DE102016117919A1

DE102016117919A1 - Dosiervorrichtung einer Prozessanlage

Info

Publication number: DE102016117919A1
Application number: DE102016117919.1A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Drahm; Heinz Rufer; Ulrich Kaiser; Hartmut Breithaupt
Original assignee: Endress and Hauser Messtechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Deutschland GmbH and Co KG
Priority date: 2016-09-22
Filing date: 2016-09-22
Publication date: 2018-03-22

Abstract

Eine Dosiervorrichtung in einer Prozessanlage (1) umfassend ein Ventil (2) und eine Auswerteeinheit (12), wobei das Ventil (2) im geöffneten Zustand einen Ringspalt (14) zur Durchleitung eines Dosiermediums aufweist und wobei das Ventil (2) eine Sensoranordnung aufweist, wobei die Sensoranordnung zumindest ein Leuchtmittel (9) und einen Lichtsensor (10) zur Erfassung eines vom Leuchtmittel (9) Lichtsignals und wobei die Sensoranordnung derart angeordnet ist, dass ein vom Leuchtmittel (9) ausgestrahlte Lichtsignal im geöffneten Zustand des Ventils (2) in den Ringspalt (14) abgegeben wird, wobei die Dosiervorrichtung in einer Prozessanlage (1) eine Auswerteeinheit (12) aufweist, welche eingerichtet ist zur Überwachung des Schließzustandes, insbesondere der Dichtigkeit des Schließzustandes, des Ventils (2) anhand der Sensoranordnung, sowie ein Verfahren zur Überprüfung des Schließzustandes des Ventils (2) der Dosiervorrichtung in einer Prozessanlage (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Dosiervorrichtung einer Prozessanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 39 39 502 A1 ist eine Filtervorrichtung bekannt, welche ein Ventil aufweist. Das Ventil weist eine Lichtschrankenanordnung auf. Die Lichtschrankenanordnung dient der Erfassung der Anzahl von Partikeln in einer Flüssigkeit bei dessen Durchlauf im Ventilbereich und dient der Abschätzung der Qualität der vorangegangenen Filtration.
Bei Dosiervorrichtungen in einer Prozessanlagen werden typischerweise in den Ventilen Dichtungen eingesetzt. Diese können durch mechanischen Abrieb und durch Verschmutzungen Abnutzungserscheinungen unterliegen. Dadurch kann das Ventil undicht werden, was bei Dosiervorgängen eine genaue Ermittlung der Dosiermenge nicht möglich macht und zu einem Verlust an Dosiermedium führt.
Ausgehend vom vorhergehenden Stand der Technik ist es nunmehr Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Dosiervorrichtung in einer Prozessanlage bereitzustellen, bei welcher derartige Undichtigkeiten erkannt werden können.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Dosiervorrichtung einer Prozessanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Eine erfindungsgemäße Dosiervorrichtung einer Prozessanlage kann in einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante als Abfüllanlage ausgebildet sein. Sie umfasst ein Ventil und eine Auswerteeinheit. Das Ventil kann einen geschlossenen Zustand und einen geöffneten Zustand aufweisen. Der geöffnete Zustand kann eine vollständige Öffnung oder eine Teilöffnung des Ventils bedeuten.
Im geöffneten Zustand weist das Ventil einen Ringspalt auf. Durch diesen Ringspalt kann eine Durchleitung eines Abfüllmediums durch das Ventil erfolgen. Das Ventil weist eine Sensoranordnung auf. Diese Sensoranordnung umfasst zumindest ein Leuchtmittel und ein Lichtsensor zur Erfassung eines vom Leuchtmittel ausgesandten Lichtsignals. Die Sensoranordnung ist derart angeordnet, dass das vom Leuchtmittel ausgestrahlte Lichtsignal im geöffneten Zustand des Ventils in den Ringspalt abgegeben wird.
Die Dosiervorrichtung in einer Prozessanlage weist zudem eine Auswerteeinheit auf, welche eingerichtet ist zur Überwachung des Schließzustandes des Ventils anhand der Sensoranordnung. Der Lichtsensor erfasst das ausgesandte Lichtsignal und übermittelt ein Messsignal an die Auswerteeinheit. Diese bestimmt anhand des Messsignals ob ein dichter und geschlossener Zustand des Ventils vorliegt oder ob das Ventil undicht ist.
