DE4419415A1 - Verfahren zum Herstellen eines Flüssigkeitsgemisches aus wenigstens zwei unterschiedlichen Komponenten und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Flüssigkeitsgemisches aus wenigstens zwei unterschiedli­ chen Komponenten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet für Flüssigkeitsgemische sind technische Alkohole, wie sie bei der Behandlung von Gewebeproben in der Histologie und der Pathologie benö­ tigt werden. Dabei kommen Alkohole zum Einsatz, die in ihrem spezifischen Gewicht, ihrer Konzentration und Ge­ samtmenge unterschiedlich sind. Da die benötigten Alko­ hol-Wasser-Gemische nicht alle fertig gemischt auf Lager gehalten werden können, werden sie in der Regel von Hand aus konzentriertem Alkohol der handelsüblichen maximalen Konzentration und destilliertem Wasser gemischt. Diese Arbeitsweise ist sehr zeitaufwendig und die erforderliche Volumenkonzentration nur annähernd zu erreichen. Außerdem wird oft zu viel Flüssigkeit angesetzt und somit ver­ schwendet. Für die Untersuchung und Entwässerung von Gewebeproben und Durchführung von Färbevorgängen ist aber neben der Behandlungsdauer auch die Alkoholkonzentration, der die Probe ausgesetzt wird, ein wichtiger Parameter, um auswertbare Ergebnisse zu erhalten.

Das Anwendungsgebiet der Erfindung ist allerdings nicht auf Alkohol-Wasser-Gemische beschränkt, sondern läßt sich allgemein auf Flüssigkeitsgemische aus unterschiedlichen Komponenten erstrecken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Flüssig­ keitsgemisches aus wenigstens zwei unterschiedlichen Kom­ ponenten und eine Vorrichtung zur Durchführung des Ver­ fahrens anzugeben, welche eine automatische Herstellung eines Flüssigkeitsgemisches unter sparsamer Ausnutzung der zu verwendenden Komponenten und einer genauen Einhal­ tung des geforderten Mischungsverhältnisses und der Ge­ samtmenge ermöglichen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1 und bei einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 7 durch die jeweils im Kennzeichen angegebenen Merkmale gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich unabhängig von der Anzahl der zu mischenden Komponenten nach einer ein­ heitlichen und daher leicht zu automatisierenden Vorge­ hensweise präzise durchführen. Für alle Komponenten wird als Meßgröße lediglich der Gewichtszuwachs des Mischbe­ hälters ausgenutzt, wodurch in der Praxis eine einzige präzise Wägevorrichtung ausreicht. Dabei kann auch auto­ matisch berücksichtigt werden, daß die Ausgangskomponen­ ten häufig nicht in absolut reiner Form darstellbar sind, sondern in der handelsüblichen Form bereits geringfügig verdünnt vorliegen. Auf aufwendige Mittel zur Zwangsför­ derung eines konstanten Volumens oder eines Sensors zur Durchflußmessung kann verzichtet werden. Indem aus ein­ gegebenen Werten der Verhältnisse der Komponenten oder deren Konzentration im Flüssigkeitsgemisch und der Ge­ samtmenge die jeweiligen Gewichtsanteile der Komponenten automatisch berechnet werden, sind durch Rechenfehler zustande gekommene falsche Flüssigkeitsgemische aus­ geschlossen.

Die Erfassung des Gewichtszuwachses des Mischbehälters ermöglicht es, Flüssigkeitsgemische sowohl in einer großen Variationsbreite der Anteile der Komponenten als auch der Gesamtmenge mit hoher Genauigkeit herzustellen. Da eine Messung sowohl dynamisch als auch statisch mög­ lich ist, sind ferner die Voraussetzungen geschaffen, auch eine Zeit- und Gewichtsgenauigkeitsoptimierung her­ beizuführen, so daß sowohl kleine als auch große Mengen von Flüssigkeitsgemischen mit gleichbleibender Genauig­ keit innerhalb kurzer Zeiträume bereitgestellt werden können.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auch, daß die Genauigkeit unabhängig von Luftblasen im Leitungssystem ist, wie sie beim Austausch von Vor­ ratsbehältern mit den Komponenten auftreten kann. Es ist also keine zeitaufwendige und rohstoffverschwendende Ent­ lüftung erforderlich, um die Betriebsgenauigkeit zu ge­ währleisten.

Gemäß einer Weiterbildung wird bei der Reihenfolge, in der die Komponenten zugeführt werden, mit der Komponente des kleinsten Gewichtsanteils begonnen, woran sich die anderen Komponenten mit ansteigenden Gewichtsanteil an­ schließen.

Diese Vorgehensweise ermöglicht eine Verbesserung der Ge­ nauigkeit beim Dosieren kleiner Flüssigkeitsmengen, wenn die zur Ermittlung des Gewichtszuwachses dienende Wäge­ vorrichtung umschaltbare Meßbereiche besitzt. Kleine Flüssigkeitsmengen können dann mit höherer Auflösung do­ siert werden, wenn sie noch in einem kleineren Meßbereich erfaßt werden.

Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des Ver­ fahrens werden die Komponenten, deren Gewichtsanteil oberhalb eines zuvor ermittelten, für eine zulässige Ge­ wichtstoleranz maßgeblichen Grenzwertes liegt, geregelt zugeführt werden, indem bei kontinuierlicher Förderung der Gewichtszuwachs stetig gemessen, mit dem berechneten Gewichtsanteil als Sollwert fortlaufend verglichen, und die Förderung beendet wird, sobald der berechnete Ge­ wichtsanteil abzüglich eines zwischen Null und einer gerätespezifischen Nachlaufmenge liegenden Korrekturwer­ tes erreicht ist.

