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Dokumentenidentifikation DE3911021A1 11.10.1990
Titel Verfahren und Vorrichtung zum Dosieren fließfähiger Substanzen, insbesondere Flüssigkeiten durch Ausgießen aus einem oben offenen Behälter
Anmelder Freinsheimer, Gerd, 2117 Wistedt, DE
Erfinder Freinsheimer, Gerd, 2117 Wistedt, DE
Vertreter Herrmann-Trentepohl, W., Dipl.-Ing., 4690 Herne; Kirschner, K., Dipl.-Phys.; Grosse, W., Dipl.-Ing.; Bockhorni, J., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 8000 München
DE-Anmeldedatum 05.04.1989
DE-Aktenzeichen 3911021
Offenlegungstag 11.10.1990
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.10.1990
IPC-Hauptklasse G01G 13/02
IPC-Nebenklasse G01G 13/12   G01G 13/24   B67C 9/00   B65G 65/23   
Zusammenfassung Bei einem Verfahren zum Dosieren flüssiger Substanzen, insbesondere Flüssigkeiten durch Ausgießen einer Sollmenge aus einem oben offenen Behälter, bei dem der mit seiner Öffnung nach oben und senkrecht gehaltene Behälter gekippt und der Behälterinhalt zum Auslaufen über den Rand der Behälteröffnung gebracht wird, worauf nach dem Ausgießen der Sollmenge der Behälter mit seinem Restinhalt zurückgekippt und dadurch der Auslaufstrahl unterbrochen wird, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Behälter vor der Einleitung des Kippvorganges angehoben und sein Bruttogewicht festgestellt wird, worauf der Kippvorgang beschleunigt eingeleitet und bis zum Auslaufen der in Nettogewicht festgestellten Sollmenge fortgesetzt wird, worauf die Kippbewegung verlangsamt und dem Auslaufen des Behälterinhaltes nachgeführt wird, und daß das Zurückkippen des Behälters bei Erreichen des um die Sollmenge verminderten Behälterbruttogewichtes beschleunigt bis zur Unterbrechung des Auslaufstrahles durchgeführt wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, nach dem fließfähige Substanzen, insbesondere Flüssigkeiten durch Ausgießen aus einem oben offenen Behälter in dosierter Menge abgegeben werden gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Die Erfindung ist auf Prozesse im industriellen Maßstab anwendbar, bei denen es darauf ankommt, aus einem verhältnismäßig großen Behälter, z. B. einem Faß eine von mehreren Mischungskomponenten in einer möglichst genau dosierten Menge abzugeben, welche durch die Rezeptur einer Mischung vorgegeben ist. Ein Beispiel für die Anwendung der Erfindung ist die Herstellung von Mineralölen mit vorgegebenen Eigenschaften aus mehreren Ölen und Ölzusatzstoffen in einem Behälter, welcher schließlich die aus den verschiedenen Komponenten zusammengesetzte Mischung enthält.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Sollmenge einer Mischungskomponente aus dem mit seiner Öffnung zunächst nach oben orientierten Behälter ausgegossen, nachdem der Behälter gekippt worden ist, so daß sein Inhalt über den Behälterrand ausläuft. Dieses Verfahren ist in vielen Fällen vorteilhaft, weil es u.a. eine Dosierpumpe vermeidet, die aus einem Gebinde die jeweils erforderliche Teilmenge herausholt und abgibt.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich daher vor allem für Prozesse, die eine Mehrzahl von Komponenten zu einer Mischung zusammenführen.

Gegenstand der Erfindung ist außerdem die Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens, in der Weise, daß nach der Abgabe einer Sollmenge der Behälter zurückgekippt wird, um für die Abgabe einer weiteren Sollmenge bereit zu sein. Deshalb eignet sich die Erfindung vor allem für Prozesse, bei denen in einer Vielzahl von Behältern Mischungen aus Komponenten hergestellt werden, die jeweils in Großgebinden z. B. in oben geöffneten Fässern untergebracht sind.

