DE202021004255U1

DE202021004255U1 - Differenzialdosierwaage für Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE202021004255U1
Application number: DE202021004255.5U
Authority: DE
Original assignee: Schenck Process Europe GmbH
Current assignee: Qlar Europe GmbH
Priority date: 2021-10-01
Filing date: 2021-10-01
Publication date: 2023-04-13
Anticipated expiration: 2031-10-02

Abstract

Differenzialdosierwaage (1) zur Dosierung von Flüssigkeit (2), mit einem Vorratsbehälter (3), in dem die zu dosierende Flüssigkeit (2) enthalten ist, einem Tauchbehälter (4), der mit dem Vorratsbehälter (3) zur Zuführung der zu dosierenden Flüssigkeit (2) aus dem Vorratsbehälter (3) in den Tauchbehälter (4) fluidisch verbunden ist und aus dem die zu dosierende Flüssigkeit (2) zur dosierten Entnahme der Flüssigkeit (2) abführbar ist, einem Tauchrohr (5), das zur dosierten Entnahme der zu dosierenden Flüssigkeit (2) aus dem Tauchbehälter (4) in den Tauchbehälter (4) eintaucht, und einer Dosierpumpe (6), mit der die zu dosierende Flüssigkeit (2) über das Tauchrohr (5) aus dem Tauchbehälter (4) ansaugbar und aus der Differenzialdosierwaage (1) abführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzialdosierwaage (1) baulich und/oder regelungstechnisch so ausgebildet ist, dass ein in dem Tauchbehälter (4) vorliegender Flüssigkeitsspiegel der zu dosierenden Flüssigkeit (2) auf einem konstanten vorbestimmten Füllstand (7) gehalten wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Differenzialdosierwaage zur Dosierung von Flüssigkeit, mit einem Vorratsbehälter, in dem die zu dosierende Flüssigkeit enthalten ist, einem Tauchbehälter, der mit dem Vorratsbehälter zur Zuführung der zu dosierenden Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter in den Tauchbehälter fluidisch verbunden ist und aus dem die zu dosierende Flüssigkeit zur dosierten Entnahme der Flüssigkeit abführbar ist, einem Tauchrohr, das zur dosierten Entnahme der zu dosierenden Flüssigkeit aus dem Tauchbehälter in den Tauchbehälter eintaucht, und einer Dosierpumpe, mit der die zu dosierende Flüssigkeit über das Tauchrohr aus dem Tauchbehälter ansaugbar und aus der Differenzialdosierwaage abführbar ist.
Eine solche Differenzialdosierwaage, die auf dem Prinzip der tauchrohrbasierten Flüssigkeitsentnahme aus einem verwogenen Behälter, hier dem Tauchbehälter, basiert, zeichnet sich gegenüber Wägesystemen, die ein flexibles Entkopplungselement verwenden, dadurch aus, dass sie eine gute Kraftentkopplung zwischen dem verwogenen Teil der Differenzialdosierwaage (hier dem Vorratsbehälter und dem Tauchbehälter) und dem nicht-verwogenen Teil der Differenzialdosierwaage (hier dem Tauchrohr und der Dosierpumpe) aufweist.
Aus dem Stand der Technik sind bereits solche Differenzialdosierwaagen zur Flüssigkeitsdosierung bekannt. Zum Beispiel offenbart die WO 2015/158764 A1 eine Differenzialdosierwaage zur Flüssigkeitsdosierung mit einem trichterförmigen Behälter für die zu dosierende Flüssigkeit, mit einer Dosierpumpe, mit einer an die Dosierpumpe angeschlossenen Leitung zur Entnahme der Flüssigkeit aus dem Behälter, mit einer mit dem Behälter verbundenen Wägezelle zum Bestimmen des Gewichts des Behälters und mit einer Regeleinrichtung, wobei das behälterseitige Ende der Leitung von oben in den Behälter geführt und im Abstand zum Behälter angeordnet ist.
