Verfahren zum Dosieren und Abfüllen von Druckflüssigkeiten und Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Dosieren und Abfüllen von Druck- flüssigkeiten und eine Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens.
Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der zur Dosierung dienende freischwimmende Kolben während seines Hubes durch einen auf der Förderseite des Kolbens ausgeübten Gegendruck so weit gebremst wird, dass der im Dosierzylinder herrschende Druck nicht auf einen Wert absinken kann, bei dem die Druckflüssigkeit zu verdampfen beginnt.
Die Einrichtung besitzt mindestens einen Dosierzylinder, der mit zwei Impulselementen versehen ist, die auf ein Umschaltelement wirken. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass jeder Dosierzylinder mit einem freischwimmenden, wechselweise beaufschlagten Kolben versehen ist, dass mindestens ein Dosierzylinder eine einstellbare Hubbegrenzung für den freischwimmenden Kolben besitzt, und dass jede Förderleitung mit einer Gegendruck-Einrichtung versehen ist, durch welche die Geschwindigkeit des zugehörigen freischwimmenden Kolbens so gebremst werden kann, dass das in den Dosierzylinder eintretende flüssige Treibgas nicht verdampfen kann.
Unter Druckflüssigkeiten sind vorwiegend Flüssiggase verstanden, d. h. Gase, die unter Druck bei Raumtemperatur flüssig sind, die aber bei Druckminderung, z. B. beim Einströmen in den Saugraum einer Pumpe in die gasförmige Phase eintreten. Solche Druckflüssigkeiten sind z. B. Difluorchlormethan, Butan und ähnliche Stoffe, die weitgehende Verwendung für die Herstellung von Aerosolflüssigkeiten gefunden haben.
Unter Druckflüssigkeit wird ferner eine beliebige Mischung aus einem Flüssiggas und einem anderen Stoff, vorwiegend einer Flüssigkeit, verstanden, z. B. eine Mischung aus 75 Volumprozent Kölnisch-Wasser und 25 Volumprozent Difluorchlormethan.
Es sind Messapparate bekannt geworden, z. 3.
Wassermesser, die so wirken, dass ein freischwimmender Kolben durch das auf der einen Seite des Zylinders eintretende flüssige Medium nach der andern Seite bewegt wird und das auf der andern Seite befindliche gleiche Medium gemessen herausschiebt.
Es erfolgt dann eine Umschaltung und nunmehr tritt das flüssige Medium in den gegenüberliegenden Zylinderraum ein und schiebt den freischwimmenden Kolben zurück, der wiederum das flüssige Medium vor sich herschiebt und dosiert abgibt.
Es hat sich nun in der Praxis gezeigt, dass dieses so einfach erscheinende Verfahren für die Dosierung und Abgabe von Druckflüssigkeiten nicht geeignet ist. Angenommen es soll Difluorchlormethan mit einem solchen Flüssigkeitsmesser dosiert werden. Sobald diese Druckflüssigkeit aus der engeren Rohrzuleitung in den grösseren Zylinderraum eintritt, erfolgt sofort eine gewisse Entspannung der Druckflüssigkeit, wodurch blitzartig etwas Dampf erzeugt wird und der freischwimmende Kolben wie ein Geschoss vorwärts getrieben wird, wodurch weitere Dampfmengen aus der Flüssigkeit entstehen können.
Gelangt der Kolben nun an das Ende seines Hubes, wo die Umschaltung erfolgt, so ist es klar, dass eine richtige Dosierung nicht stattfinden kann, denn der soeben gefüllte Zylinderraum enthält ja nur teilweise Druckflüssigkeit, während der restliche Anteil aus Dampf besteht. Wenn nun gar noch aüssere Einflüsse hinzukommen, z. 3. Erwärmung der Dosiereinrichtung durch Sonnenbestrahlung, während der Behälter mit Flüssiggas kühl gelagert ist, so werden die Verhältnisse noch viel ungünstiger. Alle diese
Faktoren tragen dazu bei, dass das so einfach er scheinende Dosierverfahren mit freischwimmenden
Kolben in der Praxis unbrauchbar ist.
Es hat sich nun überraschenderweise gezeigt, dass die Schwierigkeiten leicht beseitigt werden kön nen, wenn man die Förderleitung, d. h. also die aus dem Dosierzylinder herausführende Leitung mit ei ner Einrichtung versieht, mittels der man einen Ge gendruck in der Förderleitung aufbauen kann. Dieser
Gegendruck bremst die Geschwindigkeit des frei schwimmenden Kolbens, so dass ein plötzliches ge schossartiges Vorspringen des freischwimmenden
Kolbens und dadurch eine Dampfbildung verhindert wird. Die Gegendruck-Einrichtung kann z. 3. aus einer Ventüdrossel oder einem Überströmventil be stehen.