Die Erfindung geht von einem vorbekannten Verfahren aus, welches im wesentlichen von Hand durchgeführt wird. Hierbei wird das auf einer Unterlage stehende Faß über eine Bodenkante gekippt, wodurch eine bestimmte Menge seines Inhalts über den oberen Faßrand schwappt, welche der Sollmenge zu entsprechen hat. Nach Erreichen der Sollmenge wird das Faß wieder auf seinen Boden gestellt, wodurch der Auslaufstrahl unterbrochen wird. Dieses Verfahren ist außerordentlich aufwendig und genügt in der Regel nicht den Anforderungen an die Genauigkeit der Dosierung der Sollmenge.

Neben der Handarbeit ergibt sich der Aufwand u. a. aus den Verlusten, welche zu Beginn und am Ende des Dosiervorganges entstehen und mit den Eigenschaften der auszuschüttenden Substanzen zusammenhängen je nach Viskosität ergeben sich unterschiedliche Auslaufverhältnisse, die u. a. bestimmen, ob ein Teil des Auslaufes am Faß herunter und ein anderer Teil im freien Strahl ausläuft. Zu Beginn des Kippens und des Zurückkippens ergeben sich daraus erhebliche Schwierigkeiten. Unter solchen Umständen ist es auch schwierig in der Phase zwischen diesen beiden Vorgängen die von Restinhalt des Behälters abhängige und von der Auslaufmenge bestimmte richtige Schrägstellung zu finden, so daß der Auslaufstrahl nicht abreißt, aber auch nicht zu stark wird.

Mit diesen Verhältnissen hängt die begrenzte Genauigkeit zusammen, mit der nach einem solchen Verfahren die vorgegebenen Auslaufmengen dosiert werden. Insbesondere treten bei dem Versuch, die Auslaufmenge besser zu beherrschen Verluste auf, weil der Auslaufstrahl nicht zusammenhängt oder nicht zusammenhängend unterbrochen werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, daß eingangs beschriebene Verfahren so zu führen, daß sich auf einfache Weise Verluste vermeiden und vorgegebenen Dosiermengen einhalten lassen.

Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den Merkmalen des Anspruches 1. Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß der Erfindung ergibt sich die geforderte Genauigkeit der Dosiermenge durch das zu Beginn der Dosierung festgestellte Bruttobehältergewicht und aus der Überwachung des Bruttobehältergewichtes während des Auslaufens, von dem die Einleitung der Bewegung abhängt, mit der der Behälter zurückgekippt wird. Die Vermeidung von Verlusten wird hierbei erfindungsgemäß durch die Veränderung der Kippgeschwindigkeit erzielt, mit der der Behälter zunächst angekippt und später zurückgekippt wird. Die zu Beginn der Dosierung beschleunigte Kippbewegung führt zu einem zusammenhängenden Auslaufstrahl, welcher z. B. bei Flüssigkeiten mit öliger Viskosität mit Sicherheit verhindert, daß Teile des Auslaufstrahles nicht frei, sondern an der Behälteraußenwand entlang ausfließen. Dieser einmal gebildete Auslaufstrahl wird dann durch eine Verlangsamung der Kippbewegung lediglich aufrecht erhalten, wodurch auch geringere Auslaufmengen zuverlässig beherrscht werden. Sobald die jeweils vorgegebenen Sollmenge erreicht ist, wird der Behälter beschleunigt zurückgekippt, wodurch der Auslaufstrahl abrubt abreißt und eine Überschreitung der Sollmenge zuverlässig verhindert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß sie allein über die Bruttogewichtskontrolle des Behälters und die Steuerung seiner Kippgeschwindigkeit eine praktisch beliebig genaue und in der Regel verlustlos dosierte Auslaufmenge gestattet. Die beiden Parameter, welche die Sollmenge steuern eignen sich als maschinell beherrschbare Größen. Deswegen hat die Erfindung auch den Vorteil, daß sie auf einfache Weise mit einer maschinellen Kippstation durchgeführt werden kann. So ist es z. B. außerdem möglich, eine Mehrzahl von Kippstationen dieser Art neben einer Fördervorrichtung, z. B. einer Hängebahn anzuordnen, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dosierte Mengen aus Behältern in Fördergefäße dosieren, die mit der Fördervorrichtung bewegt werden. Da zu Beginn und am Ende der Dosierung die Kipp- und die Zurückkippbewegung beschleunigt ablaufen, um einen zusammenhängenden-Auslaufstrahl zu bilden oder ihn vollständig und abrupt zu unterbrechen, ist die dazwischenliegende Kippbewegung an sich unproblematisch. Es empfiehlt sich indessen, ihre Geschwindigkeit nicht nur zu überwachen, sondern auch von den Eigenschaften des Behälterinhaltes abhängig zu machen. Diesem Ziel dienen die Ansprüche 2 und 3. Hierbei können Erfahrungswerte helfen, welche für den jeweiligen Behälterinhalt, d. h. in Abhändigkeit von dessen stofflicher Zusammensetzung leicht zu gewinnen sind.

