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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Transport von Flüssigkeiten in Behältern, welche einen im Wesentlichen schwappfreien Transport der Flüssigkeit im Behälter ermöglicht.
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Vorrichtungen zum Transport sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Beispielsweise zeigt die
DE 10 2009 029 314 A1 eine Transportvorrichtung mit einem Linearantrieb. Ein Problem derartiger Transportvorrichtungen liegt beim Transport von Flüssigkeiten darin, dass in den Phasen des Beschleunigens und des Abbremsens eine Schwappbewegung innerhalb des Gefäßes auftritt, da ein überlagerter Beschleunigungsvektor, bestehend aus der Erdbeschleunigung und der durch den Transport auftretenden Beschleunigung, nicht mehr senkrecht zur Flüssigkeitsoberfläche steht. Hierdurch schwappt die Flüssigkeit an den Innenwänden eines Behälters und kann gegebenenfalls aus dem Behälter überschwappen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Transport von Flüssigkeiten bereitzustellen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit ein Schwappen der Flüssigkeit in einem Behälter verhindert.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Transport von Flüssigkeiten weist den Vorteil auf, dass ein schwappfreier Transport der Flüssigkeit in einem Behälter möglich ist. Hierzu umfasst die Vorrichtung eine Steuereinheit und eine Aktuatoreinrichtung sowie eine Antriebseinheit zum Bewegen des Behälters. Der Behälter ist dabei schwenkbar an einer Lagerung gelagert, so dass der Behälter um eine Achse schwenkbar ist. Die Steuereinheit ist dabei eingerichtet, den Behälter mittels der Aktuatoreinrichtung bei einer Bewegung des Behälters derart zu schwenken, dass ein Beschleunigungsvektor, bestehend aus der Erdbeschleunigung und einer Transportbeschleunigung, senkrecht zur Flüssigkeitsoberfläche steht. Hierzu wird, wenn der Behälter in Vorwärtsrichtung bewegt wird, der Behälter durch die Aktuatoreinrichtung ebenfalls in Vorwärtsrichtung geschwenkt. Wird der Behälter abgebremst, wird der Behälter durch die Aktuatoreinrichtung in Rückwärtsrichtung geschwenkt, so dass immer der Beschleunigungsvektor senkrecht zur Flüssigkeitsoberfläche steht. Hierdurch wird ein Benetzen der Behälterinnenwand mit Flüssigkeit verhindert und somit ein schwappfreies Anfahren und Abbremsen des Behälters ermöglicht wird.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Besonders bevorzugt umfasst die Antriebseinheit zum Bewegen des Behälters einen Linearantrieb mit einem Primärteil, umfassend Permanentmagneten, und einem Sekundärteil, umfassend Spulen. Besonders bevorzugt sind die Permanentmagnete dabei am Behälter vorgesehen und die Spulen bilden eine Linearstatorschiene, welche einen Fahrweg für den Behälter vorgibt.
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Vorzugsweise liegt die Achse, um welche der Behälter schwenkbar ist, auf einer Oberfläche der Flüssigkeit. Hierdurch kann ein schwapp-freies Schwenken des Behälters sichergestellt werden.
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Weiter bevorzugt ist die Schwenkachse des Behälters eine Horizontalachse und/oder eine Vertikalachse. Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung eine erste Schwenkachse in Horizontalrichtung und eine zweite Schwenkachse, welche ebenfalls in Horizontalrichtung angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist dabei ein Winkel zwischen der ersten und zweiten Schwenkachse rechtwinklig.
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Der Behälter ist besonders bevorzugt ein offener Behälter, insbesondere ein Gasbehälter. Dadurch ist ein leichtes und schnelles Befüllen des Behälters mit Flüssigkeit möglich und dem Transport nachfolgende Schritte können ebenfalls einfach ausgeführt werden. Insbesondere erfolgt nach dem Transport ein Schritt des Gefriertrocknens der transportierten Flüssigkeit. Hierbei ist es besonders wichtig, dass die Flüssigkeit während des Transports keine Innenwände des Behälters benetzt hat, da dies sonst beim Gefriertrocknen zu unerwünschten Abweichungen der gefriergetrockneten Menge führen kann.
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Besonders bevorzugt umfasst die Antriebseinheit ferner eine Führungsschiene, entlang welcher der Behälter geführt wird. Die Führungsschiene ist besonders bevorzugt ein Teil des Linearantriebs.