Jedoch haben bekannte Differenzialdosierwaagen, die auf dem Prinzip der tauchrohrbasierten Flüssigkeitsentnahme aus einem verwogenen Behälter basieren, den Nachteil, dass das in den verwogenen Behälter eintauchende Tauchrohr eine Auftriebskraft besitzt, welche das Wägeergebnis verfälscht. Dieser auftriebskraftbedingte Fehler ist abhängig von der Dichte der Flüssigkeit sowie dem durch das Tauchrohr verdrängten Volumen. Da sich mit der Eintauchtiefe des Tauchrohrs das durch das Tauchrohr verdrängte Volumen ändert und die Eintauchtiefe des Tauchrohrs wiederum abhängig von dem sich durch die Flüssigkeitsentnahme ändernden Füllstand des verwogenen Behälters ist, verhält sich der auftriebskraftbedingte Fehler beispielsweise bei einem konstanten, etwa zylinderförmigen Behälterquerschnitt proportional zum Füllstand, bei einem sich stetig ändernden, etwa konischen Behälterquerschnitt zeitlich veränderlich und bei einem sich unstetig ändernden, etwa mit Einbauten wie Sonden oder Heizstäben versehenen Behälterquerschnitt sprunghaft. Insbesondere bei solchen Differenzialdosierwaagen mit geregelter Gewichtsabnahme sind die beschriebenen Effekte unerwünscht und müssen rechnerisch korrigiert werden, wozu Kenntnis über den genauen, zeitlich sich ändernden Füllstand sowie über den füllstandsabhängigen Behälterquerschnitt erforderlich ist. Ein weiterer Nachteil solcher bekannter Differenzialdosierwaagen besteht darin, dass das Tauchrohr ausreichend tief in dem Tauchbehälter positioniert sein muss, damit auch bei sinkendem Füllstand gewährleistet ist, dass Flüssigkeit weiter angesaugt werden kann. Mit zunehmender Eintauchtiefe steigt jedoch auch die Ansaughöhe der Dosierpumpe, so dass die Auswahl an Dosierpumpen, förderbaren Flüssigkeiten oder die maximale Behälterhöhe beschränkt ist. Zudem ändern sich die Druckverhältnisse auf der Saugseite der Dosierpumpe mit sich änderndem Füllstand, was wiederum zu einer Verschiebung des Arbeitspunktes auf der Pumpenkennlinie und somit zu einer Verschlechterung der Regelbarkeit der Regelstrecke führt.
Es ist also die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu verringern. Insbesondere soll eine Differenzialdosierwaage bereitgestellt werden, die eine gute wägetechnische Entkopplung aufweist, und deren Wägeergebnis präzise und einfach ermittelt werden kann.
Die Aufgabe wird durch eine Differenzialdosierwaage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgendend näher erläutert.
Somit wird die Aufgabe der Erfindung bei einer gattungsgemäßen Differenzialdosierwaage erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Differenzialdosierwaage baulich und/oder regelungstechnisch so ausgebildet ist, dass ein in dem Tauchbehälter vorliegender Flüssigkeitsspiegel der zu dosierenden Flüssigkeit auf einem konstanten vorbestimmten Füllstand gehalten wird.
Zum Ausgleich, der aus dem Tauchbehälter entnommenen zu dosierenden Flüssigkeit ist der Tauchbehälter über eine Verbindungsleitung mit dem Vorratsbehälter verbunden und wird aus diesem gespeist.
Der Vorratsbehälter, der Tauchbehälter und die darin enthaltene Flüssigkeit bilden ein geschlossenen, beispielsweise fest miteinander verbundenes System (verwogenes System), dessen Gewicht erfasst wird, um die Flüssigkeitsabnahme aus dem Tauchbehälter aus dem abnehmenden Gewicht des verwogenen Systems ermitteln zu können. Das Tauchrohr taucht in den Tauchbehälter/unter den Flüssigkeitsspiegel ein, so dass über das Tauchrohr die zu entnehmende Flüssigkeit mittels der mit dem Tauchrohr verbundenen Dosierpumpe angesaugt und einem nachfolgenden Prozess dosiert zugeführt werden kann. Dabei ist das Tauchrohr beabstandet zu der Behälterwand des Tauchbehälters angeordnet und taucht vorzugsweise von oben in den Tauchbehälter ein, so dass sich das Tauchrohr nicht an dem Tauchbehälter abstützt und kein Kraft(neben)schluss zwischen dem Tauchrohr und dem Tauchbehälter bzw. dem verwogenen System vorliegt. Das heißt, dass das Tauchrohr und die Dosierpumpe nicht Teil des verwogenen Systems sind und ihr Gewicht nicht erfasst wird. Erfindungsgemäß weist die Differenzialdosierwaage bauliche und/oder regelungstechnische Maßnahmen auf, die ausgebildet sind, um eine in dem Tauchbehälter vorliegende Flüssigkeitsmenge und somit den Füllstand der Flüssigkeit in dem Tauchbehälter unabhängig von der Flüssigkeitsentnahme/der Förderleistung der Dosierpumpe auf dem konstanten Niveau/vorbestimmten Füllstand zu halten. Das heißt, dass die Differenzialdosierwaage so ausgebildet ist, dass sich ihr Flüssigkeitsfüllstand in dem Tauchbehälter nicht ändert, auch wenn über das Tauchrohr Flüssigkeit aus dem Tauchbehälter abgeführt/angesaugt wird, bzw. dass eine Änderung des Flüssigkeitsfüllstands durch die baulichen und/oder regelungstechnischen Maßnahmen ausgeglichen wird.