Es hat sich in der Praxis gezeigt, dass zur
Verhütung von Dampfbildung die Geschwindigkeit des Kolbens durch die Gegendruck-Einrichtung so weit gedämpft werden muss, dass der im Dosier zylinder herrschende Druck nicht auf einen Wert absinken kann, bei dem die Druckflüssigkeit zu verdampfen beginnt.
Durch diese Erfindung ist es möglich geworden, die Dosiervorrichtung mit freischwimmenden Kolben auch zum Mischen von zwei oder mehreren Druck flüssigkeiten zu verwenden, indem man zwei oder mehrere Dosierzylinder vorsieht und die Einrichtung so ausgestaltet, dass alle freischwimmenden Kolben stets die gleiche Anzahl von Hüben machen. Dabei muss mindestens ein Dosierzylinder eine einstellbare
Hubbegrenzung für den freischwimmenden Kolben besitzen, so dass man in der Lage ist, beliebige
Mischungsverhältnisse einzustellen.
Auf beiliegenden Zeichnungen sind zwei Aus führungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dar gestellt, und zwar zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Ansicht der Vorrichtung mit einem Dosierzylinder,
Fig. 2 schematisch eine Ansicht der Vorrichtung mit zwei Dosierzylindern (Mischvorrichtung).
Mit 1 sind die Behälter für die Druckflüssigkeit bzw. Druckflüssigkeiten bezeichnet. Jeder Behälter ist durch eine Leitung 2 mit einer Pumpe verbunden, die im wesentlichen aus dem Förderzylinder 3 und einem pneumatischen Antriebszylinder 4 besteht. Die
Pumpe wird dadurch in Bewegung gehalten, dass in den Zylinder 4 wechselseitig Pressluft eintritt und aus tritt, wodurch über die Kolbenstange 5 auch der
Kolben des Förderzylinders 3 hin- und herbewegt wird. Jede Pumpe treibt die geförderte Druckflüs sigkeit durch die Leitung 6 in das Umsteuerelement
7. In diesem kann der Steuerkolben 8 hin- und zu rückgeschoben werden, was, wie noch beschrieben wird, pneumatisch geschieht.
Je nach der Stellung des Steuerkolbens 8 gelangt die Druckflüssigkeit von
Leitung 6 in Leitung 9 und von dort in den linken
Zylinderraum des Dosierzylinders 13, während die sich im rechten Zylinderraum des Dosierzylinders 13 befindliche Druckflüssigkeit über die Leitung 10 in die Förderleitung 12 getrieben wird, da der freischwimmende Kolben 14 die Flüssigkeit unter dem Druck der durch 9 eintretenden Druckflüssigkeit vor sich herschiebt. Wird der Steuerkolben 8 von rechts nach links geschoben, so tritt eine Umschaltung derart ein, dass durch 10 Druckflüssigkeit in den Dosierzylinder 13 eintritt, den freischwimmenden Kolben 14 vor sich herschiebt, und Druckflüssigkeit aus dem Dosierzylinder 13 durch 9 austritt und dadurch in die Förderleitung 11 gelangt.
Die Umsteuerung erfolgt in beiden Ausführungsbeispielen pneumatisch. Aus dem Druckluftbehälter oder Kompressor 15 tritt Luft in die Netzleitung 16, in die ein Absperrelement 17, z. 3. ein Pressluft Drei-WegeVentil eingebaut ist. Über 16 gelangt die Pressluft zu den beiden Impulselementen 18 jedes Dosierzylinders. Mindestens ein Dosierzylinder jedes Ausführungsbeispieles besitzt eine Einrichtung, um den Hub des freischwimmenden Kolbens 14 der Länge nach regeln zu können. Eine solche Einrichtung besteht z. B. aus der Spindel 19 mit Zeiger 20 und Skala 21. Ein glatter Fortsatz der Spindel 19 ragt in den Dosierzylinder 13 hinein und wirkt als Anschlag- und Hubbegrenzung für den freischwimmenden Kolben 14.