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Weiter bevorzugt umfasst die Vorrichtung ein erstes Bewegungselement für den Behälter und ein zweites Bewegungselement für die Aktuatorvorrichtung. Dabei weist das erste Bewegungselement einen ersten Antrieb und das zweite Bewegungselement einen zweiten Antrieb auf. Die Antriebe sind separat voneinander ansteuerbar, so dass das erste Bewegungselement unabhängig vom zweiten Bewegungselement bewegbar ist. Das zweite Bewegungselement mit der Aktuatoreinrichtung ist dabei mit dem Behälter über eine Koppeleinrichtung gekoppelt. Durch die unterschiedliche Ansteuerbarkeit der beiden Antriebe des ersten und zweiten Bewegungselements kann somit ein Schwappen durch unterschiedliche Bewegungsabläufe des ersten und zweiten Bewegungselements verhindert werden.
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Die Koppeleinrichtung zur Kopplung des Behälters mit dem zweiten Bewegungselement umfasst vorzugsweise eine oder mehrere Stangen oder andere fixe Koppelelemente.
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Um eine Transportkapazität zu erhöhen, umfasst das erste Bewegungselement vorzugsweise mehrere Behälter, welche durch eine gemeinsame, einzelne Aktuatoreinrichtung am zweiten Bewegungselement gemeinsam gekippt werden können. Hierdurch kann ein Schwappausgleich bei mehreren Behältern mittels einer gemeinsamen Aktuatoreinrichtung ermöglicht werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist ein Behälter zum Transport der Flüssigkeit mehrere Aufnahmevertiefungen zur Aufnahme der Flüssigkeiten auf. Auch hierdurch kann eine transportierte Flüssigkeitsmenge erhöht werden.
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Weiter bevorzugt ist der erste und zweite Antrieb des ersten und zweiten Bewegungselements jeweils ein Linearantrieb, wobei insbesondere am ersten und zweiten Bewegungselement jeweils wenigstens ein Permanentmagnet angeordnet ist.
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Besonders bevorzugt sind dabei das erste und zweite Bewegungselement auf einer gemeinsamen Linearstatorschiene angeordnet. Hierdurch kann eine besonders kompakte Vorrichtung bereitgestellt werden.
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Alternativ sind das erste und zweite Bewegungselement jeweils auf separaten Linearstatorschienen angeordnet. Hierbei verlaufen die beiden Linearstatorschienen parallel zueinander. Dieses System benötigt zwar etwas mehr Bauraum, jedoch ist eine Steuerungskomplexität reduziert.
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Weiter bevorzugt umfasst die Vorrichtung eine erste Schwenkachse und eine zweite Schwenkachse, wobei der Behälter jeweils um beide Achsen schwenkbar ist. Hierbei sind die erste und zweite Schwenkachse senkrecht zueinander angeordnet und beide Schwenkachsen liegen in einer Ebene einer Flüssigkeitsoberfläche im Behälter. Dadurch kann insbesondere bei einer Kurvenfahrt ein effektiver Ausgleich durch Bewegung des Behälters erfolgen, so dass ein schwapp-freier Transport möglich ist.
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Besonders bevorzugt wird der Behälter durch eine Relativbewegung zwischen dem ersten und zweiten Bewegungselement geschwenkt. Hierbei kann eines der Bewegungselemente schneller bewegt werden und/oder ein anderes der Bewegungselemente wird langsamer bewegt. Hierbei umfasst die Aktuatoreinrichtung vorzugsweise eine Steuereinheit, welche eingerichtet ist, die beiden Bewegungselemente unabhängig voneinander anzusteuern.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird insbesondere zum Transport von kleinen Flüssigkeitsmengen, insbesondere in der Pharmaindustrie, verwendet. Durch den erfindungsgemäßen Schwappausgleich kann insbesondere das Vorsehen von Deckeln oder dergleichen während des Transports zwischen verschiedenen Bearbeitungsstationen vermieden werden. Hierdurch kann eine Durchlaufzeit der zu transportierenden Flüssigkeit durch einen Bearbeitungsprozess signifikant reduziert werden. Ein Zwischenschritt zum Verschließen der Behälter entfällt. Somit ist ein deckelfreier Transport möglich.