Dies hat den Vorteil, dass durch das Konstant-Halten des Tauchbehälterfüllstands die mit einem sich verändernden Füllstand einhergehenden Nachteile vermieden werden können. Insbesondere ist es nicht mehr erforderlich die Behältergeometrie zu kennen, um daraus die Änderung der Auftriebskraft berechnen zu können, da die Auftriebskraft durch die konstante Eintauchtiefe des Tauchrohrs unverändert bleibt. Durch den konstanten Füllstand bleibt nicht nur die Auftriebskraft des Tauchrohrs während des Betriebs konstant, sondern auch der Arbeitspunkt der Dosierpumpe, so dass das System eine gute Regelbarkeit aufweist. Zudem kann durch den konstanten Füllstand eine geringere Eintauchtiefe für das Tauchrohr gewählt werden, was wiederum die Auftriebskraft des Tauchbehälters und den dadurch entstehenden Fehler entweder auf ein ggf. akzeptables Maß verringert oder den Aufwand für dessen rechnerische Kompensation minimiert. Die Justage des wägetechnischen Systems kann nach bekannter Methode mittels Prüfgewichten bei eingefüllter Flüssigkeit erfolgen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Differenzialdosierwaage ein in einer fluidischen Verbindung zwischen dem Vorratsbehälter und dem Tauchbehälter angeordnetes Schwimmerventil und einen in dem Tauchbehälter angeordneten Schwimmkörper aufweisen. Da solche Schwimmerventile und Schwimmkörper bereits aus anderen Anwendungen abseits der Differenzialdosierwaagen eingesetzt werden, ist es ohne großen Aufwand möglich, eine solche konstruktive Änderung an der Differenzialdosierwaage vorzunehmen. Dadurch, dass der Vorratsbehälter und der Tauchbehälter bereits über eine Verbindungsleitung/Fluidleitung verbunden sind, um Flüssigkeit in den Tauchbehälter zuführen/nachführen zu können, ist eine Integration einfach möglich.
Dabei kann das Schwimmerventil so durch den Schwimmkörper gesteuert sein, dass es die fluidische Verbindung bei Unterschreiten des vorbestimmten Füllstands öffnet und die fluidische Verbindung mit/bei Erreichen des vorbestimmten Füllstands trennt/schließt. Das heißt, dass die Zuführmenge über das Schwimmerventil und den Schwimmkörper in den Tauchbehälter so gesteuert wird, dass der vorbestimmte Füllstand in dem Tauchbehälter gewährleistet ist. Somit wird der Füllstand im Tauchbehälter durch ein technisch einfach aufgebautes Mittel konstant gehalten, wobei für das mechanisch arbeitende Schwimmerventil keine zusätzliche Stellenergie oder Regelung/Steuerung erforderlich ist. Mit anderen Worten begrenzt das Schwimmerventil den Minimalfüllstand auf den vorbestimmten Füllstand.
Gemäß einer Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform kann der Tauchbehälter in Schwerkraftrichtung unterhalb des Vorratsbehälters angeordnet sein, so dass die zu dosierende Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter in den Tauchbehälter schwerkraftbedingt zuführbar ist. Das heißt, dass keine separate Pumpe erforderlich ist, um die Flüssigkeit aus dem (erheblich größeren) Vorratsbehälter in den Tauchbehälter zu führen, sondern es ausreichend ist, die fluidische Verbindung zwischen dem Vorratsbehälter und dem Tauchbehälter zu öffnen.
Gemäß einer Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform kann, die über das Schwimmerventil in den Tauchbehälter bestimmte fluidische Verbindung eine schwerkraftbedingte Förderleistung aufweist, die höher als eine Förderleistung der Dosierpumpe ist. Das heißt, dass durch das Öffnen des Schwimmerventils zumindest so viel Flüssigkeit pro Zeit zuführbar ist, wie über die Dosierpumpe aus dem Tauchbehälter entnommen wird. Dadurch wird sichergestellt, dass die Zuflussmenge der Abflussmenge entspricht und es nicht zu einem verzögerten Ausgleich des Füllstands kommt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Differenzialdosierwaage einen mit dem Tauchbehälter fluidisch verbundenen Überlauf aufweisen. Der Überlauf kann so ausgebildet sein, dass die zu dosierende Flüssigkeit bei Überschreiten des vorbestimmten Füllstands über den Überlauf aus dem Tauchbehälter abläuft. Das allgemeine Vorsehen eines Überlaufs ist eine bekannte Ausbildung, die das unkontrollierte Überlaufen des Tauchbehälters verhindert. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Überlauf dabei derart ausgebildet, dass durch den Überlauf dafür gesorgt wird, dass der Füllstand nicht über den vorbestimmten Füllstand hinausgeht. Somit kann, wenn dem Tauchbehälter permanent mehr Flüssigkeit zugeführt wird als aus ihm abgeführt wird, der Füllstand zu jedem Zeitpunkt auf dem vorbestimmten Füllstand gehalten werden. Mit anderen Worten begrenzt der Überlauf den Maximalfüllstand auf den vorbestimmten Füllstand. Zudem ist die Differenzialdosierwaage so ausgebildet, dass zu jedem Zeitpunkt zumindest so viel Flüssigkeit in den Tauchbehälter zugeführt wird, wie über den Überlauf abläuft.