Weiterhin werden die Komponenten, deren Gewichtsanteil oder Restgewichtsanteil unterhalb des zuvor ermittelten Grenzwertes liegt, gesteuert zugeführt, indem für die Dauer einer aus dem Gewichtsanteil vorausberechneten Förderzeit abzüglich einer zwischen null und einer gerä­ tespezifischen Nachlaufmenge liegenden Korrekturzeit ge­ fördert werden, dann im Anschluß an eine Wartezeit der Gewichtszuwachs gemessen wird, und bei Unterschreiten des berechneten Gewichtsanteils die Förderung der Komponente auf der Grundlage des jeweils fehlenden Restgewichtsan­ teils solange wiederholt wird, bis der berechnete Ge­ wichtsanteil innerhalb eines vorgegebenen Toleranzberei­ ches erreicht ist.

Die Anwendung unterschiedlicher Dosiermethoden ermöglicht es, sowohl große Flüssigkeitsmengen, deren Bereitstellung überwiegend ein Zeitproblem, aber kein Meßgenauigkeits­ problem darstellt, innerhalb einer möglichst kurzen Zeit­ spanne herzustellen aber ebenfalls kleine Flüssigkeits­ mengen, deren Herstellung weniger ein Zeitproblem, dafür aber ein Meßgenauigkeitsproblem darstellt, mit der nöti­ gen Genauigkeit der volumenspezifischen Gewichtsanteile herzustellen. Da bei großen Flüssigkeitsmengen eine noch nachlaufende Restflüssigkeit nur einen kleinen Anteil an der Gesamtmenge darstellt und somit die Menge nur unwe­ sentlich verfälscht, kann eine Zeitoptimierung durch kontinuierliche Gewichtsmessung bei kontinuierlicher, maximaler Förderleistung erreicht werden.

Demgegenüber können mittlere und kleine Flüssigkeitsmen­ gen aufgrund der nachlaufenden Restflüssigkeit nicht mehr geregelt dosiert werden. Hier wird die Genauigkeitsanfor­ derung so erfüllt, daß Messungen erst nach Einlaufen der Restflüssigkeit durchgeführt werden und aus dem Meßergeb­ nis dann ermittelt und entschieden wird, ob nochmals eine Komponente für eine entsprechende Zeit gefördert werden soll.

Der Grenzwert, der für die Wahl der einen oder anderen Dosiermethode maßgeblich ist, kann empirisch so gewählt werden, daß mit der Dosiermethode im Sinne einer Regelung in Vorversuchen solange die Sollwerte der zu fördernden Gewichtsanteile verringert werden, bis die erzielte Ge­ nauigkeit der geförderten Flüssigkeitsmenge einen vorge­ gebenen Toleranzwert überschreitet. Dieser Grenzwert wird dann auch zweckmäßig um einen Sicherheitswert erhöht, da­ mit die Dosiermethode nach der Regelung auch bei einer Kumulierung ungünstiger Randbedingungen den zulässigen Toleranzwert nicht überschreitet.

Gemäß einer Weiterbildung kann bei der geregelten und/oder der gesteuerten Zufuhr von Komponenten die Strömungsgeschwindigkeit und Korrekturzeit nach zuvor ermittelten Unterbereichen der Gewichtsanteile oder Restgewichtsanteile gestaffelt sein, wobei für kleine Gewichtsanteile eine kleine Strömungsgeschwindigkeit und/oder eine große Korrekturzeit gewählt wird.

Diese Maßnahme bezweckt eine Zeitoptimierung des Abfüll­ vorganges bei Wahrung der zulässigen Toleranzen der Gewichtsanteile. Bei besonders kleinen Flüssigkeitsmengen spielt auch die Verzögerungszeit, mit der Ventile ge­ schlossen werden, eine Rolle. Die Auswirkungen dieser Verzögerungszeit können dadurch vermindert werden, daß die geförderte Komponente mit einer verringerten Strö­ mungsgeschwindigkeit gefördert wird. Ergänzend oder im Kombination dazu könnte auch noch eine Korrekturzeit vor­ gesehen werden, um die die vorausberechnete Öffnungsdauer eines Ventils verringert wird, damit es möglich ist, sich in mehreren Schritten an eine gewünschte Flüssigkeits­ menge heranzutasten.

Ergänzend wäre es möglich, auch eine Abfolge mehrerer Me­ thoden anzuwenden, wenn auch bei großen Flüssigkeitsmen­ gen eine sehr hohe Genauigkeit gefordert wird. Somit könnte dann von einer Dosiermethode auf eine andere Dosiermethode umgeschaltet werden.

Ferner kann vorgesehen sein, daß bei der gesteuerten Zu­ fuhr von Komponenten der Istwert des sich aus der voraus­ berechneten Förderzeit ergebenden Gewichtszuwachses mit dem Sollwert des Gewichtszuwachses verglichen wird und eine Folge dieser Vergleichswerte gespeichert wird, und daß auf der Basis dieser Vergleichswerte die Förderzeit neu berechnet oder korrigiert wird.

