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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum
Fördern
von offenen, mit Flüssigkeit
gefüllten
Gefäßen.
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Beim
Befüllen
von Gefäßen mit
Flüssigkeit
ist es oft notwendig, die bereits fertig mit Flüssigkeit befüllten Gefäße offen
zu transportieren. Diese Notwendigkeit stellt sich beispielweise
im Bereich zwischen einer Befülleinrichtung
und einer Verschließeinrichtung.
Aus verkaufspsychologischen Erwägungen
heraus, sollten Gefäße möglichst
vollständig
befüllt
sein, da der Käufer
ein nur teilweise befülltes
Gefäß in der Überzeugung ablehnt,
es würde
nicht den vollständigen
Inhalt enthalten, selbst wenn das Gefäß überdimensioniert ist und der
Inhalt genau dem Sollinhalt entspricht. Bei Gefäßen, die bis zum Rand oder
nahe bis zum Rand gefüllt
sind, besteht jedoch die Gefahr, dass Flüssigkeit überschwappt, d.h. ein Teil
des Sollinhalts verloren geht und die Außenseite der Gefäße sowie
die Fördereinrichtung
verschmutzt wird. Diese Gefahr erhöht sich mit steigender Fördergeschwindigkeit
und ist besonders gravierend bei Gefäßen mit einem weiten Hals,
wie beispielsweise Gläser
oder die zunehmend in Gebrauch befindlichen Weithalsflaschen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren
zu schaffen, um offene, mit Flüssigkeit
gefüllte
Gefäße problemlos
auch mit hoher Geschwindigkeit fördern
zu können.
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Die
Aufgabe wird durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und das verfahren
gemäß Anspruch
11 gelöst.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausgestaltung
können
Flaschen mit genormten Mündungen
und selbst Weithalsgefäße mit einer
hohen Fördergeschwindigkeit
gefördert
werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass Flüssigkeit überschwappt, verloren geht
und die Gefäße und die
Einrichtungen verschmutzt.
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Zweckmäßigerweise
ist die Schwappschutzeinrichtung am Übergang zwischen zwei Förderrichtungen angeordnet,
wo die größte Gefahr
eines Überschwappens
besteht.
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Da
es insbesondere bei hohen Fördergeschwindigkeiten
kaum möglich
ist, die genaue Position festzustellen, wo ein Überschwappen stattfindet, ist
es zweckmäßig, die
Schwappschutzvorrichtung so auszubilden, dass sie über eine
vorbestimmte Förderstrecke
wirksam ist. Dadurch wirkt auch die Schwappschutzeinrichtung über eine
längere
Zeitdauer auf die Flüssigkeit
ein, so dass ein Überschwappen
sicher vermieden wird.
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Die
Schwappschutzeinrichtung ist so ausgebildet, dass sie einen Begrenzungsdruck
auf einen sich im Inneren des Gefäßes entwickelnden Schwall ausübt, was
bevorzugt und auf konstruktiv einfache Weise durch das Einblasen
eines Gases unter Druck mit Hilfe einer Düse erreicht wird, die auf eine
Stelle im Inneren des Gefäßes gerichtet
wird, wo die Entwicklung eines Schwalls erwartet wird. Diese Schwallerwartungsstelle
kann empirisch festgestellt oder aus den Beschleunigungs-, Flieh-
und Trägheitskräften errechnet
werden.
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Da
ein Schwall auf jeden Fall an der Innenoberfläche des Gefäßes in der Nähe und unterhalb
der Gefäßöffnung ausgebildet
wird, ist die Düse
bevorzugt auf diese Stelle gerichtet.
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Um
zu verhindern, dass durch ein abruptes Beenden des Begrenzungsdrucks,
d.h. des Einblasens von Gas, wiederum ein Impuls auf die Flüssigkeit
ausgeübt
wird, der zu einem weiteren Schwall führen könnte, wird die Einblasgeschwindigkeit
bevorzugt von einer höheren
Strömungsgeschwindigkeit
am Anfang des Einblasvorganges auf eine niedrigere Strömungsgeschwindigkeit
am Ende des Einblasvorganges reduziert.
