Wasserdosierer für 200-800l Wasser bei unterschiedlichen Temperaturen

  • Guten Tag,

    ich plane gerade ein Projekt welches in der Firma in der ich arbeite die Befüllung der Kessel mit Wasser übernhemen soll.

    Hier die Anforderungen:

    -möglichst genau ( 2-3l Abweichung bei einer Menge von 800l währe akzeptabel aber nur 1 l deutlich besser)

    -Wassertemperaur von ~12°C-65°C

    -leicht zu bedienen

    -automatisch abschalten wenn Wassermenge erreicht ist

    -200-800l

    -+50l/min

    Und hier der Plan wie ich mir das ganze vorstelle:

    zu Beginn kommt ein T-Stück zum Einsatz in den ein Temperaturfühler [Anzeige] eingesetzt wird.

    Gefolgt von einem Magnetventil [Anzeige] (normal geschlossen)

    und danach noch ein Durchflusssensor [Anzeige] (Hall) (Vllt auch dieser [Anzeige])

    Das ganze wird an die normale Hauswasserleitung oder eine Entsalzungskartusche angeschlossen. Läuft also alles über normalen Wasserdruck.

    Ich hätte gerne, dass die Temperatur des Wassers bestimmt wird um die richtige Dichte zu ermitteln und so die Genauigkeit zu erhöhen. Und da das Wasser schon eingeleitet wird bevor sie Solltemperatur erreicht ist muss er die Wassermenge auch 'live'(?) berechnen. Ich kann nicht vorher einstellen das er bei XY Impulsen stopt sondern das er die Impulse je nach Temperatur berechnet.

    Dazu kommt das die Durchflussgeschwindigkeit nicht immer die selbe ist. Der Durchfluss bei der Entsalzungspatrone ist deutlich geringer als an der normalen Leitung und es gibt auch einige Produkte die nur mit langsam zulaufendem Wasser produziert werden können. (Jetzt wo ich es schreibe fällt mir auf das es eventuell auch nett wäre den Durchlauf vom Wasser einstellen zu können)

    Die Wassermenge über das Gewicht zu bestimmen ist leider nicht möglich da bei vielen Produkten das Wasser unter Rühren zugegeben wird.

    Das ganze würde ich gerne über einen PI Zero W und Handy/Tablet steuern.

    Fällt hier jemanden eine Software ein die einigermaßen dicht an den Plan ran kommt?

    Und für den restlichen Plan sind selbstverständlich auch gerne Verbesserungsvorschläge gesehen :)

    Und noch eine Kleinigkeit die meine Motivation für das Projekt geweckt hat:

    Aktuell wird das ganze von einer normalen Wasseruhr abgelesen und die Jungens müssen immer wieder Ihre Arbeit unterbrechen um auf der Uhr zu gucken ob die richtige Menge schon erreicht ist. Wenn sie zusätzlich noch im Stress sind kommt es natürlich auch immer mal wieder vor das zu viel Wasser im Kessel landet bis dazu das sie ihren Arbeitsplatz überfluten :wallbash: . Daher hoffe ich das ich hier etwas Hilfe bekommen kan um dieses Treiben zu beenden :helpnew:

    Einmal editiert, zuletzt von Elivianta (15. April 2021 um 14:12)

  • Wasserdosierer für 200-800l Wasser bei unterschiedlichen Temperaturen? Schau mal ob du hier fündig wirst!

  • Hallo Elivianta,

    Wenn ich das richtig sehe, möchtest Du eine Genauigkeit von ca. 0,1% erreichen und das bei einer Geschwindigkeit von 1 l/s ...

    Was darf das Ganze denn kosten ?

    Schon die Abweichung durch die Temperaturen liegt volumetrisch bei 2%. Dazu kommt noch die Unkalkulierbarkeit der Gaseinschlüsse. Ich würde das gravimetrisch machen, vielleicht mit einem Swing (Swing gravimetrischer Durchflussmesser) und einer Feindosierung am Ende des Befüllvorgangs.

    Gruß, Holger

    "Probleme kann man meist nicht mit derselben Denkweise lösen, durch die sie entstanden sind."

    Wetterstation Nievenheim

    Einmal editiert, zuletzt von insight-er (16. April 2021 um 11:52)

  • Hey,

    vielen Dank für die Antwort, das hat schon mal geholfen zu erkennen das es auf diesem Weg mit meinen Mitteln nicht funktionieren wird :( Ich hatte die Hoffung das ich mit 300€ auskomme. Aber selbst Geräte mit einer Genauigkeit von 0,5% sind da ja deutlich drüber.