Dadurch ist eine automatische Kalibrierung der Dosierme­ thoden möglich, die Verschleiß- und Alterungserscheinun­ gen bei einer Vorrichtung automatisch berücksichtigt und so stets für hohe Genauigkeit bei minimalen Abfüllzeiten sorgt.

Bei einer praktischen Anwendung können für die geregelte und die gesteuerte Zufuhr von Komponenten sowie für un­ terschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten und Korrek­ turzeiten als wählbare Dosiermethoden spezifische Ge­ wichtstoleranzen ermittelt und gespeichert werden und in Abhängigkeit einer vorgebbaren zulässigen Toleranz die diese Toleranz einhaltende Dosiermethode ausgewählt werden.

Hierdurch läßt sich besonders dann, wenn eine große Feh­ lertoleranz bei den Gewichtsanteilen der Komponenten zu­ gelassen wird, eine erhebliche Beschleunigung des Abfüll­ vorganges erreichen. Die die gewünschten Genauigkeiten einhaltenden Dosiermethoden können dann vollautomatisch nach Eingabe z. B. der prozentigen Genauigkeit zu Beginn des Abfüllvorganges ausgewählt werden.

Bei einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist ein Steuerrechner zur Berechnung der Gewichtsanteile der Komponenten aus der gewählten Gesamtmenge und dem jeweils gewählten Verhältnis der Komponenten vorgesehen. Der Steuerrechner umfaßt eine Dateneingabeeinrichtung und eine Anzeigeeinrichtung.

Über die Eingabeeinrichtung sind die spezifischen Gewich­ te der Komponenten, ihre Ausgangskonzentrationen, die Verhältnisse der Komponenten oder ihre Konzentrationen im Flüssigkeitsgemisch und die Gesamtmenge als Gewicht oder Volumen eingebbar. Anstelle einer wiederholten Eingabe können wiederkehrende Werte, wie die spezifischen Gewich­ te der Komponenten und ihre Ausgangskonzentrationen auch gespeichert und über eine Benennung der Komponente aus einer Datenbank abrufbar sein. Die spezifischen Gewichte sind von Bedeutung, wenn als Werte in praxisüblicher Weise Volumen oder Volumenkonzentrationen angeben werden, die mittels des Steuerrechners in Gewichte oder Gewichts­ anteile umgerechnet werden. Die Angabe der Ausgangskon­ zentrationen berücksichtigt handelsübliche Verdünnungen der Komponenten bei der Berechnung der zu dosierenden Gewichtsanteile. Wenn also beispielsweise 30 prozentiger Alkohol aus 97 prozentigem Alkohol und Wasser gemischt werden soll, wird berücksichtigt, daß der konzentrierte Alkohol bereits 3% Wasser enthält und daher die zuzumi­ schende Wassermenge um die bereits vorhandenen Wasser­ menge verringert. Die Anzeigeeinrichtung dient zur Kon­ trolle der über die Dateneingabeeinrichtung eingegebenen Daten.

Für jede Komponente ist eine vom Steuerrechner ans teuer­ bare Dosiervorrichtung, ein gemeinsamer Mischbehälter, sowie eine gemeinsame, mit dem Steuerrechner verbundene Wägevorrichtung für den Mischbehälter vorgesehen.

Durch die für jede Komponente gesonderte Dosiervorrich­ tung lassen sich Flüssigkeitsgemische in unterschiedli­ chen Konzentrationen nacheinander herstellen, ohne daß im Leitungssystem der Vorrichtung noch vorhandene Flüssig­ keitsgemischreste entfernt werden müssen. Die Einhaltung der gewünschten Gewichtsanteile der Komponenten wird mittels einer Wägevorrichtung für den Mischbehälter er­ faßt, wobei die Wägevorrichtung die ermittelten Gewichts­ werte dem Steuerrechner übermittelt und dieser die Do­ siervorrichtungen so beeinflussen kann, daß die gewünsch­ ten Gewichtsanteile gerade erreicht werden. Die Genauig­ keit, mit der die Vorrichtung arbeitet, ist im wesentli­ chen von der Wägevorrichtung abhängig. Um eine hohe Ge­ nauigkeit zu erhalten, sind deshalb Präzisionsbauteile erforderlich, die natürlich auch entsprechend kostenin­ tensiv sind. Allerdings ist zu beachten, daß diese Wäge­ vorrichtung unabhängig von der Anzahl der Komponenten und damit der Dosiervorrichtungen nur einmal vorhanden sein muß und dadurch gegenüber solchen Lösungen Kosten einge­ spart werden können, bei denen für jede Komponente Prä­ zisionsbauteile in der Dosiervorrichtung erforderlich sind.

Umfaßt der Steuerrechner zusätzlich einen Speicher, in dem für unterschiedliche wählbare Dosiermethoden spezi­ fische Gewichtstoleranzen gespeichert sind, so kann über die Eingabeeinrichtung auch die zulässige Gewichtstole­ ranz des Flüssigkeitsgemisches vorgegeben werden, anhand der automatisch die schnellsten Dosiermethoden ausgewählt werden.

Bei einer praktischen Ausgestaltung der Dosiervorrichtun­ gen kann jede Dosiervorrichtung eine Dosierpumpe oder eine Pumpe und ein Dosierventil umfassen.