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Um
sicherzustellen, dass die Schwappschutzeinrichtung über eine
vorbestimmte Förderstrecke
wirksam ist, kann die Düse
als Langschlitzdüse
mit einer vorbestimmten Länge
in Förderrichtung
ausgebildet sein. Bevorzugt ist die Düse stationär angeordnet. Es kann jedoch
auch eine über
die vorbestimmte Förderstrecke mitführbare Düse vorgesehen
sein.
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Die
erfindungsgemäße Ausgestaltung
eignet sich besonders für
Fördereinrichtungen
mit hintereinander geschalteten Kreisförderern, wo es im Bereich der Übergabe
zwischen den beiden Förderern
durch den Wechsel der Förderrichtung
erfahrungsgemäß häufig zur
Ausbildung eines Schwalls kommt. Durch die erfindungsgemäß dort vorgesehene
Düse zum
Einblasen von Gas kann die Übergabe
der gefüllten
Gefäße, beispielsweise
von einer Fülleinrichtung
oder Transfereinrichtung an eine Verschließeinrichtung reibungslos und mit
hoher Geschwindigkeit erfolgen, ohne dass ein Überschwappen zu befürchten wäre.
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Ein
besonders bevorzugtes Verfahren zum Verhindern des Überschwappens
besteht in dem Einblasen von Gas unter Druck in das Innere des Gefäßes.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung der Ausbildung eines Schwalls,
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2 eine
schematische Darstellung der Wirkung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung,
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3 eine Darstellung einer Düsenform,
wobei 3A eine perspektivische Ansicht
und 3B einen Längsschnitt
zeigt,
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4 eine
perspektivische Darstellung einer weiteren Düsenform,
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5 eine
schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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6 eine
schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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7 eine
schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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1 zeigt
die Vorgänge
beim Ausbilden eines Schwalls in einem Gefäß 1, das mit Flüssigkeit 2 gefüllt ist.
Das Gefäß 1 ist
ein sogenanntes Weithalsgefäß, d.h.
es enthält
einen Hals 1a mit einer Öffnung 1b, die einen
Durchmesser d aufweist, der größer ist
als der Durchmesser genormter Flaschen, wie beispielsweise Wein-
oder Bierflaschen. Derartige Gefäße 1 werden
beispielsweise zum Befüllen
mit Saft oder Milch-, Milchmix-, oder Joghurtzubereitungen verwendet.
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Unter
ungünstigen,
unstetigen oder abrupten Förderbewegungen,
wie dies beispielsweise beim Ändern
der Förderrichtung
bei einer Übergabe
von einem Förderer
auf einen zweiten Förderer
oder bei einer plötzlichen
Beschleunigung oder einem plötzlichen
Abbremsen auftreten kann, bildet sich in dem Gefäß 1 ein Schwall 2a aus,
d.h. die Flüssigkeit 2 steigt
trägheitsbedingt
an einer Seite des Gefäßes an dessen
Innenoberfläche
nach oben und fällt
an der gegenüberliegenden
Seite ab. Je nach Stärke
des Impulses, der die Schwallbildung bewirkt, kann ein Überschwappen
auftreten, d.h. ein Teil 2b der Flüssigkeit spritzt oder läuft aus
der Öffnung 1b des
Gefäßes 1 heraus,
während
die restliche Flüssigkeit
aus dem Schwall 2a zurück
in das Gefäß 1 fällt, so
dass sich nach Beendigung des Impulses wieder ein im Wesentlichen
ebener Flüssigkeitsspiegel ausbilden
kann.