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Zeichnung
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In der Zeichnung ist:
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1 eine perspektivische, schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Transport von Flüssigkeiten gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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2 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung von 1,
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3 und 4 schematische Seitenansichten der Vorrichtung von 1 im Beschleunigungszustand und im Bremszustand,
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5 eine perspektivische, schematische Ansicht einer Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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6 eine perspektivische, schematische Ansicht einer Vorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
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7 eine perspektivische, schematische Ansicht einer Vorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 eine Vorrichtung 1 zum Transport von Flüssigkeiten im Detail beschrieben.
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Wie aus 1 und 2 ersichtlich ist, umfasst die Vorrichtung 1 einen Behälter 2 zur Aufnahme der zu transportierenden Flüssigkeit. Der Behälter 2 ist dabei schwenkbar um eine Horizontalachse X-X an einer Lagerung 4 gelagert. Die Lagerung 4 ist an einem U-förmigen Halter 11 vorgesehen.
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Ferner umfasst die Vorrichtung 1 eine Antriebseinheit 3, welche in diesem Ausführungsbeispiel einen Linearantrieb 7 umfasst. Der Linearantrieb 7 umfasst eine Vielzahl von Spulen 71, welche eine Linearstatorschiene bilden. Ferner umfasst der Linearantrieb 7 eine Vielzahl von Permanentmagneten 72, welche an einem ersten Bewegungselement 8 und einem zweiten Bewegungselement 9 angeordnet sind.
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Wie insbesondere aus 1 ersichtlich ist, sind die beiden Bewegungselemente 8, 9 reiterförmig auf einer Führungsschiene 73 des Linearantriebs 7 angeordnet. Hierbei sind Rollen 74 an den Bewegungselementen 8, 9 vorgesehen, um eine reibungsarme Bewegung der ersten und zweiten Bewegungselemente 8, 9 herzustellen. Im Stillstand liegt die Horizontalachse X-X auf der Flüssigkeitsoberfläche im Behälter 2.
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Ferner ist eine Steuereinheit 6 vorgesehen, welche eine Transportbewegung des ersten und zweiten Bewegungselements 8, 9 steuert. Das zweite Bewegungselement 9 umfasst eine Aktuatoreinrichtung 5, welche über zwei Koppelstangen 10 mit dem Behälter 2 verbunden ist. Die Aktuatoreinrichtung 5 ermöglicht dabei ein Kippen des Behälters 2, wie in den 1, 3 und 4 gezeigt. Die Koppelstangen 10 sind dabei starr an der Aktuatoreinrichtung 5 angeordnet. 2 zeigt einen Stillstandszustand.
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Wie aus den 1 bis 4 ersichtlich ist, weist somit jedes Bewegungselement 8, 9 einen separaten Antrieb auf. Hierbei nutzen beide Bewegungselemente 8, 9 die gemeinsame Linearstatorschiene 70. Die Steuereinheit 6 ist eingerichtet, das erste Bewegungselement 8 unabhängig vom zweiten Bewegungselement 9 anzutreiben. 2 zeigt den Ausgangszustand der Vorrichtung, bei der die beiden Bewegungselemente 8, 9 stehen. Der Behälter 2 ist hierbei senkrecht stehend angeordnet. 3 zeigt den Beschleunigungsvorgang der Vorrichtung, bei der der Behälter 2 in Richtung des Pfeils A bewegt wird. Hierzu steuert die Steuereinheit 6 sowohl das erste Bewegungselement 8 als auch das zweite Bewegungselement 9 an. Hierbei wird das zweite Bewegungselement 9 etwas verzögert angefahren, damit der Behälter 2 die in 3 gezeigte Kippbewegung in Richtung des Pfeils B ausführt. Der Behälter 2 wird somit etwas in Vorwärtsrichtung gekippt. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, dass eine Flüssigkeitsoberfläche im Wesentlichen in ihrer Position im Behälter verbleibt und nicht im Behälter 2 schwappt. Dadurch kann ein schwappfreies Anfahren und Bewegen des Behälters 2 ermöglicht werden. 4 zeigt einen Bremsvorgang der Vorrichtung 1, bei der eine Geschwindigkeit des Behälters 2 reduziert wird, vorzugsweise bis zu einem Stillstand. Hierbei wird der Behälter 2 mittels der Aktuatoreinrichtung 5 in die entgegengesetzte Richtung verkippt (Pfeil C), um eine Schwappbewegung der Flüssigkeit im Behälter 2 zu vermeiden. Auch im Bremsfall wird somit eine Flüssigkeitsoberfläche so gehalten, dass ein die Erdbeschleunigung und die Transportbeschleunigung umfassender Beschleunigungsvektor senkrecht zur Flüssigkeitsoberfläche ist, damit ein Ausschwappen der Flüssigkeit aus dem Behälter 2 verhindert wird.