Anders als im Stand der Technik erfolgt somit keine Konzentrationsmessung an Partikeln sondern eine Überwachung des Schließzustandes, insbesondere der Dichtigkeit des Schließzustandes.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Es ist von Vorteil, wenn die Auswerteeinheit die Einstellung des Ventils für eine Befüllung eines zu befüllenden Behältnisses mit einem zudosierten, insbesondere abzufüllenden, Medium nach einer vorgegebenen Dosierkurve, insbesondere einer vorgegebenen Abfüllkurve, vornimmt. Diese Dosierkurve kann beispielsweise auf einem Datenspeicher in der Auswerteeinheit hinterlegt sein. Ein Durchfluss-messgerät kann den Durchfluss bei der Dosierung, insbesondere der Abfüllung, ermitteln, mit dem theoretischen Wert auf der Dosierkurve vergleichen und das Ventil entsprechend nachregeln.
Die Dosiervorrichtung in einer Prozessanlage kann ein Durchflussmessgerät zur Ermittlung eines oder mehrerer Durchfluss-Messsignale aufweisen. Das Ventil kann zudem durch die Auswerteeinheit anhand der ermittelten Durchfluss-Messsignale regelbar ausgebildet sein.
Das Ventil kann vorzugsweise ein Verschlussteil, insbesondere ein linear bewegliches Verschlussteil, und eine Ventilwandung, insbesondere eine mediumsberührende Ventilwandung, aufweisen. Mediumsberührend bezieht sich auf das Dosiermedium im bestimmungsgemäßen Betrieb der Dosiervorrichtung in einer Prozessanlage. Das Verschlussteil und die Ventilwandung begrenzen vorteilhaft den Ringspalt im geöffneten Zustand des Ventils.
Das Verschlussteil kann bevorzugt das Leuchtmittel der Sensoranordnung aufweisen. Die Ventilwandung kann zudem den Lichtsensor aufweisen.
Das Leuchtmittel kann eine oder mehrere Lichtquellen und einen ringförmigen Lichtleiter aufweisen. Der Lichtleiter ist dabei der mediumsberührende Abschnitt des Leuchtmittels.
Das Leuchtmittel kann alternativ auch mehrere Lichtquellen aufweisen, welche umfangsverteilt, vorzugsweise gleichmäßig umfangsverteilt, um das Verschlussteil angeordnet sind.
In einer bevorzugten und vorteilhaft energiesparenden Variante der Erfindung kann das Leuchtmittel zumindest eine Lichtquelle aufweisen, welche als LED-Lichtquelle ausgebildet ist.
Alternativ oder zusätzlich kann das Leuchtmittel als ein Leuchtmittel zur Aussendung von UV-Licht ausgebildet sein. Dadurch kann eine Desinfenktion zumindest eines Teilbereichs des Ventils durch das abgestrahlte UV-Licht erreicht werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Leuchtmittel auch ausgebildet sein zur Aussendung von Licht im sichtbaren Spektrum, sogenanntes Vis-Licht bzw. visuelles Licht..
Die Auswerteeinheit kann vorteilhaft zur Abgabe eines Alarmsignals bei Detektion eines unzureichenden Schließzustands des Ventils eingerichtet sein.
Weiterhin vorteilhaft ist es wenn das Ventil als Doppelsitzventil ausgebildet ist.
Alternativ oder vorzugsweise zusätzlich kann die Sensoranordnung auch zu einer Reflexionsmessung ausgebildet sein. In diesem Fall können das Leuchtmittel und der Lichtsensor auf ein- und derselben Seite des Ringspalts angeordnet sein. Während in der vorgenannten Variante eine Durchlichtmessung erfolgt, so kann es in manchen Anwendungen vorteilhaft sein eine Reflexionsmessung, z.B. durchzuführen.
Unterschiedliche Medien können unterschiedliche Sensoranordnungen benötigen. Typische Beispiele für die Unterschiedlichkeit von Medien sind z.B. Milch, Bier, Kirschsaft, Wasser und/oder eine entleerte Leitung mit Luft oder Dampf. Bei Medien mit intensiver Eigenfärbung kann sich eine Messung des Reflexionslichts als wesentlich zuverlässiger erweisen als die Messung eines sogenannten Durchlichts. Gerade beim Abfüllen empfiehlt sich eine Kontrolle der Ventildichtheit eher über Reflexionsmessung. Bei anderen Anwendungen einer Prozessanlage kann die Ventildichtigkeit jedoch auch über Durchlicht am Ventilsitz ermittelt werden.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Überprüfung des Schließzustandes des Ventils der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung in einer Prozessanlage weist zumindest die folgenden Schritte auf:

I. Erfassen des Lichtsignals des Leuchtmittels durch den Lichtsensor und Übermittlung eines Messsignals vom Lichtsensor an die Auswerteeinheit;
II. Vergleich des Messsignals des Lichtsensors mit einem vorgegebenen Grenzwert und
III. Ausgeben einer Information bezüglich der Dichtigkeit des Schließzustandes sofern der Messwert den Grenzwert über- oder unterschreitet.

Die Information kann auch lediglich in einem Alarm bestehen, sofern das Messsignal außerhalb eines von zumindest dem einen Grenzwert definierten Toleranzbereichs liegt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Dosiervorrichtung umfassend ein Ventil; und
2 Detaildarstellung des Ventils der 1.
Die Bezeichnung Dosiervorrichtung umfasst im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch Abfüllanlagen. Bei der Dosierung mit der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung kann nach dem nachfolgend beschriebenen ersten Ventil 2 manchmal ein zweites Ventil oder ein Behälter und/oder eine Pumpe installiert sein. Bei einer Abfüllanlage bildet typischerweise das dargestellte Ventil 2 oft den Abschluss zum Umgebungslicht. Beide Varianten sind durch den Begriff Dosiervorrichtung im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst.
1 zeigt eine erste Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung in einer Prozessanlage 1. Die Dosiervorrichtung in einer Prozessanlage weist einen Tank 3 mit dem zu befüllenden Dosiermedium auf.
Dabei kann es sich beispielsweise um die Abfüllung einer Getränkeabfüllung handeln. Allerdings können auch andere fließfähige Medien abgefüllt werden. Dabei wird das Dosiermedium in ein zu befüllendes Behältnis 5, z.B. eine Flasche, geleitet.
Die Dosiervorrichtung in einer Prozessanlage weist eine Auslassöffnung 11 auf. Eine Auswerteeinheit 12 überprüft die Abfüllung und regelt den Dosiervorgang.
Zur Regulierung der Dosiermenge und der Dosiergeschwindigkeit weist die Dosiervorrichtung in einer Prozessanlage 1 ein Ventil 2 auf. Dieses Ventil kann als Einsitzventil oder besonders bevorzugt als Doppelsitzventil ausgebildet sein.
Das Ventil 2 weist eine Ventilwandung 13 und ein Verschlussteil 8 auf. Die Ventilwandung 13 und das Verschlussteil 8 definieren einen Ringspalt 14, durch welchen das Dosiermedium bei geöffnetem Ventil 2 geleitet wird.
Dieses Verschlussteil 8 ist beweglich, vorzugsweise linear-beweglich in oder entgegen einer Richtung S, im Ventil, insbesondere einer zylindrisch-ausgebildeten Ventilwandung 13, angeordnet. Zur Bewegung des Verschlussteils 8 kann ein nicht näher dargestellter Antrieb, z.B. ein Luft-Feder-Antrieb, verwendet werden. Ebenfalls kann eine Kolbenstange vorgesehen sein, welche den Antrieb mit dem Verschlussteil 8 verbindet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind der Antrieb und die Kolbenstange in 1 und 2 nicht näher dargestellt und erörtert.
In 1 und 2 ist das Verschlussteil 8 kolben- bzw. stopfenförmig, insbesondere kegelstumpfförmig, dargestellt. Allerdings kann das Verschlussteil 8 auch eine andere Form aufweisen.