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Um
zu verhindern, dass die Flüssigkeit 2 überschwappt,
wird eine Schwappschutzvorrichtung 3 eingesetzt, deren
Wirkung in 2 näher erläutert wird. Mit dieser Schwappschutzeinrichtung 3 ist
es möglich, eine
Begrenzungskraft auf die Flüssigkeit 2 auszuüben, und
zwar gezielt und lokal begrenzt dort, wo die Ausbildung eines Schwalls 2a zu
erwarten ist. Eine derartige Schwallerwartungsstelle 4 kann
empirisch festgestellt oder berechnet werden, und befindet sich
beispielsweise bei einem Wechsel der Förderrichtung an derjenigen Stelle,
an die die Flüssigkeit 2 durch
die Förderkräfte der
neuen Förderrichtung
gedrückt
wird. Da zumindest derjenige Teil 2b des Schwalls 2a,
der überschwappt,
sich vorher an der Innenfläche
des Gefäßes 1 befand, ist
davon auszugehen, dass sich eine Schwallerwartungsstelle 4 mit
höchster
Wahrscheinlichkeit an der Innenfläche des Gefäßes 1 befindet.
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Zum
Aufbringen einer Begrenzungskraft auf den Schwall 2a wird
bevorzugt ein Gas unter Druck eingesetzt. Zu diesem Zweck kann Luft
oder irgendein anderes geeignetes, erforderlichenfalls steriles
und/oder inertes Gas verwendet werden. Das Gas wird über eine
Düse 5 gegen
die Schwallerwartungsstelle 4 an der Innenseite des Gefäßes 1 gerichtet
und hält
dort die Ausbildung eines Schwalls 2a zumindest so weit
zurück, dass
ein Überschwappen
verhindert wird.
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3 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Ausführungsbeispiels
einer symmetrischen Düse 5a mit
einer Düsenöffnung 11,
die symmetrisch und in einer direkten Anströmrichtung zu einer Gaszufuhr 12 angeordnet
ist, wobei 3A eine Ansicht von unten und 3B ein
Schnitt durch die Düsenöffnung 11 ist.
Aus den 3A, 3B ist
die Krümmung
des Düsenschlitzes
bzw. der Düsenöffnung 11 zu
sehen, die für
eine Anpassung an eine gekrümmte
Förderstrecke
und/oder eine gekrümmte
Innenkontur des Gefäßes 1 zweckmäßig, jedoch
nicht unbedingt notwendig ist, und es ist zu sehen, dass die Düsenöffnung 11 so
angeordnet ist, dass das Gas unter Druck an der Innenwand im Halsbereich 1a des
Gefäßes 1 im
Wesentlichen parallel und im Abstand zur Mittellinie des Halses 1a auf
den Flüssigkeitsspiegel
im Gefäß 1 eingeblasen
wird.
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Der
zum Anblasen notwendige Druck wird entweder berechnet oder empirisch
ermittelt und liegt etwa in der Größenordnung von 500 Pa.
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Es
hat sich herausgestellt, dass es zweckmäßig ist, das Anblasen langsam
ausklingen zu lassen, so dass durch ein abruptes Beenden kein zusätzlicher
Impuls auf die Flüssigkeit
ausgeübt
wird, der zur Ausbildung eines weiteren Schwalls führen könnte. Dies
kann passiv durch eine geeignete Konstruktion der Düse 5 erreicht
werden, durch die beispielsweise der Hauptteil des eingeblasenen
Gases die Düsenöffnung 11 in
der Nähe
der Gaszufuhr verlässt,
während
die Ausblasgeschwindigkeit mit zunehmendem Abstand zur Gaszufuhr 12 abnimmt,
wie dies beispielsweise bei der Düse 5b aus 4 der
Fall ist. Die Düse 5b unterscheidet
sich von der Düse 5a durch
eine asymmetrische Ausgestaltung. Insbesondere befindet sich die
Zuführöffnung 12 für das Druckgas
am Anfang der und quer zur Düsenöffnung 11,
während
sich das Volumen des Düsen-Innenraums mit zunehmendem
Abstand zur Einlassöffnung 12 verringert.