    Eine andere, nicht ganz so schicke, Lösung wäre doch über das Gewicht zu gehen. Es wäre möglich die Waagen mit dem Pi zu verbinden und bei Ansätzen die gerührt werden 20-30 l bevor das Sollgewicht erreicht ist ein Signal zu geben das der Rührer abgeschaltet werden muss.

    Wenn man etwas weiter geht könnte man auch die Rührer noch mit dem Pi verbinden und sie automatisch abschalten.

  • Das ist eine echte Herausforderung. Die erste Frage wäre, ob die Befüllung unter Druck oder drucklos erfolgen muss / kann und ob beim Befüllen Wasser verloren gehen kann. Sehr vereinfacht gesprochen könnte man einen Behälter (ähnlich einem Eimer) mit einer definierten Menge befüllen und diesen in den Kessel entleeren. Das klingt erst einmal lächerlich primitiv, aber wenn der "Eimer" einen Deckel hat und bis zum Rand gefüllt wird (mit Überlauf ??), kann man ihn dann komplett entleeren und hat pro Vorgang eine genau definierte Menge in den Kessel gefüllt. Nimmt man statt des Eimers einen Kolben, geht das technisch eleganter. In der Medizin dosiert man auf diese Weise (mit einem "Perfusor") Medikamente, bei denen es auf Genauigkeit ankommt. So kann man viele Ableitungen überlegen, wobei es aber auf die oben genannten Randbedingungen ankommt.

    Nur als Beispiel: Ein Rohr ist nach unten offen, steht aber auf einem dichtenden Untergrund. Von oben wird es befüllt, bis das Wasser überläuft. Das übergelaufene Wasser muss abfließen können. Das Rohr wird auf dem Untergrund verschoben, bis es über dem Kessel ist. Hier hat der Untergrund ein Loch und das Wasser läuft komplett in den Kessel. Randbedingungen wie dass das beim Befüllen überlaufende Wasser natürlich durch eine Sperre gehindert werden muss, in den Kessel zu laufen, müssen natürlich gelöst werden und während der Bewegung darf natürlich auch kein Wasser überschwappen. Klingt komplizierter als es ist. Ähnliche Methoden sind in der Verpackung (sogar von Lebensmitteln) nicht unüblich.

  • Bleibt das Problem, dass der volumetrische Fehler durch die Temperatur schon 2% betragen kann.

    Ich plädiere nach wie vor für eine gravimetrische Methode.

    Stimmt! Bei meinem Vorschlag müsste man das "Sollvolumen" unter Berücksichtigung der Temperatur korrigieren. Die Gewichtsmessung von 800 l wäre nicht ganz trivial. Deshalb müsste man wohl die Teilmengen gewichtsmäßig erfassen, was auch bei meinem Vorschlag machbar wäre. Gravimetrische Durchflussmesser, die den Massendurchfluss erfassen haben (im "vernünftigen" Preisbereich) nicht die geforderte Genauigkeit.

    Es bleibt spannend! Mich würde interessieren, welche Lösung letztlich zum Erfolg führt. Das wird hier hoffentlich berichtet. (Auch was warum nicht geklappt hat, damit alle Leser dazulernen können.)

  • Hi,

    was gibt es denn noch an zusätzlichen Informationen? Könnte man den Unterbau des Kessels mit Dehnungsmeßstreifen bekleben, oder auf drei Wägezellen [Anzeige] stellen, notfalls die Konstruktion verändern, um ihn insgesamt zu verwiegen, der Füllstand ist wegen der Temperaturabhängigkeit zu ungenau, denke ich.

    Dann wäre es möglich den gesamten Wiegevorgang mit einem Raspberry und zwei Magnetventilen zu steuern. Damit verlagern sich die Kosten vom Material weg auf die Zeit, die man benötigt um so etwas umzubauen, zu kalibrieren und zu programmieren... außerdem machen es andere auch so. Ich hätte schon Lust, daß selbst mal auszuprobieren :P

    Gruß, Holger

    "Probleme kann man meist nicht mit derselben Denkweise lösen, durch die sie entstanden sind."

    Wetterstation Nievenheim

    5 Mal editiert, zuletzt von insight-er (19. April 2021 um 23:16)

  • Ich kann anstatt der Wägezellen Hubwagen mit intigrierter Waage anbieten das sollte ja ähnlich funktionieren und kann bei allen unseren Kesseln verwendet werden. Genauigkeit wärde bei den vorhandenen Hubwagen i.O.