Wenn wie eingangs beschrieben eine Vielzahl von Dosiervorgängen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt werden müssen, hängt es von der Frequenz ab, mit der diese Vorgänge aufeinanderfolgen, ob der Behälterinhalt durch das Schwingen des Behälters seinerseits in Schwingungen gerät, welche schließlich im Sinne einer genauen Dosierung der Auslaufmenge nicht mehr beherrschbar sind. Das wird mit dem Merkmal des Anspruches 4 ausgeschlossen.

Zum besseren Verständnis wird die Erfindung im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert; Es zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Kippstation in Seitenansicht,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Gegenstand der Fig. 1,

Fig. 3 eine Stirnansicht des Gegenstandes der Fig. 1 und 2 und

Fig. 4 ein Schaltbild der hydraulischen Einrichtungen, welche zur Energiezufuhr zu den hydraulischen Motoren der Kippstation nach den Fig. 1 bis 3 dienen.

Die Kippstation nach Fig. 1 hat ein Grundgestell (1&min;) welches eine Rahmenkonstruktion aus senkrechten Stielen (1, 2), einer Grundplatte (3) und oberen Traversen (4) bildet. Die Rahmenglieder sind winkelsteif miteinander verbunden, z. B. mit Hilfe von Knotenblechen (5, 6). Innerhalb der Rahmenkonstruktion befindet sich der hydraulische Druckerzeuger, der aus einem Tank (7) und einer elektromotorisch angetriebenen Pumpe (8) besteht.

In zwei Gabellagern (9, 10) des Oberraumes (12) (Fig. 3) liegt ein oberer Teleskophalter (11), der mit Hilfe eines doppelt wirkenden hydraulischen Zylinders (14) in den Lagern (9, 10) kippbar ist. In dem Teleskophalter (11) ist das in Fig. 2 gestrichelt in ausgefahrener Stellung wiedergegebene Außenteleskop (15) linear beweglich angeordnet. Das Außenteleskop (15) führt das gestrichelt in einer ausgezogenen Stellung wiedergegebene Innenteleskop (16). An der vorderen Seite des Außenteleskopes (16) befindet sich der Festpunkt einer elektronischen Wägezelle. Diese Kraftaufnahmeseite liegt an einem Drehlager, dessen nichtdrehbarer Teil (18) gleichzeitig das Gehäuse eines Motors (19&min;) umfaßt, der hydraulisch angetrieben ist. Der bewegliche Teil des Motors bildet mit dem beweglichen Teil (19) des Drehlagers ein Drehwerk (17). An dem beweglichen Teil (19) des Drehwerkes (17) sitzen zwei Hälften (20, 21) eines Greifers (26). Die Greiferhälften (20, 21) sind mit Hilfe von zwei hydraulischen doppelt wirkenden Arbeitszylindern (22, 23) schwenkbar. Sie tragen einstellbare Backen (24, 25), welche den dargestellten Behälter, z. B. ein oben offenes Ölfaß, umgreifen können.

Das Teleskop aus den Teilen (15, 16) wird mit Hilfe eines hydraulischen Zylinders (27) betätigt. Die Vorrichtung verfügt somit über ein Hubwerk (14), ein Teleskop (15, 16) mit einem Teleskopantrieb (27) für eine Linearbewegung und einen Greifer (26) mit einem Drehwerk (17) sowie mit beweglichen Greiferbacken (24, 25) mit Antrieben (22, 23).