Die Ausgestaltung der Düsenöffnung 11 entspricht
der der Düse 5a.
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Eine
andere Möglichkeit
besteht darin, die Düsenöffnung 11 in
Transportrichtung der Gefäße 1 keilförmig zu
erweitern. Hierdurch wird bei gleichem Druck die Ausblasgeschwindigkeit
zunehmend verringert.
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Es
ist jedoch auch möglich,
den Druck aktiv so zu steuern, dass er sich während des Durchlaufs eines Gefäßes 1 unter
der Düsenöffnung 11 verringert.
Diese Drucksteuerung eignet sich besonders für Schwappschutzeinrichtungen,
bei denen sich jeweils nur ein Gefäß unter der Düse 5 befindet.
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5 zeigt
die Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips
auf ein erstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 6.
Die Vorrichtung 6 enthält
einen nur schematisch dargestellten ersten Förderer 7, der hier
als Kreisförderer
ausgebildet ist und eine Vielzahl nicht dargestellter Halterungen
für jeweils ein
Gefäß 1 enthält. Die
Gefäße 1 werden
durch den ersten Förderer 7 in
einer Förderrichtung
F1 in einer Kreisbahn um einen nicht dargestellten
Drehmittelpunkt des Förderers 7 bewegt.
Es ist weiterhin ein zweiter Förderer 8 vorgesehen,
auf den die in Förderrichtung
F1 ankommenden Gefäße 1 übergeben
werden und anschließend
in einer Förderrichtung
F2 auf einer Kreisbahn um einen Drehmittelpunkt 9 des
zweiten Förderers 8 weitergefördert werden.
Die Übergabe
erfolgt durch eine Übergabeeinrichtung 10,
die in der schematischen Darstellung der 5 lediglich
durch den Übergabepunkt
angedeutet ist. Die Übergabeeinrichtung 10 befindet sich
an derjenigen Stelle, an der die Förderer 7 und 8 den
geringsten Abstand zueinander aufweisen und bewirkt eine Richtungsänderung
der Förderrichtung
F von einer ersten Kreisbahn F1 in eine zweite Kreisbahn F2, d.h.
eine S- förmige Förderkurve
für die
Gefäße 1 mit
einem Vorzeichenwechsel der Zentripetalbeschleunigung. Die Übergabeeinrichtung 10 wird
z. B. durch stationäre
Führungsschienen
für die
Gefäße gebildet.
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Wie 5 zeigt,
bildet sich durch die Förderbewegung
auf dem ersten Förderer 7 ein
Schwall aus, der an der der Drehachse des Förderers 7 abgewandten
Innenfläche
des Gefäßes 1 nach
oben steigt. Dieser Schwall wird sich auch auf dem Förderer 8 ausbilden,
jedoch an der gegenüberliegenden
Innenseite des Gefäßes 1.
Durch die Bewegung der Flüssigkeit
von einer Innenseite zur anderen Innenseite besteht die Gefahr des Überschwappens,
die durch die erfindungsgemäße Schwappschutzeinrichtung 3 verhindert
wird. Die Schwappschutzeinrichtung 3 enthält die Düse 5a,
die im dargestellten Ausführungsbeispiel
stationär
angeordnet und als Langschlitzdüse
ausgebildet ist. Bevorzugt ist die Düsenöffnung um die Drehachse 9 des
zweiten Förderers 8 gekrümmt. Die
Düse 5a ist
der Übergabeeinrichtung 10 zugeordnet
und ist insbesondere unmittelbar nach der Übergabestelle über dem
zweiten Förderer 8 vorgesehen.
Die Düsenöffnung 11 der
Düse 5a erstreckt
sich über
eine vorbestimmte Förderstrecke
A in Förderrichtung
F2 des zweiten Förderers 8 hinter
der Übergabeeinrichtung 10 bzw. Übergabestelle.