Gemäß einer Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform kann die Differenzialdosierwaage einen Überlaufbehälter aufweisen, mit dem der Überlauf zum Auffangen der über den vorbestimmten Füllstand ablaufenden Flüssigkeit fluidisch verbunden ist. Dies hat den Vorteil, dass die übergelaufene Flüssigkeit aufgefangen wird und dem Tauchbehälter erneut zugeführt werden kann.
Insbesondere kann der Tauchbehälter in Schwerkraftrichtung oberhalb des Überlaufbehälters angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass die Flüssigkeit ohne Verwendung einer Pumpe oder dergleichen schwerkraftbedingt aus dem Tauchbehälter in den Überlaufbehälter strömt.
Gemäß einer Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform kann die Differenzialdosierwaage eine Überlaufpumpe aufweisen, mit der die zu dosierende Flüssigkeit aus dem Überlaufbehälter ansaugbar und dem Tauchbehälter zuführbar ist. Somit kann die übergelaufene Flüssigkeit dem Tauchbehälter erneut zugeführt werden. Alternativ kann die Flüssigkeit aus dem Überlaufbehälter angesaugt und dem Vorratsbehälter wieder zugeführt werden, von dem aus sie wiederum in den Tauchbehälter geführt wird. Entscheidend ist, dass der Überlaufbehälter Teil des verwogenen Systems ist und die Flüssigkeit dem Tauchbehälter (direkt oder über den Vorratsbehälter) zuführbar ist. Somit dient die Überlaufpumpe dazu, um die Flüssigkeit von dem Überlaufbehälter entgegen der Schwerkraft auf ein höheres Niveau zu fördern, um dem Tauchbehälter die Flüssigkeit zuzuführen.
Dabei kann die Überlaufpumpe vorzugsweise eine höhere Förderleistung als die Dosierpumpe aufweist bzw. mit einer höheren Förderleistung betrieben werden. Das heißt, dass dem Tauchbehälter permanent eine größere Flüssigkeitsmenge zugeführt wird, als aus ihm abgeführt wird, wobei das Delta zwischen den Zu- bzw. Abflussmengen über den Überlauf abgegeben wird.
Gemäß einer Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform kann der Überlaufbehälter durch den Vorratsbehälter gebildet sein. Das heißt, dass der Vorratsbehälter in Schwerkraftrichtung unterhalb des Tauchbehälters angeordnet ist und die Zuführung der Flüssigkeit in den Tauchbehälter über die Überlaufpumpe erfolgt.
Somit sind nur zwei Behälter erforderlich, wenn der Vorratsbehälter gleichzeitig als Überlaufbehälter dient. Aus Bauraumgründen kann es jedoch erforderlich sein, einen separaten Überlaufbehälter vorzusehen, so dass der Vorratsbehälter über dem Tauchbehälter und dem Überlaufbehälter angeordnet wird und zur Zuführung in den Tauchbehälter dient und dass der Überlaufbehälter unter dem Tauchbehälter angeordnet ist, zum Auffangen der übergelaufenen Flüssigkeit dient und die aufgefangene Flüssigkeit entweder dem Tauchbehälter direkt oder dem Vorratsbehälter wieder zugeführt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Differenzialdosierwaage ein in einer fluidischen Verbindung zwischen dem Vorratsbehälter und dem Tauchbehälter angeordnetes Steuerventil aufweisen, das so gesteuert und/oder geregelt ist, dass es eine Flüssigkeitsmenge aus dem Vorratsbehälter in den Tauchbehälter zuführt, die einer über das Tauchrohr aus der Differenzialdosierwaage abgeführten Flüssigkeitsmenge entspricht. Das heißt, dass der Füllstand auch durch regelungstechnische Maßnahmen konstant gehalten werden kann, indem zu jedem Zeitpunkt eine exakt so große Flüssigkeitsmenge in den Tauchbehälter zugeführt wird wie aus dem Tauchbehälter abgeführt wird. Dadurch, dass das Gewicht der Flüssigkeitsabnahme bereits erfasst wird, kann die Steuerung/Regelung des Steuerventils auf einfache Weise zusätzlich implementiert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Tauchrohr eine Ansaugöffnung zum Ansaugen der zu dosierenden Flüssigkeit aus dem Tauchbehälter aufweisen. Das Tauchrohr kann vorzugsweise so in dem Tauchbehälter angeordnet sein, dass die Ansaugöffnung mit einer Eintauchtiefe unterhalb des vorbestimmten Füllstands in die Flüssigkeit eintaucht, die zwischen dem 1- bis 10-fachen des Tauchrohrdurchmessers liegt. Das heißt, dass die Eintauchtiefe so gering wie möglich sein sollte, um den mit zunehmender Eintauchtiefe steigenden Auftrieb und die mit zunehmender Eintauchtiefe steigende zu überwindende Ansaughöhe zu minimieren, um den dadurch entstehenden Fehler gering zu halten. Auch sollte eine Wandstärke des Tauchrohrs so gering wie möglich sein, um den mit zunehmender Wandstärke steigenden Auftrieb und den dadurch entstehenden Fehler zu minimieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Differenzialdosierwaage eine Wägeeinrichtung aufweisen, die ausgelegt ist, um das Gewicht eines (fest miteinander verbundenen) Systems aus dem Vorratsbehälter, dem