Diese Aggregate sind aus dem hydraulischen Schaltplan nach Fig. 4 ersichtlich. Der aus den hydraulischen Aggregaten (7, 8) bestehende Druckerzeuger weist ein Schauglas und ein Belüftungsventil am Tank (7) auf. Die, mit dem Elektromotor (8) angetriebene Pumpe hat ein Rücklauffilter. Der aus Fig. 4 hervorgehende Steuerblock enthält alle erforderlichen Sitzventile und Stromregelventile für den Dosiervorgang. Die Bewegungsabläufe werden mit Magnetventilen getätigt und mit Endschaltern beendet und überwacht. Zur Überwachung des Greifers, d. h. der Zustellung seiner Greifarme (20, 21) ist ein Druckschalter vorgesehen. Sobald der Druck abfällt wird das Ventil geschaltet und der Druck erhöht. Im Hydraulikkreis befindet sich außerdem ein Hydrospeicher, welcher bei einem plötzlichen Druckausfall, etwa durch Ausfall des Antriebstromes passiv den Druck im Hydraulikkreis aufrechterhält.

Die beschriebene hydraulische Steuerung wird mit einem Rechner betätigt und überwacht. Die Auslösung kann wahlweise auch durch Taster vor Ort erfolgen, um Einzelbewegungen zur Einrichtung des Betriebes anzuführen. Der automatische Ablauf setzt nach einem Startbefehl in vorgesehener Schrittfolge ein, die von einer Grundstellung ausgeht und in die stationäre Grundstellung zurückkehren läßt. Die Auslösung dieses Betriebes ist von der Eingabe eines Gewichtssollwertes und von der Viskosität des auszugießenden Behälterinhaltes abhängig. Beide Größen werden über eine Tastatur eingegeben und auf einem Display sichtbar gemacht. Sie lassen sich aber auch von einem übergeordneten Zentralrechner auf die Kippstation übertragen. Diese Möglichkeiten gelten auch für den Startbefehl.

Nach dem Startbefehl wird der als Faß gemäß dem Ausführungsbeispiel ausgeführte Behälter eingangsverwogen. Das aus der Differenz der Bruttogewichte, nämlich Eingangsgewicht minus Sollgewicht errechnete Endgewicht des Behälters erscheint auf dem Display. Durch Vergleich dieser Anzeige mit dem, den Augenblickswert anzeigenden Waagen-Display (Istwert) ist eine einfache und laufende Kontrolle des Dosiervorganges möglich. Nach erfolgter Eingangsverwiegung beginnt dieser Vorgang. Die Kippgeschwindigkeit ist abhängig von der Größe des Gewichtssollwertes, aber auch von der Viskosität des Behälterinhaltes. Jeder Kippvorgang beginnt mit einem beschleunigten Kippen, mit dem der Auslaufstrahl angegossen wird. Diese Phase kann z. B. nach 200 g Ausfluß beendet werden. Dann setzt die Phase des geregelten Nachführens der Kippbewegung ein. Sie endet beim Erreichen des Endgewichtes, an dem der Kippantrieb (17) abrupt reversiert wird, um einen sofortigen Abriß des Auslaufstrahles zu erreichen. Das Zurückkippen wird fortgesetzt, bis das Faß wieder seine senkrechte Ausgangsstellung eingenommen hat. Sobald die Waage einen konstanten Wert anzeigt, erfolgt die nächste Ausgangsverwiegung.

Hierfür ändert sich die Anzeige auf dem Display auf das neue Restgewicht. Zwischen einem Zentralcomputer und der vorstehend beschriebenen Anlagensteuerung wird zweckmäßig ein Datenaustausch vorgenommen. Wird die Anlage unmittelbar über Taster betätigt, so empfiehlt es sich, die Daten auf einem Drucker festzuhalten.