Als Dosierpumpen kommen z. B. Zahnradpumpen oder Kolben­ pumpen in Betracht. Diese liefern ein zur Anzahl der Umdrehungen exakt proportionales Flüssigkeitsvolumen. Ein Dosierventil kann dann entfallen. Bei anderen, einfache­ ren Pumpen, wie z. B. Flügelzellenpumpen oder Membranpum­ pen besteht in der Anlauf- und Abschaltphase kein exakt proportionaler Zusammenhang zwischen Anzahl der Umdrehun­ gen oder Hübe und dem geförderten Flüssigkeitsvolumen. In diesem Fall ermöglichen Dosierventile, die Förderung der Komponenten nur im stationären Betrieb vorzunehmen.

Vorzugsweise sind die Dosierpumpen oder Pumpen als selbstansaugende Pumpen ausgebildet.

Dies trifft auf Zahnradpumpen, Kolbenpumpen und Membran­ pumpen zu. Es ist damit möglich, die benötigten Flüssig­ keitskomponenten aus handelsüblichen Vorratsbehältern zu entnehmen, die unterhalb der Arbeitsebene der Vorrichtung oder an einem zentralen Depot angeordnet sind. Die bei Wechsel der Vorratsbehälter auftretenden Lufteinschlüsse im Leitungssystem sind ohne Einfluß auf das Gesamtergeb­ nis, da die Gewichtsanteile der Komponenten ja aus­ schließlich über den Gewichtszuwachs im Mischbehälter bestimmt werden.

Weiterhin sind die Dosierventile als Magnetventile ausge­ bildet.

Bei dieser Ausgestaltung lassen sich sowohl die Ansprech­ zeiten sehr kurz halten, was besonders für die Dosierung sehr kleiner Flüssigkeitsmengen wichtig ist.

Zusätzlich können die Dosierventile sowohl in Öffnungs­ als auch in Schließstellung zwangsgesteuert sein.

Dadurch lassen sich sowohl die Öffnungs- als auch die Schließzeiten gegen solchen Ausführungen verbessern, die mit Rückholfedern ausgestattet sind.

Besonders günstig ist der Einsatz von Dosierventilen, die als Rohrventile mit einem eine Einschnürung aufweisenden Rohr und einem axial im Rohr beweglichen und die Ein­ schnürung verschließbaren Ventilkörper ausgebildet sind.

Bei dieser Ventilart kann der Auslauf unmittelbar hinter der Einschnürung liegen, so daß nach Schließen des Ven­ tils nur noch eine ganz geringe Restmenge der zu dosie­ renden Komponente nachläuft.

Die Dosierventile können Überströmvorrichtungen aufwei­ sen.

Dadurch lassen sich die Dosierventile auch bei laufender Pumpe schließen und öffnen, so daß ohne Beschädigung und ohne Berücksichtigung des An- und Auslaufverhaltens der Dosierpumpen die gewünschten Flüssigkeitsmengen gezielt und mit großer Wiederkehrgenauigkeit über die Öffnungs­ zeit der Ventile gesteuert werden können.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung besitzen die Do­ siervorrichtungen einen gemeinsamen Ablauf.

Der Ablauf gewährleistet, daß die Flüssigkeitskomponenten immer an derselben Stelle in den Mischbehälter einge­ bracht werden. Dies ist für eine dynamische Messung des Gewichtszuwachses von Bedeutung, bei dem auch asymmetri­ sche Verteilungen der Flüssigkeit im Mischbehälter das Meßergebnis verfälschen können. Durch Zuführung sämtli­ cher Komponenten an derselben Stelle wird eine einheitli­ che Meßbedingung geschaffen, für die die Vorrichtung ein­ malig kalibriert werden kann.

Eine Weiterbildung sieht vor, daß der Ablauf ein Ablauf­ rohr mit einer über dem Mischgefäß mündenden Auslauföff­ nung umfaßt, in das die Ausläufe der Dosierventile einmünden und daß die Dosierventile, deren Ausläufe und das Ablaufrohr so geneigt angeordnet sind, daß sich ein durchgehendes Gefälle zur Auslauföffnung ergibt.

Diese Ausgestaltung ermöglicht ein vollständiges Ablaufen der Restflüssigkeiten im Ablaufrohr, wenn die Dosierven­ tile geschlossen sind. Eine Verunreinigung nachfolgender Flüssigkeitsgemische anderer Zusammensetzungen mit Rest­ flüssigkeiten eines vorangegangenen Flüssigkeitsgemisches wird so vermieden.

In vorteilhafter Weise kann auf der der Auslauföffnung gegenüber liegenden Seite des Ablaufrohres ein steuerba­ res Belüftungsventil angeschlossen ist, das nach Schlie­ ßen der Dosierventile öffnebar ist.

Durch Öffnen des Belüftungsventils kann leichter Luft nachströmen, während die Restflüssigkeit mit Gefälle in den Mischbehälter strömt. Die Entleerung von Restflüssig­ keit wird dadurch erheblich beschleunigt.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Er­ findung ergeben sich aus den Ansprüchen, der weiteren Be­ schreibung und der Zeichnung, anhand der die Erfindung erläutert wird.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung,

Fig. 2 ein Flußdiagramm für die Messung des Gewichtszuwachses,

Fig. 3 ein Schaltbild der Dosiervorrichtun­ gen für zwei Flüssigkeitskomponenten,

Fig. 4 eine Schaltbild einer Überströmein­ richtung,

Fig. 5 eine Darstellung der Dosierventile mit einem Ablauf,

Fig. 6 einen Längsschnitt durch ein Rohrven­ til,

Fig. 7 eine Flußdiagramm für eine automati­ sche Meßbereichsumschaltung und

Fig. 8 ein Flußdiagramm für die Zuteilung der Flüssigkeitskomponenten nach un­ terschiedlichen Dosiermethoden.