Tauchbehälter und der darin enthaltenen, zu dosierenden Flüssigkeit (d.h. ohne Pumpe und Tauchrohr) zu erfassen. Aus der Gewichtsabnahme kann dann gravimetrisch die Menge der Flüssigkeit, die über die Dosierpumpe abgeführt wurde, ermittelt werden. So lässt sich die Fördermenge besonders präzise bestimmten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Differenzialdosierwaage eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung aufweisen, die ausgelegt ist, um die Dosierpumpe in Abhängigkeit des durch die Wägeeinrichtung erfassten Gewichts des Systems und in Abhängigkeit einer Steuergröße für eine über das Tauchrohr aus der Differenzialdosierwaage abzuführende Menge der Flüssigkeit zu steuern und/oder zu regeln. Dadurch kann die Fördermenge besonders genau dosiert einem nachfolgenden Prozess zugeführt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können/kann der Tauchbehälter und/oder der Vorratsbehälter eine sich nach unten (d.h. in Schwerkraftrichtung) verjüngende, beispielsweise konische Querschnittsform aufweisen, um die Restentleerbarkeit zu verbessern.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Differenzialdosierwaage, bei der kombiniert die bekannte wägetechnische Entkopplung mittels Tauchrohr mit einer Vorrichtung, die eine geringe, konstante Eintauchtiefe in die Flüssigkeit sicherstellt, kombiniert werden. Somit werden die Nachteile eines Entkopplungselements (wie ein geringer Kraftnebenschluss, eine gute chemische-, thermische- und Druckbeständigkeit, eine elektrostatische Ableitfähigkeit, eine geringe Wärmeausdehnung und eine einfache, reproduzierbare Montierbarkeit) vermieden. Zudem werden erfindungsgemäß der Nachteil des Tauchrohrs, dass die durch das Tauchrohr verdrängte Flüssigkeitsmenge einen rechnerisch zu kompensierenden Wiegefehler erzeugt, der von der Mediendichte, der Rohrgeometrie und dem Behälterfüllstand abhängig ist, und der Nachteil des Tauchrohrs, dass die Länge des Tauchrohres wesentlich durch die Behälterhöhe bestimmt wird und mit größeren Behälterhöhen die erforderliche Ansaughöhe der Pumpe steigt, wodurch die Auswahl an dosierbaren Fördermedien/Flüssigkeiten und Pumpentypen eingeschränkt wird, vermieden. Dies wird dadurch erreicht, dass eine konstante Eintauchtiefe des Tauchrohr aufrechterhalten werden kann, indem der Füllstand in dem Tauchbehälter, unabhängig von der Menge der abgeführten Flüssigkeit, auf dem vorbestimmten Füllstand gehalten wird. Bevorzugt ist dabei ein Schwimmerventil vorgesehen, welches den Füllstand im Tauchbehälter konstant hält. Eine andere bevorzugte Lösung sieht einen Tauchbehälter vor, dessen Füllstand durch einen Überlauf konstant gehalten wird. Dabei ist es erforderlich, das übergelaufene Medium mittels einer Überlaufpumpe wieder auf ein höhergelegenes Niveau zu fördern, um es erneut dem Tauchbehälter zuführen zu können.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Differenzialdosierwaage,
2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Differenzialdosierwaage,
3 eine schematische Darstellung der ersten Ausführungsform der Differenzialdosierwaage mit einer Regeleinrichtung, und
4 bis 6 verschiedene schematische Darstellungen eines Tauchbehälters und eines Tauchrohrs der Differenzialdosierwaage zum Verständnis der Erfindung.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Merkmale unterschiedlicher Ausführungsformen können erfindungsgemäß miteinander kombiniert werden.
1 bis 3 zeigen schematische Ansichten einer erfindungsgemäßen Differenzialdosierwaage 1. Die Differenzialdosierwaage 1 dient zur Dosierung von Flüssigkeit 2. Die Differenzialdosierwaage 1 weist einen Vorratsbehälter 3, in dem die zu dosierende Flüssigkeit 2 enthalten ist, und einen Tauchbehälter 4 auf, der mit dem Vorratsbehälter 3 zur Zuführung der zu dosierenden Flüssigkeit 2 aus dem Vorratsbehälter 3 in den Tauchbehälter 4 fluidisch verbunden ist und aus dem die zu dosierende Flüssigkeit 2 zur dosierten Entnahme der Flüssigkeit 2 abführbar ist. Zudem weist die Differenzialdosierwaage 1 ein Tauchrohr 5 auf, das zur dosierten Entnahme der zu dosierenden Flüssigkeit 2 aus dem Tauchbehälter 4 in den Tauchbehälter 4 eintaucht. Dabei taucht das Tauchrohr 5 so in den Tauchbehälter 4 ein, dass kein Kraftnebenschluss entsteht und das Tauchrohr nicht über den Tauchbehälter 4 abgestützt wird. Insbesondere ist das Tauchrohr 5 beabstandet zu einer Behälterwandung des Tauchbehälters 4 angeordnet. Ferner weist die Differenzialdosierwaage 1 eine Dosierpumpe 6 auf, mit der die zu dosierende Flüssigkeit 2 über das Tauchrohr 5 aus dem Tauchbehälter 4 ansaugbar und aus der Differenzialdosierwaage 1 (für einen nachfolgenden Prozess) abführbar ist.