Geht der Kolben 14 von rechts nach links, so wird er am Ende seines Hubes das Impulselement 18 betätigen, das zweckmässigerweise ein Drei-Wege-Ventil ist. Geht der Kolben von links nach rechts, so wird er am Ende seines Hubes über die Schaltstange 22 das rechte Impulselement 18 betätigen, das ebenfalls zweckmässigerweise ein Drei-Wege-Ventil ist. Dieses in der Zeichnung rechts liegende Impulselement 18 muss ebenfalls verschiebbar sein, damit es zwecks korrekter Impuls abgabe gemäss dem eingestellten Stand der Spindel 19 in die - richtige Stellung gebracht werden. kann. Die Schaltstange 22 wird durch die Feder 23 wieder in die Ausgangslage zurückgedrückt, sobald der Kolben 14 wieder seinen Hub nach links angetreten hat. Durch Betätigung der beiden Impuls elemente 18 wird Luft durch diese Drei-Wege-Ventile durchgelassen, aber nur, wenn das Absperrelement 17 geöffnet ist.
Es sei angenommen, dass der freischwimmende Kolben 14 gerade links ist, so wird die Luft aus 16 durch das geöffnete Impulselement 18 in die Leitung 24 und von da in den linken zylindrischen Raum des Umsteuerelementes 7 fliessen, wodurch der Steuerkolben 8 nach rechts gejagt wird. Ist hingegen der freischwimmende Kolben 14 an seinem rechten Hubende angelangt, so wird die Luft, die aus 16 kommt, über das rechte Impulsventil 18 nach 24 und von dort in den rechten zylindrischen Teil des Umsteuerelementes 7 gelangen, wodurch der Steuerkolben 8 nach links gejagt wird.
Die Gegendruckeinrichtungen 25 sind zweck mässigerweise Überdruck-Ventile, deren Gegendruck nach einer Skala eingestellt werden kann. Über die Überdruckventile 25 gelangt die Druckflüssigkeit durch die beiden Rückschlag-Ventile 26 in die Abgabeleitung 27. Die Rückschlag-Ventile sollen verhindern, dass die Druckflüssigkeit sich einen falschen Weg sucht. Die Abgabeleitung 27 ist nun entweder mit einem Aufnahmebehälter für die dosierte Flüssigkeit, z. 3. eine Druckgasflasche verbunden (in der Zeichnung nicht dargestellt), oder die Druckflüssigkeit wird über einen Füllkopf 28 direkt in den Verbrauchsbehälter 29, z. 3. eine Aerosoldose, gefördert.
Die Dose 29 steht auf einem Hebetisch 30, der über die Kolbenstange 31 durch den pneumatischen Zylinder 32 bzw. seinen Kolben 33 gegen den Füllkopf 28 gepresst wird, der mit einem Dichtungsorgan versehen ist, so dass die Druckflüssigkeit ohne zu versprühen in die Dose 29 gelangen kann.
Es ist möglich und sogar zweckmässig, die Gegendruck-Einrichtungen 25 wegzulassen und ein entsprechendes Überströmventil in den Füllkopf 28 einzubauen. Dieses Überströmventil hat eine Verschliessfeder, die so eingestellt wird, dass das Über- strömventil erst öffnen kann, wenn durch den freischwimmenden Kolben 14 ein Druck ausgeübt wird, der grösser als der Gegendruck der Feder ist.
Wie schon ausgeführt, muss diese Verschliessfeder so berechnet werden, dass der Druck im Dosierzylinder 13 so hoch gehalten wird, dass keine Verdampfung der Druckflüssigkeit im Dosierzylinder 13 eintreten kann. Der Kolben 33 des pneumatischen Zylinders 32 wird gehoben, wenn durch 34 Pressluft einströmt und durch 35 Pressluft abströmt. Er wird gesenkt, wenn durch 35 Pressluft einströmt und durch 34 Pressluft abströmt. Das entsprechende Ventil, das diese Schaltungen vornimmt, ist konventionell und nicht gezeichnet. Wenn die Abgabeleitung 27 mit einem nicht gezeichneten Aufnahmebehälter verbunden ist, so kann das Absperrelement 17 dauernd geöffnet sein. Es sei angenommen, dass jeder Hub des freischwimmenden Kolbens 14 einen Liter Druckflüssigkeit fördert.
Braucht man nun 100 Liter im Aufnahmebehälter, so wird man den Kolben 14 50mal hin- und hergehen lassen, was automatisch geschieht, so lange das Absperrelement 17 geöffnet ist. Die notwendige Anzahl von Hüben kann durch einen nicht gezeichneten Zähler überwacht werden. Auch kann dieser Zähler mit einer Vorrichtung versehen sein, durch die nach 50 Hüben das Absperrelement 17 automatisch geschlossen wird.