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vor­ richtung. Ein Steuerrechner 10 erhält über eine Datenein­ gabeeinrichtung 12 Daten über das spezifische Gewicht der Komponenten, aus denen ein Flüssigkeitsgemisch herge­ stellt werden soll, die Verhältnisse der Komponenten und die Gesamtmenge. Die Daten über die spezifischen Gewichte müssen natürlich nur einmal eingegeben und bei Änderung der Komponenten verändert oder ergänzt werden. Sie werden dann in einer Datenbank abgelegt und können danach belie­ big abgelegt werden. Die Verhältnisse der Komponenten können auch in einer verkehrsüblichen Weise angegeben werden, z. B. bei Alkohol-Wasser-Gemischen als Alkoholan­ gabe in Prozent.

Die eingegebenen Daten werden von einer Anzeigeeinrich­ tung 14 angezeigt, um die Richtigkeit der Eingabe über­ prüfen und Eingabefehler korrigieren zu können.

Der Steuerrechner 10 berechnet aufgrund der eingegebenen Daten die Gewichtsanteile der Komponenten und steuert Do­ siervorrichtungen 16; 18 aus Dosierpumpen 20; 22 und Do­ sierventilen 24; 26. Der Gewichtszuwachs der geförderten Komponenten wird durch eine Wägevorrichtung 28, die hier aus einer Wägezelle 30 und einem Meßverstärker 32 be­ steht, überwacht. Die Daten der Wägevorrichtung 28 werden vom Steuerrechner 10 erfaßt und werden mit den Sollwerten für die Gewichtsanteile der Komponenten verglichen. Bei einem Prototypen der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurde eine Wägezelle 30 mit Dehnungsmeßstreifen in Brücken­ schaltung verwendet. Der nachgeschaltete Meßverstärker 32 konnte dabei mittels des Steuerrechners 10 auf Null abge­ glichen werden, weshalb der Signalverlauf zwischen dem Meßverstärker 32 und dem Steuerrechner 10 durch einen Doppelpfeil symbolisiert ist.

Fig. 2 zeigt ein Flußdiagramm für die Messung des Ge­ wichtszuwachses. Ein aufgrund der über die Dateneingabe­ einrichtung eingegebenen Werte ermittelter Sollwert für den Gewichtsanteil der zuzuteilenden Komponente veranlaßt den Steuerrechner 10, die Dosiervorrichtung 16 zu betäti­ gen, worauf Flüssigkeit der betreffenden Komponente in einen Mischbehälter 34 gelangt. Der Gewichtszuwachs des Mischbehälters 34 wird mittels der Wägevorrichtung 28 als Ist-Wert dem Steuerrechner 10 zugeführt. Dieser ver­ gleicht den Ist-Wert mit dem Soll-Wert und schaltet die Dosiervorrichtung 16 ab, sobald der Ist-Wert den Soll- Wert erreicht hat. Hierbei kann auch grundsätzlich zwi­ schen zwei verschiedenen Dosiermethoden unterschieden werden. Da bei großen Gewichtsanteilen der Komponenten der Fehleranteil bei der nachlaufenden Restflüssigkeit gering ist, kann die Zuführung der Komponente in Form ei­ ner Regelung durchgeführt werden, indem mit höchster För­ derleistung die Komponente aus einem Vorratsbehälter in den Mischbehälter gefüllt wird, die Gewichtszunahme stän­ dig überwacht wird und die Dosiervorrichtung 16 gegebe­ nenfalls unter Berücksichtigung eines Korrekturwertes bei oder kurz vor Erreichen des Sollwertes abgeschaltet wird. Bei Einhalten eines Korrekturwertes ließe sich auch das Nachlaufen einer Restflüssigkeit noch berücksichtigen. Mit dieser Dosiermethode lassen sich große Flüssigkeits­ mengen zeitoptimiert abfüllen.

Kleine Flüssigkeitsmengen, bei denen die Steuerzeiten der Ventile und das Nachlaufen von Restflüssigkeit die Dosie­ rung beeinflussen kann, lassen sich fördern, indem die Dosiervorrichtung 16 für voraus berechnete Zeitspannen in Betrieb gesetzt wird und die geförderte Flüssigkeitsmenge dann nach einer Beruhigungszeit mittels der Wägevorrich­ tung 28 gemessen werden. Ist der Soll-Wert noch nicht erreicht, kann der noch zu ergänzende Gewichtsanteil der betreffenden Komponente ermittelt und daraus die für eine Förderung nötige Zeitspanne ermittelt werden, in der die Dosiervorrichtung 16 erneut in Betrieb gesetzt werden muß. Dieser Vorgang kann dann mehrmals wiederholt werden, bis die gewünschte Menge der Komponente gefördert ist.