Erfindungsgemäß ist die Differenzialdosierwaage 1 baulich und/oder regelungstechnisch so ausgebildet ist, dass ein in dem Tauchbehälter 4 vorliegender Flüssigkeitsspiegel der zu dosierenden Flüssigkeit 2 auf einem konstanten vorbestimmten Füllstand 7 gehalten wird.
In den dargestellten Ausführungsformen ist der Vorratsbehälter 3 über eine Verbindungsleitung/Fluidleitung 8 mit dem Tauchbehälter 4 verbunden, und das Tauchrohr 5 bzw. die Dosierpumpe 6 über eine Abführleitung 9 mit dem nachfolgenden Prozess verbunden. Der Vorratsbehälter 3, der Tauchbehälter 4 und die Verbindungsleitung 8 sind Teil eines verwogenen Systems, während das Tauchrohr 5, die Dosierpumpe 6 und die Abführleitung 9 nicht Teil des verwogenen Systems sind, sondern separat abgestützt sind. Zudem kann in der Verbindungsleitung 8 ein Wartungsventil 10 angeordnet sein, über das eine fluidische Verbindung zwischen dem Vorratsbehälter 3 und dem Tauchbehälter 4 zur Wartung sperrbar/trennbar ist.
In der ersten, in 1 dargestellten Ausführungsform wird das Konstant-Halten des vorbestimmten Füllstands 7 dadurch realisiert, dass in der Verbindungsleitung 8 ein Schwimmerventil 11 angeordnet ist und in dem Tauchbehälter 4 ein Schwimmkörper 12 angeordnet ist. Dabei ist das Schwimmerventil 11 so durch den Schwimmkörper 12 gesteuert, dass es die fluidische Verbindung bei Unterschreiten des vorbestimmten Füllstands 7 öffnet und die fluidische Verbindung bei Erreichen des vorbestimmten Füllstands 7 trennt.
In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist der Tauchbehälter 4 in Schwerkraftrichtung unterhalb des Vorratsbehälters 3 angeordnet ist, so dass die zu dosierende Flüssigkeit 2 aus dem Vorratsbehälter 3 in den Tauchbehälter 4 schwerkraftbedingt zuführbar ist. Dabei kann die über das Schwimmerventil 11 in den Tauchbehälter 4 realisierbare, schwerkraftbedingte Förderleistung vorzugsweise höher als eine Förderleistung der Dosierpumpe 6 sein, um ausreichendes Nachfüllen gewährleisten zu können.
Zudem kann der Tauchbehälter 4 ein Entleerventil 13, durch dessen Öffnung die Flüssigkeit 2 zur vollständigen Entleerung des Tauchbehälters 4 abführbar ist, und/oder einen Überlauf 15 aufweisen, durch den die Flüssigkeit 2 aus dem Tauchbehälter 4 bei Überschreiten eines Überlauffüllstands ablaufen kann.
Zudem weist die Differenzialdosierwaage 1 eine Wägeeinrichtung 14 auf, die ausgelegt ist, um das Gewicht des verwogenen Systems, d.h. in 1 des Vorratsbehälters 3, des Tauchbehälters 4, der Verbindungsleitung 8, des Schwimmerventils 11, des Schwimmkörpers 12, des Entleerventils 13, des Überlaufs 15 und der in dem Vorratsbehälter 3, der Verbindungsleitung 8 und dem Tauchbehälter 4 enthaltenen Flüssigkeit 2 zu erfassen. Vorzugsweise kann daraus gravimetrisch die Menge der über die Dosierpumpe 6 abgeführten Flüssigkeit 2 ermittelt werden.
In der ersten, in 1 dargestellten Ausführungsform wird das Konstant-Halten des vorbestimmten Füllstands 7 dadurch realisiert, dass die Differenzialdosierwaage 1 den mit dem Tauchbehälter 4 fluidisch verbundenen Überlauf 15 aufweist, der so ausgebildet ist, dass die zu dosierende Flüssigkeit 2 bei Überschreiten des vorbestimmten Füllstands 7 über den Überlauf 15 aus dem Tauchbehälter 4 abläuft. Zudem ist die Differenzialdosierwaage 1 so ausgebildet, dass zu jedem Zeitpunkt zumindest so viel Flüssigkeit 2 in den Tauchbehälter 4 zugeführt wird, wie über den Überlauf 15 abläuft.