    Dehnungsmessstreifen währen auch möglich aber ich sollte vielleicht erwähnen das wir ca. 20 verschiedene Kessel aus unterschiedlichen Materialien und Größen haben. Ich denke da ist ein Magnetventil und Waage der einfachere Weg ^^'

    (Ich werde selbstverständlich Berichten wenn ich zu einem vernünftigen Ergebniss gekommen bin)

  • Nur als Beispiel: Ein Rohr ist nach unten offen, steht aber auf einem dichtenden Untergrund. Von oben wird es befüllt, bis das Wasser überläuft. Das übergelaufene Wasser muss abfließen können. Das Rohr wird auf dem Untergrund verschoben, bis es über dem Kessel ist. Hier hat der Untergrund ein Loch und das Wasser läuft komplett in den Kessel. Randbedingungen wie dass das beim Befüllen überlaufende Wasser natürlich durch eine Sperre gehindert werden muss, in den Kessel zu laufen, müssen natürlich gelöst werden und während der Bewegung darf natürlich auch kein Wasser überschwappen. Klingt komplizierter als es ist. Ähnliche Methoden sind in der Verpackung (sogar von Lebensmitteln) nicht unüblich.

    Ich weiß leider nicht wie ich das umsetzen könnte ohne den Rahmen zu sprengen und ich glaube es würde die Abläufe deutlich verlangsamen (zumindest klingt es so)

  • Falls man bei der volumetrischen Variante bleiben möchte würde ich empfehlen das mit der "Eimermethode" zu kombinieren.

    Hierfür könnte man einen Zylinder nehmen mit Füllstandssensoren auf einer festgelegten Füllhöhe.

    Die Temperatur könnte man hier mit mehr als einem Sensor messen und der Wert währe auch aussagekräftiger, da Schwankungen die in der Wasserleitung vorkommen durch das größere Volumen gemittelt werden und der Sensor auch mehr Zeit hat sich einzupendeln.

    Gaseinschlüsse lassen sich hiermit ebenfalls via Entlüftungsöffung abscheiden.

    Entsprechende Produkte kann ich dir leider spontan nicht auflisten, aber nehme nicht den Füllstandssensor aus Fokushima.

    Hab gehört, dass der nicht so gut funktioniert hat :P

    drei Mal lebenslänglich für Pimord

    Einmal editiert, zuletzt von KaiDieSeegurke (20. April 2021 um 16:59)

  • Ich kann anstatt der Wägezellen Hubwagen mit intigrierter Waage anbieten das sollte ja ähnlich funktionieren und kann bei allen unseren Kesseln verwendet werden. Genauigkeit wärde bei den vorhandenen Hubwagen i.O.

    ja,

    ich finde das ist eine sehr gute Idee, wenn die Kessel entsprechend angehoben werden können. Das ist dann das Gleiche wie mit den Wägezellen nur mobil und die Dinger sind auch sehr genau.

    Dann ist also nun zu klären, wie man zuverlässig an die Daten aus den Hubwagenwaagen herankommt um diese für die Dosierung / Steuerung auszuwerten. Schnittstelle ?

    Cool fände ich, wenn die gesamte Steuerungselektronik komplett am Hubwagen angebracht wäre. Man hebt einen Kessel an und kann dann für diesen direkt die komplette Befüllung steuern, nur die Ventile und Leitungen sind am Kessel, bzw. man fährt den Kessel zur Befüllanlage ... ich glaube, so was gibt´s noch gar nicht --> Patent ?

    Kesselerkennung über QR-Code etc.

    Gruß, Holger

    "Probleme kann man meist nicht mit derselben Denkweise lösen, durch die sie entstanden sind."

    Wetterstation Nievenheim

    Einmal editiert, zuletzt von insight-er (20. April 2021 um 22:48)

  • Die Daten da raus zu bekommen wird auch noch mal ein größerer Aufwand... selbstverständlich haben die Hubwagen keine Schnittstelle. Daher muss ich das ganze erstmal aufmachen und gucken was ich da raus bekommen kann. Sollte aber ja theoretisch kein Problem sein

    Cool fände ich, wenn die gesamte Steuerungselektronik komplett am Hubwagen angebracht wäre. Man hebt einen Kessel an und kann dann für diesen direkt die komplette Befüllung steuern, nur die Ventile und Leitungen sind am Kessel, bzw. man fährt den Kessel zur Befüllanlage ... ich glaube, so was gibt´s noch gar nicht --> Patent ?


    Kesselerkennung über QR-Code etc.