Fig. 3 zeigt ein Schaltbild der Dosiervorrichtungen für zwei Flüssigkeitskomponenten, hier Alkohol und Wasser. In diesem Fall sind zwei Dosiervorrichtungen vorhanden, näm­ lich eine Dosiervorrichtung 16 aus einer Dosierpumpe 20 und einem Dosierventil 24 für Alkohol und eine weitere Dosiervorrichtung 18 aus einer Dosierpumpe 22 und einem Dosierventil 26 für Wasser. Die Dosierventile 24 und 26 sind in der Darstellung als einfache Magnetventile ausge­ bildet, die über Federn rückgeholt werden. Eine schnel­ lere Schaltzeit läßt sich durch doppelt wirkende Magnet­ ventile erzielen. Die Dosierventile 24 und 26 erhalten Steuersignale vom nicht dargestellten Steuerrechner. Gleiches gilt für die Dosierpumpen 20 und 22, die in ei­ nem Prototypen als Membranpumpen ausgebildet sind. Durch Umschalten oder Variieren der Betriebsspannungen läßt sich die Fördermenge der Dosierpumpen 20 und 22 in mehre­ ren Stufen oder stufenlos variieren.

Durch entsprechende zeitliche Steuerung der Dosiervor­ richtungen 16 und 18 wird Alkohol und Wasser aus Vorrats­ behältern 36 und 38 entnommen und über einen gemeinsamen Ablauf 40, in den Ausläufe 42 und 44 der Dosierventile 24 und 26 münden, in ein Mischgefäß 34 überführt. Ferner ist noch ein Belüftungsventil 46 vorgesehen, das immer dann geöffnet wird, wenn das vorher offene Dosierventil ge­ schlossen wird. Durch Öffnen des Belüftungsventils 46 kann Luft nachströmen, wodurch der Austritt von Restflüs­ sigkeit aus dem Ablauf 40 beschleunigt und eine vollstän­ dige Entleerung garantiert wird.

Fig. 4 zeigt ein Schaltbild einer Überströmeinrichtung, wie es in Ergänzung der Darstellung gemäß Fig. 3 einge­ setzt werden kann. Die Überströmeinrichtung umfaßt einen mit einem Sicherheitsventil 48 versehenen Rücklauf 50 und ein in der Ansaugleitung 52 angeordnetes Rückschlagventil 54. Die Überströmeinrichtung verhindert eine Beschädigung der Pumpe und ermöglicht unabhängig von den Ein- und Aus­ laufzeiten der Membranpumpe die Aufrechterhaltung kon­ stanter Druck- und Strömungsverhältnisse, sogenannte Nullförderung, so daß zwischen Öffnen und Schließen eines Dosierventils eine vorberechenbare Flüssigkeitsmenge ge­ fördert werden kann.

Fig. 5 zeigt eine Darstellung der Dosierventile mit einem Ablauf. Dabei münden die Ausläufe der Dosierventile mit Gefälle in ein Ablaufrohr 56 ein und das Ablaufrohr 56 besitzt seinerseits ein Gefälle zum Mischgefäß. Gegenüber der Auslauföffnung 58 befindet sich ein Anschluß für ein steuerbares Belüftungsventil. Es besteht somit ein durch­ gehendes Gefälle in alle Richtungen.

Fig. 6 zeigt einen Längsschnitt durch ein Rohrventil. Dieses Rohrventil besteht aus einem Rohr 60 mit einer Einschnürung 62 und einem axial im Rohr beweglichen Ven­ tilkörper 64. Im geöffneten Zustand ist der Ventilkörper 64 von der Einschnürung 62 abgehoben, während er im ge­ schlossenen Zustand an der Einschnürung 62 anliegt und diese verschließt. Der Ventilkörper 64 ist an seiner Mantelfläche 66 längsgeschlitzt, so daß dort Flüssigkeit passieren kann. Zwei Magnetspulen 68, 70 an der Außen­ seite des Rohres 60 ermöglichen die Überführung des Ven­ tilkörpers 64 in die Offen- bzw. Schließstellung. Da der Auslauf 42 des Rohrventils unmittelbar hinter der Ein­ schnürung 62 liegt, läuft nach Schließen des Ventils nur ein Minimum an Restflüssigkeit aus.

Fig. 7 zeigt ein Flußdiagramm für eine automatische Meß­ bereichsumschaltung. Dadurch wird ermöglicht, kleine Ge­ wichtsanteile der Komponenten mit einer großen Meßauflö­ sung zu erfassen, wenn diese Komponenten in aufsteigender Reihenfolge ihrer Gewichtsanteile beginnend mit der Kom­ ponente des kleinsten Gewichtsanteils gefördert werden. Maßgeblich für die Meßbereichsumschaltung ist die Summe der Gewichte von Mischbehälter und schon zugeteilter Flüssigkeit zuzüglich des Sollgewichtsanteils noch zu er­ gänzender Flüssigkeit einer anderen Komponente. Dabei ist die Summe der Gewichte von Mischbehälter und schon zuge­ teilter Flüssigkeit mit Tara bezeichnet. Entsprechend der bei einem Prototyp festgelegten Grenzwerte erfolgt die Umschaltung der Meßbereiche bei 400 g, 800 g und 1600 g. Es stehen somit vier Meßbereiche zur Verfügung.

Schließlich zeigt Fig. 8 ein Flußdiagramm für die Zutei­ lung der Flüssigkeitskomponenten nach unterschiedlichen Dosiermethoden.

Bei einem Prototyp der Vorrichtung wurde bei einem Rest von zuzuteilender Flüssigkeitskomponente oberhalb 200 g eine Regelung und unterhalb von 200 g eine Steuerung der Dosiervorrichtungen vorgenommen. Dabei sind die Bereiche unter 200 g nochmals in drei unterschiedliche Arten der Steuerung unterteilt und bei Mengen über 200 g in unter­ schiedliche Arten der Regelung.