Das Verschlussteil 8 weist ein Leuchtmittel 9 auf, welches Licht in den Ringspalt 14 abgibt. Das Leuchtmittel 9 gibt ein Lichtsignal an einen oder mehrere Lichtsensoren 10 ab. Der Lichtsensor 10 gibt ein Messsignal an die Auswerteeinheit 12 ab.
Da Leuchtmittel 9 weist vorzugsweise eine oder mehrere Lichtquellen sowie einen ringförmigen Lichtleiter auf. Alternativ oder zusätzlichweist das Leuchtmittel 9 mehrere Lichtquellen auf, welche umfangsverteilt, vorzugsweise gleichmäßig umfangsverteilt, um das Verschlussteil 8 angeordnet sind.
Selbstverständlich kann das Leuchtmittel 9 auch in der Außenwandung 13 des Ventils 2 angeordnet sein und der Lichtsensor im Verschlussteil 8
Auch eine Reflexionsmessung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar. Dabei wird das Lichtsignal des Leuchtmittels auf den Lichtsensor zurückgeworfen. Bei dieser Variante ist dann der Lichtsensor auf derselben Seite des Ringspalts angeordnet wie das Leuchtmittel. Der Lichtsensor kann sogar mit Leuchtmittel eine bauliche Einheit bilden.
Die Lichtquelle kann in einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante eine LED-Lampe sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Lichtquelle oder eine weitere Lichtquelle als UV-Lampe ausgebildet sein. Die UV-Strahlung erlaubt zugleich eine Desinfektionswirkung.
Weiterhin weist die Dosiervorrichtung in einer Prozessanlage in einer bevorzugten Ausführungsvariante ein Durchflussmessgerät 4 auf. Das Durchflussmessgerät 4 kann beispielsweise als ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät ausgebildet sein. Daher weist das in 1 dargestellte Durchflussmessgerät 4 ein Elektrodenpaar 6 und ein Magnetsystem 7 auf.
Die Auswerteeinheit 12 steuert anhand der vom Durchflussmessgerät 4 ermittelten Messwerte den Dosiervorgang des Dosiermediums in das zu befüllende Behältnis 5 und stellt den Durchfluss während der Befüllung durch Betätigen des Ventils 2 ein.
Die Auswerteeinheit 12 ermittelt zudem anhand des Lichtsensors 10 und des Leuchtmittels 9 die Dichtigkeit des Ventils 2 im geschlossenen Zustand. Die Intensität des empfangenen Lichtsignals ändert sich mit dem dazwischen befindlichen Medium. Befindet sich ein Dosiermedium zwischen dem Leuchtmittel 9 und dem Lichtsensor 10, so wird dies durch die Auswerteeinheit 12 anhand der vom Lichtsensor 10 übermittelten Messwerte ermittelt.
Die Auswerteeinheit 12 kann sodann ein Alarmsignal z.B. in Form eines visuellen oder akustischen Signals ausgeben. Somit dient der Lichtsensor 10 zur Überwachung des Schließzustandes eines Ventils. Der Lichtsensor 10 überwacht die Dichtung des Ventils 2.
Bezugszeichenliste

1: Dosiervorrichtung in einer Prozessanlage
2: Ventil
3: Tank
4: Durchflussmessgerät
5: Zu befüllendes Behältnis
6: Elektrodenpaar
7: Magnetsystem
8: Verschlussteil
9: Leuchtmittel
10: Lichtsensor
11: Auslassöffnung
12: Auswerteeinheit
13: Ventilwandung
14: Ringspalt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3939502 A1 [0002]