Zudem kann die Differenzialdosierwaage 1 vorzugsweise einen Überlaufbehälter, der in der in 2 dargestellten Ausführungsform durch den Vorratsbehälter 3 gebildet ist, mit dem der Überlauf 15 zum Auffangen der über den vorbestimmten Füllstand 7 ablaufenden Flüssigkeit 2 fluidisch verbunden ist. Dabei kann der Tauchbehälter 4 vorzugsweise in Schwerkraftrichtung oberhalb des Überlaufbehälters 3 angeordnet sein. Insbesondere kann die Differenzialdosierwaage 1 eine Überlaufpumpe 16 aufweisen, mit der die zu dosierende Flüssigkeit 2 aus dem Überlaufbehälter 16 ansaugbar und dem Tauchbehälter 4 zuführbar ist, wobei die Überlaufpumpe 16 eine höhere Förderleistung als die Dosierpumpe 6 aufweist. So kann sichergestellt werden, dass zu jedem Zeitpunkt zumindest so viel Flüssigkeit 2 in den Tauchbehälter 4 zuführbar ist, wie über den Überlauf 15 abläuft
Alternativ oder zusätzlich kann die Differenzialdosierwaage 1, auch wenn es in den Figuren nicht dargestellt ist, ein in einer fluidischen Verbindung zwischen dem Vorratsbehälter 3 und dem Tauchbehälter 4 angeordnetes Steuerventil aufweisen, das so gesteuert und/oder geregelt ist, dass es eine Flüssigkeitsmenge aus dem Vorratsbehälter 3 in den Tauchbehälter 4 zuführt, die einer über das Tauchrohr 5 aus der Differenzialdosierwaage 1 abgeführten Flüssigkeitsmenge entspricht.
In 3 ist dargestellt, dass die Differenzialdosierwaage 1 eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 17 aufweist, die ausgelegt ist, um die Dosierpumpe 6 in Abhängigkeit des durch die Wägeeinrichtung 14 erfassten Gewichts des Systems und in Abhängigkeit einer Steuergröße für eine über das Tauchrohr 5 aus der Differenzialdosierwaage 1 abzuführende Menge der Flüssigkeit 2 zu steuern und/oder zu regeln. Somit kann eine gewünschte Dosiermenge an Flüssigkeit 2 dem nachfolgenden Prozess zugeführt werden.
In 4 bis 6 ist, überspitzt dargestellt, zu erkennen, dass sich der Füllstand in dem Tauchbehälter 4, insbesondere bei einer große Entnahmemenge durch das Tauchrohr 5, auch nicht linear verändern kann und ein Böschungswinkel β ausgebildet werden kann. Um zu vermeiden, dass die Ausbildung eines solchen Böschungswinkels β sich auf die Auftriebskraft des Tauchrohrs 5 auswirkt, kann das Tauchrohr 5 wie in 5 dargestellt abgewinkelt ausgebildet sein. Dadurch ist eine Ansaugöffnung 18 des Tauchrohrs 5 zu einem Eintauchabschnitt des Tauchrohrs 5 beabstandet angeordnet, so dass sich selbst bei Ausbildung des Böschungswinkels β die Auftriebskraft des Tauchrohrs 5 nicht ändert, da der gleiche Teil des Tauchrohrs 5 von Flüssigkeit bedeckt bleibt. Durch die erfindungsgemäße Lösung (vgl. 6) wird jedoch der Füllstand auf dem vorbestimmten Füllstand 7 konstant gehalten, so dass eine gerade Ausbildung des Tauchrohrs 5 geeignet ist. Dabei sollte das Tauchrohr 5 eine Eintauchtiefe 19 aufweisen, die möglichst klein ist, bei der aber gleichzeitig verhindert wird, dass sich Turbulenzen an der Oberfläche der Flüssigkeit 2 auf das Ansaugverhalten an der Ansaugöffnung 18 auswirken. Somit hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Eintauchtiefe 19 des Tauchrohrs 5 dem 1- bis 10-fachen eines Tauchrohrdurchmessers 20 entspricht.
Bezugszeichenliste

1: Differenzialdosierwaage
2: Flüssigkeit
3: Vorratsbehälter
4: Tauchbehälter
5: Tauchrohr
6: Dosierpumpe
7: vorbestimmter Füllstand
8: Verbindungsleitung
9: Abführleitung
10: Wartungsventil
11: Schwimmerventil
12: Schwimmerkörper
13: Entleerventil
14: Wägeeinrichtung
15: Überlauf
16: Überlaufpumpe
17: Regeleinrichtung
18: Ansaugöffnung
19: Eintauchtiefe
20: Tauchrohrdurchmesser

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2015/158764 A1 [0003]

Claims

Differenzialdosierwaage (1) zur Dosierung von Flüssigkeit (2), mit einem Vorratsbehälter (3), in dem die zu dosierende Flüssigkeit (2) enthalten ist, einem Tauchbehälter (4), der mit dem Vorratsbehälter (3) zur Zuführung der zu dosierenden Flüssigkeit (2) aus dem Vorratsbehälter (3) in den Tauchbehälter (4) fluidisch verbunden ist und aus dem die zu dosierende Flüssigkeit (2) zur dosierten Entnahme der Flüssigkeit (2) abführbar ist, einem Tauchrohr (5), das zur dosierten Entnahme der zu dosierenden Flüssigkeit (2) aus dem Tauchbehälter (4) in den Tauchbehälter (4) eintaucht, und einer Dosierpumpe (6), mit der die zu dosierende Flüssigkeit (2) über das Tauchrohr (5) aus dem Tauchbehälter (4) ansaugbar und aus der Differenzialdosierwaage (1) abführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzialdosierwaage (1) baulich und/oder regelungstechnisch so ausgebildet ist, dass ein in dem Tauchbehälter (4) vorliegender Flüssigkeitsspiegel der zu dosierenden Flüssigkeit (2) auf einem konstanten vorbestimmten Füllstand (7) gehalten wird.