Unter der Annahme, daß eine Komponente mit mehr als 600 g Gewichtsanteil gefördert werden soll, wird eine Regelung genau bis zum Soll-Wert durchgeführt. Es wird dann mit maximaler Förderleistung gefördert und die Dosiervorrich­ tung abgeschaltet, sobald der Soll-Wert erreicht ist. Bei der Überprüfung der Gewichtszuwächse wird eine Wartezeit eingehalten, in der sich das Flüssigkeitsgemisch im Mischgefäß beruhigt hat. Dadurch werden Meßfehler durch schwankende Belastung der Wägezelle vermieden. Diese War­ tezeit wird generell eingehalten, ehe durch abschließen­ den Soll-Ist-Vergleich festgestellt wird, ob der Rest un­ ter einem Toleranzwert von hier 1 Prozent liegt.

Unter der Annahme einer zu fördernden Flüssigkeitsmenge zwischen 200 und 600 g wird ebenfalls eine Regelung der Dosiervorrichtung durchgeführt, jedoch wird die Dosier­ vorrichtung abgeschaltet, sobald die kontinuierliche Gewichtsmessung einen Ist-Wert von 10 g unter Soll ermit­ telt.

Bei der Förderung von Komponenten unter 200 g wird aus­ schließlich eine Steuerung der Dosiervorrichtung durchge­ führt und zwar wird anhand von Förderleistungen, die in Vorversuchen ermittelt wurden, die Dosiervorrichtung für eine vorausberechnete Zeit aktiviert, in der die Förde­ rung der gewünschten Flüssigkeitsmenge erwartet wird. Da Prototypen als Dosierpumpen nur einfache Membranpumpen eingesetzt werden, kann die tatsächlich geförderte Menge von der voraus berechneten Menge abweichen. Zur Sicher­ heit wird deshalb von der vorausberechneten Förderzeit noch eine Korrekturzeit abgezogen, so daß die berechnete Restmenge in den meisten Fällen nicht ganz erreicht wird, in keinem Fall aber zuviel gefördert wird.

Nun wird wieder nach einer Wartezeit von hier 15 Sekunden der Rest durch Differenzbildung von Soll- und Ist-Wert ermittelt und im Falle eines Restes von mehr als ein Pro­ zent erneut die Förderzeit berechnet, innerhalb der die benötigte Restmenge gefördert werden kann. Bei einer Restmenge unter 60 g wird die Dosierpumpe mit einer ge­ ringeren Spannung betrieben, so daß auch die Fördermenge geringer ist. Dadurch lassen sich kleine Mengen besser steuern, ohne daß Ventilverzögerungszeiten das Ergebnis merklich beeinträchtigen. Die beiden Fälle mit einem Rest zwischen 11 g und 60 g und 1% und 11 g unterscheiden sich nur noch dadurch, daß bei gleicher Förderleistung der Dosierpumpen die Korrekturzeiten unterschiedlich ein­ gestellt sind und zwar ist bei einem Rest zwischen 1% und 11 g die Korrekturzeit größer als bei einem Rest zwi­ schen 11 g und 60 g.

Die Zuteilung der erforderlichen Flüssigkeitsmengen kann also in gestaffelter Abfolge nach mehreren Dosiermethoden erfolgen, die programmgesteuert vollautomatisch gewählt und durchgeführt werden. Soweit der Soll-Wert erreicht ist, wird die Abfüllung beendet, sonst folgt eine weitere Zuteilung der noch fehlenden Menge. In der Regel erfolgt die Zuteilung einer Flüssigkeit in zwei Stufen. Zunächst wird mit hoher Förderleistung der Soll-Wert abzüglich eines definierten Restes von weniger als 10 g angefahren. Dieser Rest wird dann mit der Dosiermethode "Steuerung sehr fein" in einer zweiten Zuteilung nachgefüllt. Auf diese Weise können kleine und große Mengen mit derselben absoluten Genauigkeit von etwa plus/minus 1 g dosiert werden. Dabei sind die Zuteilungszeiten in der Regel kleiner als eine Minute. Bei sehr großen Mengen ist unter Berücksichtigung der Zuteilungsgenauigkeit keine so feine Dosierung erforderlich, so daß in diesem Fall auch auf ein Nachfüllen verzichtet werden kann. Hier steht der Zeitvorteil im Vordergrund.

Claims (17)