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Wie aus den 1 bis 4 ersichtlich ist, ist die Koppelstange 10 an einem unteren Bereich des Behälters 2 angelenkt, so dass durch eine Änderung eines Abstands zwischen dem ersten Bewegungselement 8 und dem zweiten Bewegungselement 9 ein Verkippen des Behälters 2 erfolgt. Somit kann durch ein verzögertes Anfahren des zweiten Bewegungselements 9 oder ein verzögertes Abbremsen des zweiten Bewegungselements 9 auf einfache Weise ein Verkippen des Behälters 2 durchgeführt werden. Hierdurch ist eine Steuerung der beiden Bewegungselemente 8, 9 durch die Speichereinheit 6 relativ einfach.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ermöglicht somit, relativ kostengünstig ein Verkippen des Behälters 2 durchzuführen, um ein Ausschwappen der im Behälter 2 befindlichen Flüssigkeit während des Transports zu vermeiden. Da die Hauptkosten bei dem beschriebenen Linearantrieb 7 in der Streckenlänge liegen, kann durch das Vorsehen eines zusätzlichen zweiten Bewegungselements 9 mit Aktuatoreinrichtung 5 eine sehr kostengünstige Lösung bereitgestellt werden. Sollten auch schnelle Kurvenfahrten ermöglicht werden, kann darüber hinaus noch ein Verkippen um eine zweite Achse, insbesondere eine zweite Horizontalachse, die senkrecht auf der ersten Horizontalachse X-X und im Stillstand auf der Flüssigkeitsoberfläche liegt, ermöglicht werden.
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Die 5 bis 7 zeigen alternative Ausgestaltungen der Erfindung.
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Bei der in 5 gezeigten zweiten Ausgestaltung weist der Behälter 2 eine Vielzahl von Aufnahmevertiefungen 20 auf. Hierdurch kann insbesondere eine transportierte Menge von Flüssigkeit im Behälter vergrößert werden. Die in den Aufnahmevertiefungen 20 befindlichen Flüssigkeiten werden gemeinsam durch eine Aktuatoreinheit 5 verkippt. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel.
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Bei dem in 6 gezeigten dritten Ausführungsbespiel sind drei Behälter 2 am ersten Bewegungselement 8 angeordnet. Die Behälter 2 sind in Reihe angeordnet und jeder Behälter 3 ist über Kopplungsstangen 10 mit einer gemeinsamen Aktuatoreinrichtung 5 verbunden. Hierdurch wird ebenfalls ein gemeinsames Verkippen der drei Behälter 2 ermöglicht. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel auch dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
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7 zeigt eine Vorrichtung 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist beim vierten Ausführungsbeispiel ein zweiter vollständiger Linearantrieb 7' mit einer zweiten Linearstatorschiene 70' vorgesehen. Der zweite Linearantrieb 7' bewegt dabei das zweite Bewegungselement 9. Das erste Bewegungselement 8 ist am ersten Linearantrieb 7 angeordnet. Beide Linearantriebe werden über eine gemeinsame Steuereinheit 6 angesteuert. Das zweite Bewegungselement 9 weist die Aktuatoreinrichtung 5 auf, welche über einen Arm 12 mit einer Koppelstange 10 verbunden ist, welche jeweils an einem unteren Bereich von drei in Reihe angeordneten Behältern 2 am ersten Bewegungselement 8 angreift. Hierdurch wird ein gemeinsames Verkippen der drei Behälter 2 bei einer Relativbewegung zwischen dem ersten Bewegungselement 8 und dem zweiten Bewegungselement 9 sichergestellt. Dieses Ausführungsbeispiel ist besonders einfach anzusteuern, da zwei separate Linearantriebe vorgesehen sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009029314 A1 [0002]