Differenzialdosierwaage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzialdosierwaage (1) ein in einer fluidischen Verbindung zwischen dem Vorratsbehälter (3) und dem Tauchbehälter (4) angeordnetes Schwimmerventil (11) und einen in dem Tauchbehälter (4) angeordneten Schwimmkörper (12) aufweist, wobei das Schwimmerventil (11) so durch den Schwimmkörper (12) gesteuert ist, dass es die fluidische Verbindung bei Unterschreiten des vorbestimmten Füllstands (7) öffnet und die fluidische Verbindung bei Erreichen des vorbestimmten Füllstands (7) trennt.
Differenzialdosierwaage (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Tauchbehälter (4) in Schwerkraftrichtung unterhalb des Vorratsbehälters (3) angeordnet ist, so dass die zu dosierende Flüssigkeit (2) aus dem Vorratsbehälter (3) in den Tauchbehälter (4) schwerkraftbedingt zuführbar ist.
Differenzialdosierwaage (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die über das Schwimmerventil (11) in den Tauchbehälter (4) bestimmte fluidische Verbindung eine schwerkraftbedingte Förderleistung aufweist, die höher als eine Förderleistung der Dosierpumpe (6) ist.
Differenzialdosierwaage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzialdosierwaage (1) einen mit dem Tauchbehälter (4) fluidisch verbundenen Überlauf (15) aufweist, der so ausgebildet ist, dass die zu dosierende Flüssigkeit (2) bei Überschreiten des vorbestimmten Füllstands (7) über den Überlauf (15) aus dem Tauchbehälter (4) abläuft.
Differenzialdosierwaage (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzialdosierwaage (1) einen Überlaufbehälter (3) aufweist, mit dem der Überlauf (15) zum Auffangen der über den vorbestimmten Füllstand (7) ablaufenden Flüssigkeit (2) fluidisch verbunden ist, wobei der Tauchbehälter (4) in Schwerkraftrichtung oberhalb des Überlaufbehälters (3) angeordnet ist.
Differenzialdosierwaage (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzialdosierwaage (1) eine Überlaufpumpe (16) aufweist, mit der die zu dosierende Flüssigkeit (2) aus dem Überlaufbehälter (16) ansaugbar und dem Tauchbehälter (4) zuführbar ist, wobei die Überlaufpumpe (16) eine höhere Förderleistung als die Dosierpumpe (6) aufweist.
Differenzialdosierwaage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzialdosierwaage (1) ein in einer fluidischen Verbindung zwischen dem Vorratsbehälter (3) und dem Tauchbehälter (4) angeordnetes Steuerventil aufweist, das so gesteuert und/oder geregelt ist, dass es eine Flüssigkeitsmenge aus dem Vorratsbehälter (3) in den Tauchbehälter (4) zuführt, die einer über das Tauchrohr (5) aus der Differenzialdosierwaage (1) abgeführten Flüssigkeitsmenge entspricht.
Differenzialdosierwaage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Tauchrohr (5) eine Ansaugöffnung (18) zum Ansaugen der zu dosierenden Flüssigkeit (2) aus dem Tauchbehälter (4) aufweist, die so angeordnet ist, dass sie mit einer Eintauchtiefe (19) unterhalb des vorbestimmten Füllstands (7) in die Flüssigkeit (2) eintaucht, die zwischen dem 1- bis 10-fachen eines Tauchrohrdurchmessers (20) liegt.
Differenzialdosierwaage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzialdosierwaage (1) eine Wägeeinrichtung (14) aufweist, die ausgelegt ist, um das Gewicht eines verwogenen Systems aus dem Vorratsbehälter (3), dem Tauchbehälter (4) und der darin enthaltenen, zu dosierenden Flüssigkeit (2) zu erfassen, wobei die Differenzialdosierwaage (1) eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung (17) aufweist, die ausgelegt ist, um die Dosierpumpe (6) in Abhängigkeit des durch die Wägeeinrichtung (14) erfassten Gewichts des Systems und in Abhängigkeit einer Steuergröße für eine über das Tauchrohr (5) aus der Differenzialdosierwaage (1) abzuführende Menge der Flüssigkeit (2) zu steuern und/oder zu regeln.