Obwohl die vorstehend beschriebene Vorrichtung zusammen mit anderen gleichartigen Kippstationen an einer von einer Fördereinrichtung beherrschten Fertigungsstraße vorgesehen werden kann, kann der Teleskopantrieb dazu dienen, nach Entleerung des gezeigten Behälters, das Faß auf einem Querförderer abzustellen, der ein neues Faß in die Ausgangsstellung des Greifers bringt. Dabei umschließt der Greifer das Faß mit einer einzustellenden Kraft. Diese wird überwacht. Sobald der Sollwert erreicht ist, hebt das Hubwerk das Faß über den Greifer an, worauf der Linearantrieb (27) des Teleskopes den Greifer in die Stellung nach Fig. 2 zurückfährt. Vor jedem Kippvorgang ist eine Pause eingeschaltet, während der die Schwingungen des Behälterinhaltes abklingen. Erst dann wird die Eingangsverwiegung vorgenommen. Diese zur Beruhigung des Behälterinhaltes erforderliche Pausenzeit wird vor jeder neuen Ausgangsverwiegung eingeschaltet.

Sobald der Behälter entleert ist und gegen einen Behälter mit anderem Inhalt ausgetauscht werden soll, wird der Teleskopantrieb (27) ausgefahren, der Greifer geöffnet und der vorher erfaßte Behälter von der Fördervorrichtung beiseite gebracht. Nachdem der Greifer den neuen Behälter erfaßt hat, nimmt er seine Grundstellung wieder ein.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Dosieren flüssiger Substanzen, insbesondere Flüssigkeiten durch Ausgießen einer Sollmenge aus einem oben offenen Behälter, bei dem der mit seiner Öffnung nach oben senkrecht gehaltene Behälter gekippt und der Behälterinhalt zum Auslaufen über den Rand der Behälteröffnung gebracht wird, worauf nach dem Ausgießen der Sollmenge der Behälter mit seinem Restinhalt zurückgekippt und dadurch der Auslaufstrahl unterbrochen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter vor der Einleitung des Kippvorganges angehoben und sein Bruttogewicht festgestellt wird, worauf der Kippvorgang beschleunigt eingeleitet und bis zum Auslaufen der im Nettogewicht festgestellten Sollmenge fortgesetzt wird, worauf die Kippbewegung verlangsamt und dem Auslaufen des Behälterinhaltes nachgeführt wird, und daß das Zurückkippen des Behälters bei Erreichen des um die Sollmenge verminderten Behälterbruttogewichtes beschleunigt bis zur Unterbrechung des Auslaufstrahles durchgeführt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippgeschwindigkeit auf die Viskosität des Behälterinhaltes abgestellt wird.
  3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippgeschwindigkeit auf die Viskosität des Behälterinhaltes abgestellt wird.
  4. 4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Anheben des Behälters bis zur Einleitung des Wiegevorganges zur Feststellung des Behälterbruttogewichtes eine Pause eingelegt wird, innerhalb der sich der Behälterinhalt beruhigt.
  5. 5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter nach dem Anheben parallel zu sich selbst verschoben wird.
  6. 6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach vollständiger oder teilweiser Entleerung der Behälter abgesetzt und gegen in einen anderen Behälter ausgetauscht wird.
  7. 7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 6, gekennzeichnet durch einen den Behälter umfassenden Greifer (26), der auf einem Hubwerk (14) und auf einem Schwenkwerk (17) gelagert ist, dessen Basis (18, 19) den Festpunkt einer Waage bildet, deren Kraftaufnahmeseite der bewegliche Teil (19) des Schwenkwerkes (17) und der Greifer (26) ist.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Waage und der Greifer (26) auf einem Teleskoparm (15, 16) angeordnet sind, welcher in einer Führung (11) des Hubwerkes (14) beweglich ist.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Greifer aus je einem Greiferarm (20, 21) mit einem hydraulischen Armantrieb (22, 23) und aus Greiferbacken (24, 25) besteht.
  10. 10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die als hydraulische Motoren ausgeführten Antriebe (17, 19, 22, 23, 27) des Hubwerkes, des Drehwerkes (17) und des Greifers (26) sowie des Teleskopes (15, 16) mit Hilfe von Magnetventilen betätigt und durch Endschalter überwacht sind.






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