1. Verfahren zum Herstellen eines Flüssigkeitsgemisches aus wenigstens zwei unterschiedlichen Komponenten mit wählbarem Verhältnis der Komponenten und wählbarer Ge­ samtmenge, dadurch gekennzeichnet, daß aus der jeweils gewählten Gesamtmenge und dem jeweils gewählten Verhält­ nis oder der Konzentration der Komponenten zuerst die Gewichtsanteile der Komponenten automatisch berechnet werden und daß dann zeitlich nacheinander die Komponenten in einen gemeinsamen Mischbehälter gepumpt werden, indem mit einer der Komponenten begonnen wird, der Gewichtszu­ wachs des Mischbehälters gemessen und mit dem errechneten Gewichtsanteil dieser Komponente verglichen wird und diese Komponente solange zugeführt wird, bis der ihrem Gewichtsanteil entsprechende Gewichtszuwachs erreicht ist, und anschließend die übrigen Komponenten in gleicher Weise bis zum Erreichen ihres jeweiligen Gewichtsanteils zugeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenfolge, in der die Komponenten zugeführt werden, beginnend mit der Komponente des kleinsten Gewichtsanteils ansteigt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Komponenten, deren Gewichtsanteil ober­ halb eines zuvor ermittelten, für eine zulässige Ge­ wichtstoleranz maßgeblichen Grenzwertes liegt, geregelt zugeführt werden, indem bei kontinuierlicher Förderung der Gewichtszuwachs stetig gemessen, mit dem berechneten Gewichtsanteil als Sollwert fortlaufend verglichen, und die Förderung beendet wird, sobald der berechnete Ge­ wichtsanteil abzüglich eines zwischen Null und einer gerätespezifischen Nachlaufmenge liegenden Korrekturwer­ tes erreicht ist, und daß die Komponenten, deren Ge­ wichtsanteil oder Restgewichtsanteil unterhalb des zuvor ermittelten Grenzwertes liegt, gesteuert zugeführt wer­ den, indem für die Dauer einer aus dem Gewichtsanteil vorausberechneten Förderzeit abzüglich einer zwischen null und einer gerätespezifischen Nachlaufmenge liegenden Korrekturzeit gefördert werden, dann im Anschluß an eine Wartezeit der Gewichtszuwachs gemessen wird, und daß bei Unterschreiten des berechneten Gewichtsanteils die Förde­ rung der Komponente auf der Grundlage des jeweils fehlen­ den Restgewichtsanteils solange wiederholt wird, bis der berechnete Gewichtsanteil innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches erreicht ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der geregelten und/oder der gesteuerten Zufuhr von Komponenten die Strömungsgeschwindigkeit und Korrek­ turzeit nach zuvor ermittelten Unterbereichen der Ge­ wichtsanteile oder Restgewichtsanteile gestaffelt ist, wobei für kleine Gewichtsanteile eine kleine Strömungsge­ schwindigkeit und/oder eine große Korrekturzeit gewählt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei der gesteuerten Zufuhr von Komponenten der Istwert des sich aus der vorausberechneten Förderzeit ergebenden Gewichtszuwachses mit dem Sollwert des Ge­ wichtszuwachses verglichen wird und eine Folge dieser Vergleichswerte gespeichert wird, und daß auf der Basis dieser Vergleichswerte die Förderzeit neu berechnet oder korrigiert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die geregelte und die gesteuerte Zufuhr von Komponenten sowie für unterschiedliche Strö­ mungsgeschwindigkeiten und Korrekturzeiten als wählbare Dosiermethoden spezifische Gewichtstoleranzen ermittelt und gespeichert werden und daß in Abhängigkeit einer vor­ gebbaren zulässigen Toleranz die diese Toleranz einhal­ tende Dosiermethode ausgewählt wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Berechnung der Gewichtsanteile der Komponenten aus der gewählten Gesamtmenge und dem jeweils gewählten Verhältnis der Kom­ ponenten ein Steuerrechner (10) mit einer Dateneingabe­ einrichtung (12) und einer Anzeigeeinrichtung (14) vor­ gesehen ist, wobei über die Eingabeeinrichtung (12) die spezifischen Gewichte der Komponenten, ihre Ausgangskon­ zentrationen, die Verhältnisse der Komponenten oder ihre Konzentrationen im Flüssigkeitsgemisch und die Gesamt­ menge eingebbar sind, und daß für jede Komponente eine vom Steuerrechner (10) ansteuerbare Dosiervorrichtung (16, 18), ein Mischbehälter (34) sowie eine gemeinsame, mit dem Steuerrechner (10) verbundene Wägevorrichtung (28) für den Mischbehälter (34) vorgesehen sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerrechner (10) zusätzlich einen Speicher umfaßt, in dem für unterschiedliche wählbare Dosiermetho­ den spezifische Gewichtstoleranzen gespeichert sind und daß über die Eingabeeinrichtung (12) Gewichtstoleranzen vorgebbar sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede Dosiervorrichtung (16; 18) eine Dosierpumpe oder eine Pumpe (20; 22) und ein Dosierventil (24; 26) umfaßt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Dosierpumpen oder Pumpen als selbstansau­ gende Pumpen (20; 22) ausgebildet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Dosierventile (24; 26) als Magnet­ ventile ausgebildet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die Dosierventile sowohl in Öffnungs- als auch in Schließstellung zwangsgesteuert sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Dosierventile als Rohrventile mit einem eine Einschnürung (62) aufweisenden Rohr (60) und einem axial im Rohr (60) beweglichen und die Einschnürung verschließbaren Ventilkörper (64) ausgebildet sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß die Dosierventile Überström­ vorrichtungen aufweisen.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß die Dosiervorrichtungen einen gemeinsamen Ablauf (40) besitzen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ablauf (40) ein Ablaufrohr (56) mit einer über dem Mischgefäß (34) mündenden Auslauföffnung (58) umfaßt, in das die Ausläufe (42, 44) der Dosierven­ tile (24, 26) einmünden und daß die Dosierventile (24, 26), deren Ausläufe (42, 44) und das Ablaufrohr (56) so geneigt angeordnet sind, daß sich ein durchgehendes Gefälle zur Auslauföffnung (58) ergibt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich­ net, daß auf der der Auslauföffnung (58) gegenüber lie­ genden Seite des Ablaufrohres (56) ein steuerbares Belüf­ tungsventil (46) angeschlossen ist, das nach Schließen der Dosierventile (24; 26) öffenbar ist.