Will man aber die Druckflüssigkeit direkt in einen Verbrauchsbehälter, z. 3. die Aerosoldose 29 befördern, so bleibt das Absperrelement 17 nicht dauernd geöffnet. Dies verhindert nämlich das selbsttätige Umschalten des Kolbens 14. Erst wenn dieser Kolben in eine Endlage seines Hubes angelangt ist, wird das Absperrelement kurz geöffnet, wodurch das entsprechende Impulselement 18 Luft bekommt und die Umsteuerung des Steuerkolbens 8 bewirkt. Dadurch tritt der Kolben 14 wieder seine Reise an, bis er an das Ende des Hubes gelangt und dadurch das andere Impulselement 18 betätigt.
Der Kolben bleibt jetzt stehen, da 18 noch keine Luft ¯erhalten-hat. Dadurch kann man jetzt die gefüllte-Aerosoldose 29 aus dem Füllkopf entfernen, indem man den Tisch 30 pneumatisch. senkt. Man stellt eine neue Dose auf den Tisch 30, den man hierauf pneumatisch hebt. Erst jetzt betätigt man das Absperrelement 17 einen kurzen Moment, wodurch Luft in das Impulselement 18 und von dort über 24 in das Umsteuerelement 7 gelangt, wodurch der Steuerkolben 8 wieder zurückgeworfen wird.
Dadurch erfolgt die Umschaltung für einen einzigen weiteren Hub. Damit ist der Zyklus beendigt. Ein neuer Zyklus beginnt immer mit dem Herausnehmen der Dose 29, mit dem Hereinsetzen einer neuen Dose 29 und mit dem Öffnen des Absperrelementes 17 während eines kurzen Momentes (Impulsgabe).
Das Ausführungsbeispiel der Abbildung 2 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der Abbildung 1 insofern, als zwei Dosierzylinder 13 vorhanden sind, die die Förderung von zwei verschiedenen Druckflüssigkeiten aus den beiden Tanks 1 zulassen. Mindestens einer der beiden Dosierzylinder muss eine einstellbare Hubbegrenzung für den freischwimmenden Kolben 14 besitzen. Durch diese Einrichtung kann man beliebige Mischungsverhältnisse erzeugen. Im Ausführungsbeispiel nach Abbildung 2 wird ferner gezeigt, dass man nur eine einzige Ableitung 27 zum Füllkopf 28 braucht, wenn man die gemeinsamen Ableitungen 36 und 37 der beiden Dosierzylinder 13 in den gemeinsamen Akkumulator 38 leitet. Dieser besteht zweckmässig aus dem Zylinder 38, dem Kolben 39, die Kolbenstange 40 und dem Luftkolben 41, der sich im Zylinder 42 bewegt.
Der obere Teil des Luftzylinders 42 ist mit einem nicht gezeichneten und mit Pressluft angefüllten Gefäss verbunden, das als Luftfeder wirkt. Der Kolben 39 wird also durch die durch 36 und 37 einströmenden Flüssigkeiten soweit gehoben, bis die über dem Kolben 41 wirkende Luft soweit komprimiert ist, dass ihr Druck dem Druck der eintretenden Druckflüssigkeit das Gegengewicht hält. In diesem Akkumulator erfolgt auch die Mischung der beiden Druckflüssigkeiten, indem man diese z. B. tangential oder durch eine Siebvorrichtung in den Zylinder 38 eintreten lassen kann. Zweckmässig ist noch ein Rückschlagventil 43 angebracht, um eventuell ein Rückfliessen der Druckflüssigkeit aus der Aerosoldose 29 zu verhindern.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann man die Gegendruck-Einrichtungen 25 fortlassen und statt dessen vorteilhafterweise in den Füllkopf 28 ein Überströmventil einbauen, das den Druck im ganzen System so hoch hält, dass bei der Bewegung der Kolben 14 keine Verdampfung der Druckflüssigkeiten eintreten kann.
Die beschriebene Einrichtung besitzt den Vorteil der Einfachheit. Sie ermöglicht ein rasches und einwandfreies Dosieren, Mischen und Abfüllen von Druckflüssigkeiten mit nur sehr wenigen sich bewegenden Elementen.
Es sind noch andere Ausführungen möglich, die hier nicht beschrieben sind aber in den Rahmen der Erfindung fallen.