    Das wäre mir tatsächlich noch nicht unter gekommen und ja sicher auch für mehr als Wasser intressant. Man könnte drüber nachdenken noch eine Schlauchpumpe mit dem System zu verbinden um noch andere Rohstoffe (einigermaßen)automatisiert zuzugeben. Aber ich bleibe fürs erste beim Wasser-Problem^^

  • 800 l sind schon eine beachtliche Größe. Um solch einen Kessel mit einem Hubwagen mit der geforderten Genauigkeit zu wiegen, muss der schon gut ausbalanciert sein und auf einem ebenen Untergrund stehen. Querkräfte werden von der Befestigung aufgenommen und gehen üblicherweise nicht in die (senkrechte) Gewichtskomponente ein. An den Hubwagen eine Auswerteelektronik anzubringen, die das Ergebnis per Funk überträgt, wäre das geringere Problem. Dann wäre es einfacher, den Kessel an einem Seilzug mit Wiegevorrichtung hängend zu befüllen. (Während des Gießens liefert das "fallende" Wasser aber einen Impuls, der das Ruhegewicht vergrößert. Das ist wie das Hüpfen im Fahrstuhl, mit dem man die Seilrisssicherung auslösen kann.)

    Die Füllhöhe am Kessel selbst zu messen, liefert nur bei schlanken Kesseln eine ausreichende Genauigkeit, da dann sich die Füllhöhe pro Liter genügend groß verändert.

    Man kann die Eimermethode auch einfacher machen: Eimer bis zum Überlaufen füllen, dann mit einem verschiebbaren Kragen den Rand erhöhen, damit beim Transport überschwappendes Wasser wieder in den Eimer zurückfließt und den Eimer gezielt in den Kessel kippen. Es gibt viele Variationsmöglichkeiten - je nach der vorhandenen konstruktiven Erfahrung und der Werkstattausrüstung.

  • Hi

    Wie stark variiert den die Größe der Kessel (ca. von / bis) ?

    Man könnte ja auch einen Befüllplatz bauen, wo man den Kessel per Hubwagen hineinfährt und auf 4 Wägezellen absetzt. Die gesamte Mimik mit Bildschirm und Bedieneinheit könnte dann dort fest verbaut sein = einfacher, denke ich ...

    Mach´ doch bitte mal ein paar Fotos :)

    Gruß, Holger

    "Probleme kann man meist nicht mit derselben Denkweise lösen, durch die sie entstanden sind."

    Wetterstation Nievenheim

  • Aktuell wird das ganze von einer normalen Wasseruhr abgelesen und die Jungens müssen immer wieder Ihre Arbeit unterbrechen um auf der Uhr zu gucken ob die richtige Menge schon erreicht ist.

    Misst denn diese Wasseruhr ausreichend präzise? Falls das der Fall ist und somit eine verlässliche Messtechnik schon vorhanden ist, würde sich das Projekt deutlich vereinfachen lassen. Man könnte die Anzeige der Uhr - egal ob analog oder digital - per Kamera erfassen und durch Mustererkennung das Start-/Stop-Signal für das Nachfüllventil generieren.

  • 800 l sind schon eine beachtliche Größe. Um solch einen Kessel mit einem Hubwagen mit der geforderten Genauigkeit zu wiegen, muss der schon gut ausbalanciert sein und auf einem ebenen Untergrund stehen. Querkräfte werden von der Befestigung aufgenommen und gehen üblicherweise nicht in die (senkrechte) Gewichtskomponente ein. An den Hubwagen eine Auswerteelektronik anzubringen, die das Ergebnis per Funk überträgt, wäre das geringere Problem.

    Da sie für einige Ansätze eh mit Hubwagen abwiegen und die Ansätze funktionieren würde ich es da nicht genauer machen als es jetzt ist :/

    Wie stark variiert den die Größe der Kessel (ca. von / bis) ?

    Man könnte ja auch einen Befüllplatz bauen, wo man den Kessel per Hubwagen hineinfährt und auf 4 Wägezellen absetzt. Die gesamte Mimik mit Bildschirm und Bedieneinheit könnte dann dort fest verbaut sein = einfacher, denke ich ...

    Mach´ doch bitte mal ein paar Fotos

    Wir haben von 300l bis 1000l. Ein fester Platz ist leider nicht umsetztbar :/ einmal weil besonders bei einem 1000l Kessel die Wassermenge teilweise 80% beträgt dazu kommt ~250kg Kesselgewicht was in der Gegend rum geschoben werden muss, außerdem ist bei einigen Produkten die Wasserzugabe erst am Ende der Herstellung (Öl-Wasser Emulsion) dh hierbei muss Wasser zugegeben werden und gleichzeitig stark gerührt werden. Die Ruhrer sind jedoch an festen Punkten im Raum und nicht am Kessel befestigt. Und zu guter letzt sind wir so eine kleine Frima das wir keinen Platz zu verschenken haben :( ich wüsste wirklich nicht wo ich das in unseren Räumlichkeiten unterbringen sollte.