Dabei ist die Düsenöffnung 11 durch
die Öffnung 1b der
Gefäße 1 an
und auf diejenige Innenwand gerichtet, die beim Fördern durch
den zweiten Förderer 8 der
Drehachse 9 abgewandt ist, also nach außen weist. Dadurch wird sichergestellt,
dass einerseits Gas unter Druck genügend lange an der Schwallerwartungsstelle 4 auf
die Flüssigkeitsoberfläche des
sich entwickelnden Schwalls eingeblasen wird, dass ein Überschwappen
sicher verhindert wird, und andererseits wird sichergestellt, dass
auf jeden Fall auf die Oberfläche
des sich entwickelnden Schwalls geblasen werden kann, selbst wenn
sich die Schwallentwicklung verzögert,
beispielsweise durch eine leichte Schiefstellung des Gefäßes 1 oder
durch sonstige Unregelmäßigkeiten
im Betrieb. Die Förderstrecke
A, über
die angeblasen werden kann, erstreckt sich bevorzugt über 10 bis
15 Winkelgrade, und insbesondere über etwa 13 Winkelgrade, kann
jedoch je nach den speziellen Gegebenheiten, d.h. der Art und den
Eigenschaften der Flüssigkeit,
dem Befüllzustand
des Gefäßes, der
Fördergeschwindigkeit
der Art der Übergabe,
der Größe der Gefäßöffnung oder
der Form des Gefäßes oder
dgl. variiert werden.
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6 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäß ausgebildeten
Vorrichtung 26, die bis auf die nachfolgend beschriebenen
Einzelheiten der Vorrichtung 6 gemäß 5 entspricht,
wobei gleiche bzw. vergleichbare Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen
gekennzeichnet und nicht nochmals erläutert werden. Die Vorrichtung 26 enthält jedoch
eine abweichend konstruierte Schwappschutzeinrichtung 30.
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Die
Vorrichtung 26 enthält
im dargestellten Ausführungsbeispiel
für jeden
der Förderer 7 und 8 jeweils eine
Schwappschutzeinrichtung 30a bzw. 30b, die bis
auf die Anpassung an die unterschiedlichen Förderer 7 und 8 identisch
ausgebildet sind. Die Schwappschutzeinrichtung 30 enthält jeweils
eine Düse 5c für jedes
Gefäß 1,
das auf dem jeweiligen Förderer 7, 8 transportiert
wird. Die Düse 5c bewegt
sich zusammen mit dem ihr zugeordneten Gefäß 1 mit der gleichen
Geschwindigkeit über
den gleichen Förderweg
wie das zugeordnete Gefäß 1.
Die Düse 5c weist
ebenfalls eine gekrümmte
Düsenöffnung 11' auf, die sich über eine
vorbestimmte Länge A' in Förderrichtung
erstreckt, die im wesentlichen der Innenweite der Behälteröffnung 1b angepasst ist,
so dass Druckgas lediglich in die Öffnung 1b und nicht
auf die Außenseite
des Gefäßes 1 geblasen
wird. Die Düsenöffnung 11' ist an und
parallel zur Innenwandung des Gefäßes 1 auf eine Schwallerwartungsstelle 4 gerichtet,
was für
beide Kreisförderer 7, 8 die
der jeweiligen Drehachse abgewandte Seite an der Innenfläche des
Gefäßes 1 ist.
Jede der Düsen 5c ist
jeweils über
eine Zufuhrleitung 12 für
das Druckgas mit einem Gasverteiler 13 verbunden, der sich
bevorzugt an der jeweiligen Drehachse der Förderer 7, 8 befindet.
Der Gasverteiler 13 sorgt dafür, dass jede Düse 5c über eine
vorbestimmte Förderstrecke
A mit Druckgas versorgt wird.