Claims

Dosiervorrichtung (1) einer Prozessanlage umfassend ein Ventil (2) und eine Auswerteeinheit (12), wobei das Ventil (2) im geöffneten Zustand einen Ringspalt (14) zur Durchleitung eines Dosiermediums aufweist und wobei das Ventil (2) eine Sensoranordnung aufweist, wobei die Sensoranordnung zumindest ein Leuchtmittel (9) und einen Lichtsensor (10) zur Erfassung eines vom Leuchtmittel (9) ausgesandten Lichtsignals und wobei die Sensoranordnung derart angeordnet ist, dass ein vom Leuchtmittel (9) ausgesandtes Lichtsignal im geöffneten Zustand des Ventils (2) in den Ringspalt (14) abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiervorrichtung in einer Prozessanlage (1) eine Auswerteeinheit (12) aufweist, welche eingerichtet ist zur Überwachung des Schließzustandes, insbesondere der Dichtigkeit des Schließzustandes, des Ventils (2) anhand der Sensoranordnung.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (12) eingerichtet ist zur Einstellung des Ventils (2) für eine Befüllung eines zu befüllenden Behältnisses (5) mit einem Dosiermedium nach einer vorgegebenen Dosierkurve.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiervorrichtung in einer Prozessanlage (1) ein Durchflussmessgerät (4) zur Ermittlung eines oder mehrerer Durchfluss-Messsignale aufweist und dass das Ventil (2) durch die Auswerteeinheit (12) anhand der ermittelten Durchfluss-Messsignale regelbar ist.
Dosiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (2) ein Verschlussteil (8), insbesondere ein linear bewegliches Verschlussteil (8), und eine Ventilwandung (13) aufweist, wobei das Verschlussteil (8) und die Ventilwandung (13) den Ringspalt (14) im geöffneten Zustand des Ventils (2) begrenzen.
Dosiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussteil (8) das Leuchtmittel (9) der Sensoranordnung aufweist.
Dosiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilwandung (13) den Lichtsensor (10) aufweist.
Dosiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtmittel (9) eine oder mehrere Lichtquellen und einen ringförmigen Lichtleiter aufweist.
Dosiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtmittel (9) mehrere Lichtquellen aufweist, welche umfangsverteilt, vorzugsweise gleichmäßig umfangsverteilt, um das Verschlussteil (8) angeordnet sind.
Dosiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtmittel (9) zumindest eine Lichtquelle aufweist, welche als LED-Lichtquelle ausgebildet ist.
Dosiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (12) zur Abgabe eines Alarmsignals bei Detektion eines unzureichenden Schließzustands des Ventils (2) eingerichtet ist.
Dosiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (2) als Doppelsitzventil ausgebildet ist.
Dosiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtmittel (9) als ein Leuchtmittel (9) zur Aussendung von UV-Licht ausgebildet ist.
Dosiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtmittel (9) als ein Leuchtmittel (9) zur Aussendung von Vis-Licht ausgebildet ist.
Dosiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung ausgebildet ist zur Überwachung des Schließzustandes anhand des ausgesandten und im Ringspalt reflektierten Lichtsignals.
Verfahren zur Überprüfung des Schließzustandes des Ventils (2) der Dosiervorrichtung in einer Prozessanlage (1) gemäß Anspruch 1 gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: I. Erfassen des Lichtsignals des Leuchtmittels (9) durch den Lichtsensor (10) und Übermittlung eines Messsignals vom Lichtsensor (10) an die Auswerteeinheit (12); II. Vergleich des Messsignals des Lichtsensors (10) mit einem vorgegebenen Grenzwert und III. Ausgeben einer Information bezüglich der Dichtigkeit des Schließzustandes sofern der Messwert den Grenzwert über- oder unterschreitet.