsspiegels (Füllstandslevel max.)
12 unterer Wert des Flüssigkeitsspiegels (Füllstandslevel min.)
13 Restprodukt
14 behälterseitiges Ende der Leitung
15 unteres Ende des Behälters
16 Absperrorgan
17 flexible Verbindung
18 Entlüftung
19 Deckel
20 Vorratstank
21 Befüllpumpe
22 Befüllleitung
23 flexibler Übergang
24 Regeleinrichtung
25 ringförmiges Element (Überwurfmutter )
26 Verbindungsstück zwischen Leitung 2 und Dosierpumpe 3
27 Verdickung (konusförmiger Dichtkegel der Saugleitung 2)
28 Öffnung im Deckel 19
29 Innendurchmesser der Überwurfmutter 25
30 konusförmige Fläche

Claims

Ansprüche
Dosierdifferenzialwaage zur Flüssigkeitsdosierung mit einem trichterförmigen Behälter (1) für die zu dosierende Flüssigkeit, mit einer Dosierpumpe (3), mit einer an die Dosierpumpe (3) angeschlossenen Leitung (2) zur Entnahme der Flüssigkeit aus dem Behälter (1), mit einer mit dem Behälter (1) verbundenen Wägezelle (4) zum Bestimmen des Gewichts des Behälters (1) und mit einer Regeleinrichtung,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass das behälterseitige Ende (14) der Leitung (2) von oben in den Behälter (1) geführt und im Abstand zum Behälter (1) angeordnet ist.
2. Dosierdifferenzialwaage nach Anspruch 1 ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der trichterförmige Behälter (1) an seinem unteren Ende (15) geschlossen ist.
Dosierdifferenzialwaage nach Anspruch 1 ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Regeleinrichtung dazu eingerichtet ist, aus den Ausgangssignalen der Wägezelle (4) Steuersignale für die Dosierpumpe (3) zu bilden, wobei die Regeleinrichtung ein Korrekturelement zur Korrektur des Wägeergebnisses aufweist, welches insbesondere als Hardware- oder Softwaremodul oder als kombiniertes Hard- und Softwaremodul ausgebildet ist, wobei das
Korrekturelement die Änderung der Ausgangs Signale der Wägezelle (4) durch den Auftrieb des in die Flüssigkeit eintauchenden behälterseitigen Endes (14) der Leitung (2) mittels eines Korrekturfaktors oder einer Korrekturformel kompensiert.
Dosierdifferenzialwaage nach Anspruch 1 ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass eine Regelung für den Zufluss der Flüssigkeit in den Behälter (1) vorgesehen ist, die den Flüssigkeitsspiegel zwischen einem bestimmten unteren
(12) und einem bestimmten oberen Wert (11) des Volumens des Behälters (1) hält. Dosierdifferenzialwaage nach Anspruch 1 ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass das behälterseitige Ende (14) der Leitung (2) in den trichterförmigen
Behälter (1) entlang dessen Mittelachse geführt ist.
Dosierdifferenzialwaage nach Anspruch 1 ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der Behälter (1) einen Deckel (19) mit einer Öffnung (28) aufweist und die
Leitung (2) durch diese Öffnung (28) geführt ist, welche einen
Innendurchmesser aufweist,
dass der obere Bereich der Leitung (2) eine Verdickung (27) mit einem
Außendurchmesser und ein ringförmiges Element (25) mit einem
Außendurchmesser und einem Innendurchmesser aufweist, wobei das ringförmige Element (25) zwischen dem Deckel (19) und der Verdickung (27) angeordnet ist und das obere Ende der Leitung (2) umschließt, wobei der Außendurchmesser des ringförmigen Elements (25) größer als der
Innendurchmesser der Öffnung (28) im Deckel (19) ist und der
Innendurchmesser des ringförmigen Elements (25) kleiner als der
Außendurchmesser der Verdickung (27) ist.
Verfahren zur Flüssigkeitsdosierung mit einer Dosierdifferenzialwaage nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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