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Die
vorbestimmte Förderstrecke
A erstreckt sich im Falle der Schwappschutzeinrichtung 30b am
zweiten Förderer 8 über im wesentlichen
die gleiche Förderstrecke
hinter der Übergabeeinrichtung 10 wie
dies anhand der Vorrichtung 6 gemäß 5 beschrieben
wurde. Der Gasverteiler 13 am zweiten Förderer 8 sorgt weiterhin
dafür,
dass der Einblasdruck, d.h. der Druck, der auf den Flüssigkeitsspiegel
ausgeübt
wird, sich von einem hohen wert in der Nähe der Übergabeeinrichtung 10 zu
einem niedrigeren wert am Ende der Förderstrecke A verringert.
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Die
Schwappschutzeinrichtung 30a des ersten Förderers 7 der
Vorrichtung 26 kann dazu verwendet werden, die Geschwindigkeit
des Förderers 7 zu
erhöhen,
ohne dass es zu einem Überschwappen
der Flüssigkeit
kommt. Zu diesem Zweck sorgt der Gasverteiler 13 dafür, dass
die Düse 5c der
Schwappschutzeinrichtung 30a über die gesamte Förderstrecke des
zugeordneten Gefäßes 1 auf
dem ersten Förderer 7 bläst. Auf diese
Weise wird dem Hochsteigen der Flüssigkeit an der Innenwand des
Gefäßes 1 auf
dem Förderer 7 entgegengewirkt,
das durch die Zentrifugalkräfte
auf dem Förderer 7 bewirkt
wird.
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Die
nachfolgende Tabelle zeigt ein Beispiel einer aktiven Steuerung
des Blasdrucks über
die erforderliche Förderstrecke
A beim Übergeben
eines Gefäßes gemäß 2 von
einem Transferstern (Teilkreis 1080mm) auf einen Verschließer (Teilkreis
1080mm) für
eine Anlageleistung von 55000F1/h, einer Füllhöhe von 22,8 mm, 1666 U/h (166,6°/sec), mit
der Düse 5a.
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Wie
ersichtlich, wurde der Druck am Düsenauslass nach 0,05sec stufenweise
auf 0Pa reduziert, wobei der Anstieg der Flüssigkeit am Ende der Anblasung
mit einer noch langsameren Reduzierung noch weiter vermindert werden
kann.
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Die
Vorrichtung 36 nach 7 unterscheidet
sich von der Vorrichtung 6 nach 5 im Wesentlichen dadurch,
dass hier eine asymmetrische Düse 5d mit
einer Düsenöffnung 11 konstanter
Breite zum Einsatz kommt. Die Gaszufuhr 12 ist an dem in
Förderrichtung
F2 weisenden Ende der Düse 5d seitlich
angeschlossen. Hierdurch ergibt sich in Zusammenwirkung mit der
sich entgegen der Förderrichtung
F2 verjüngenden Höhe der Düse 5d im
Bereich B der Düsenöffnung 11,
der der Gaszufuhr 12 benachbart ist, eine allmähliche Reduzierung
der Strömungsgeschwindigkeit
des ausströmenden
Gases. Dies führt
zu einer entsprechenden Verringerung des durch das einströmende Gas
ausgeübten
Drucks auf die Flüssigkeit
in dem die Düse 5d in Förderrichtung
F2 passierenden Gefäß 1.
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In
Abwandlung der beschriebenen und gezeichneten Ausführungsbeispiele
kann die Erfindung auch bei geradlinigen Förderern oder bei einer Kombination
aus kreis- und geradlinigen Förderern
eingesetzt werden. Die erfindungsgemäße Schwappschutzeinrichtung
kann auch dazu verwendet werden, die Anfahrtgeschwindigkeit zu erhöhen oder
die Abbremszeit zu verringern, wobei mit der erfindungsgemäßen Schwappschutzeinrichtung
das Überschwappen
der Flüssigkeit
bei einer erhöhten
Beschleunigung oder beim starken Abbremsen verhindert wird. Die
mitführbare
Düse muss
nicht unbedingt über
die gesamte Förderstrecke
mitgeführt
werden; es reicht aus, wenn die Düse solange mitgeführt wird,
wie ein Anblasen des Flüssigkeitsspiegels
erforderlich ist.