    Bilder hängen an. Viel darf ich euch leider nicht zeigen.

    Hat jeder dieser Kessel eine feste Füllmenge oder sind die je nach Anforderung variabel?

    Nein hier gibt es auch leider keine festen Füllmengen. Das ist je nach Produkt unterschiedlich (verschiedene Produkte werden im selben Kessel hergestellt) und auch die Wassermenge bei einigen Produkten ändert sich auch nach Rohstoffqualität

    Misst denn diese Wasseruhr ausreichend präzise? Falls das der Fall ist und somit eine verlässliche Messtechnik schon vorhanden ist, würde sich das Projekt deutlich vereinfachen lassen. Man könnte die Anzeige der Uhr - egal ob analog oder digital - per Kamera erfassen und durch Mustererkennung das Start-/Stop-Signal für das Nachfüllventil generieren.

    Die Wasseruhr soll laut Datenblatt eine eine Fehlergranze von 2% bei Kaltwasser (läuft aber, nach Rücksprache mit der Produktion, sehr genau)

    Die Methode klingt auch jeden Fall sehr intressant :/ Da sie die Uhr eh schon benutzen wäre das eine Option

  • Die Wasseruhr soll laut Datenblatt eine eine Fehlergranze von 2% bei Kaltwasser (läuft aber, nach Rücksprache mit der Produktion, sehr genau)

    Die Methode klingt auch jeden Fall sehr intressant :/ Da sie die Uhr eh schon benutzen wäre das eine Option

    Dann wären die Suchworte "OCR" und "OpenCV" sowie folgender Link zur softwareseitigen Umsetzung des Projekts vielleicht interessant:

    https://www.mkompf.com/cplus/emeocv.html

  • Die Ziffern der Wasseruhr per Kamera und Bildverarbeitung auszulesen, ist zu aufwändig. Da die Ziffernanzeige über eine feste Zahnradübersetzung von der Drehung der rot/schwarzen Scheibe abgeleitet wird, wäre es einfacher die Drehungen mit 2 um 90° versetzt angebrachte Reflexlichtschranken (mit rotem Licht) zu erfassen. (2 Lichtschranken, damit keine Fehlmessungen erfolgen, wenn der rot-schwarz-Übergang genau unter der Lichtschranke stehen bleibt.) Dann zählt man das Volumen. Wird für die Rezeptur die Masse des Wassers benötigt, muss die Dichte über die Temperatur berücksichtigt werden.

    Zur Genauigkeit von Wasseruhren: Auch in diesen kann sich Kalk ablagern und die Genauigkeit verändern. Deshalb endet die Eichfrist nach einer gewissen Zeit. Wenn diese Veränderung nicht akzeptabel ist, muss doch das Gewicht des gesamten Kessels gewogen werden und die Differenz beim Zugeben von Wasser für die Wassermenge (Masse) ausgewertet werden. Aber bei einem "Gesamtgewicht" (genauer einer Gesamtmasse) von über 1000 kg für Kessel plus Füllung eine Genauigkeit von 1 bis 3 l zu erhalten, ist schon "sportlich" (Messung genauer als 0,1%). Wenn man den Vorschlag von insight-er (unten) nimmt und den Kessel auf 4 Wägezellen fest aufbaut (statt ihn abzusetzen), wäre es am einfachsten, wenn jede der Wägezellen das gemessene Gewicht in Form eines Datentelgramms direkt ausgibt. Dann muss nur die Summe der 4 Gewichte gebildet werden. Eine eigene Auswertelogik mit A/D-Wandlung aufzubauen verlangt sehr viel Expertise, sonst ist die Genauigkeit nicht erreichbar.

    Hi

    Wie stark variiert den die Größe der Kessel (ca. von / bis) ?

    Man könnte ja auch einen Befüllplatz bauen, wo man den Kessel per Hubwagen hineinfährt und auf 4 Wägezellen absetzt. Die gesamte Mimik mit Bildschirm und Bedieneinheit könnte dann dort fest verbaut sein = einfacher, denke ich ...

    Mach´ doch bitte mal ein paar Fotos :)

    Gruß, Holger

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