DE102014016526A1

DE102014016526A1 - Vorrichtung zum Pumpen einer Flüssigkeit in einer Flüssigkeitsleitung

Info

Publication number: DE102014016526A1
Application number: DE102014016526.4A
Authority: DE
Inventors: Michael Litzenberg; Michael Linke; Werner Lesinski; Rolf Baumgarte; Ludwig Clüsserath; Niels Meyer
Original assignee: KHS Corpoplast GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2014-10-30
Filing date: 2014-10-30
Publication date: 2016-05-04
Also published as: WO2016066274A2; EP3212932A2; US20170321685A1; CN107110146A; WO2016066274A3

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Pumpen einer Flüssigkeit in einer Flüssigkeitsleitung, insbesondere in einer Flaschenabfüllanlage. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Pumpen einer Flüssigkeit in einer Flüssigkeitsleitung vorzuschlagen, deren flüssigkeitsführende Bereiche ohne Demontage des Kolbens oder anderer Eingriffe von Außen in die Vorrichtung gereinigt und/oder desinfiziert werden können. Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zum Pumpen einer Flüssigkeit in einer Flüssigkeitsleitung 1 vorgeschlagen, die ein Pumpenelement 2 und zwei in der Flüssigkeitsleitung stromaufwärts und stromabwärts des Pumpenelements angeordnete Ventile 3, 4 umfasst, wobei das Pumpenelement 2 einen in einem Zylinder 5 laufenden Pumpkolben 6 aufweist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenelement 2 über eine abgeschlossene Kammer 7 mit einem konstanten Volumen einer Sekundärflüssigkeit verfügt, auf die der Pumpkolben 6 wirkt. Weiterhin steht die Kammer 7 durch ein elastisches, flüssigkeitsundurchlässiges Element 8 mit der Flüssigkeitsleitung 1 in Verbindung, das sich unter dem Druck des vom Pumpkolben 6 verdrängten Volumens der Sekundärflüssigkeit verformen kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Pumpen einer Flüssigkeit in einer Flüssigkeitsleitung, insbesondere in einer Flaschenabfüllanlage.
Pumpvorrichtungen zum Pumpen einer Flüssigkeit innerhalb einer Flüssigkeitsleitung können beispielsweise als Kolbenpumpen, Membranpumpen, Exzenterschneckenpumpen oder Peristaltikpumpen ausgestaltet sein. Bei verschiedenen Anwendungen ist es erforderlich, ein genau definiertes Volumen pro Arbeitstakt zu fördern. Eine solche Anwendung ist z. B. die Abfüllung von Flüssigkeiten in Behältern, wie z. B. in der Getränkeindustrie. Hier soll eine Flasche mit einem genau definierten Volumen eines Getränks gefüllt werden. Dies kann auf unterschiedliche Weise sichergestellt werden, etwa durch die Messung eines Volumenstroms oder durch die Messung der Füllhöhe.
Eine zuverlässige Methode, die insbesondere beim volumetrischen Füllen zum Einsatz kommen kann, ist die Verwendung einer Kolbenpumpe, bei der ein Kolben in einem Zylinder Hubbewegungen ausführt und mit jedem Hub ein definiertes Flüssigkeitsvolumen verdrängt. So kann bei einer ersten Hubbewegung des Kolbens ein definiertes Volumen durch eine Zuleitung aus einem Vorratsbehälter in den Kolben gefördert werden. Die Zuleitung wird dann durch ein Absperrventil, das auch als Rückschlagventil ausgebildet sein kann, abgesperrt, so dass keine Flüssigkeit in den Vorratsbehälter zurückfließen kann.
Die Flüssigkeit innerhalb des Zylinders wird anschließend durch einen Kolbenhub in die entgegengesetzte Richtung aus dem Zylinder verdrängt und durch eine Leitung dem zu füllenden Behälter zugeführt. Je nach Form- und Füllverfahren und abzufüllendem Füllgut kann dies unter unterschiedlich hohem Druck erfolgen.
Mit diesem Verfahren kann sowohl ein bereits ausgeformter Behälter befüllt als auch ein Vorformling unter hohem Druck gleichzeitig geformt und gefüllt werden.
Problematisch bei der Verwendung von solchen Kolbenpumpen ist die Reinigung. Es müssen insbesondere bei Flaschenabfüllanlagen zur Abfüllung von Getränken strenge Hygienevorschriften eingehalten werden. Hierzu gehört eine regelmäßige Reinigung und Desinfektion, die allerdings zur Vermeidung von Standzeiten der betroffenen Maschine so schnell wie möglich durchgeführt werden sollen. Außerdem soll der Eingriff in eine Maschine, etwa durch die Demontage von zu reinigenden und zu desinfizierenden Teilen, weitestgehend vermieden werden, um die Kontamination einer Maschine durch von außen eingetragene Keime zu verhindern. Die Füllgut führenden Bereiche einer Maschine sollen möglichst von der Umgebung isoliert sein und ohne Öffnung gereinigt werden können.
Für die Reinigung und Desinfektion solcher Maschinen weitgehend ohne Demontage sind verschiedene Verfahren zum sogenannten „Cleaning in Place” (CIP) entwickelt worden, wobei die Bauteile an ihrem Platz verbleiben.
Schwierig ist jedoch nach wie vor die Reinigung und Desinfektion von Kolben und Zylinder in einer Kolbenanordnung zum Pumpen einer Flüssigkeit, bei der der Kolben im Regelfall demontiert werden muss, um Verunreinigungen zwischen dem Kolben und dem Zylinder zu entfernen. Insbesondere können bei Kolben, die mit einer Dichtung zur Zylinderlaufbahn versehen sind, ohne Demontage Verunreinigungen im Bereich der Dichtung nur unzureichend entfernt werden.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Pumpen einer Flüssigkeit in einer Flüssigkeitsleitung vorzuschlagen, deren flüssigkeitsführende Bereiche ohne Demontage des Kolbens oder anderer Eingriffe von Außen in die Vorrichtung gereinigt und/oder desinfiziert werden können.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zum Pumpen einer Flüssigkeit in einer Flüssigkeitsleitung, insbesondere innerhalb einer Flaschenabfüllanlage, vorgeschlagen, die ein Pumpenelement und zwei in der Flüssigkeitsleitung stromaufwärts und stromabwärts des Pumpenelements angeordnete Ventile umfasst, wobei das Pumpenelement einen in einem Zylinder laufenden Pumpkolben aufweist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenelement über eine abgeschlossene Kammer mit einem konstanten Volumen einer Sekundärflüssigkeit verfügt, auf die der Pumpkolben wirkt. Weiterhin steht die Kammer durch ein elastisches, flüssigkeitsundurchlässiges Element mit der Flüssigkeitsleitung in Verbindung, das sich unter dem Druck des vom Pumpkolben verdrängten Volumens der Sekundärflüssigkeit verformen kann.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann durch Bewegung des Kolbens Flüssigkeit, die sich in der Flüssigkeitsleitung befindet, gepumpt werden. Das pro Arbeitstakt geförderte Volumen wird dabei durch den Arbeitsweg des Kolbens und den Durchmesser des Zylinders bestimmt. Dadurch, dass der Kolben lediglich in der Sekundärflüssigkeit arbeitet und nicht mit der geförderten Flüssigkeit in Berührung kommt, ist die Pumpvorrichtung für Anwendungen einsetzbar, in denen die flüssigkeitsführenden Bereiche regelmäßig gereinigt werden müssen. Die Kolbenpumpe muss für die Reinigung nicht zerlegt werden. Cleaning-in-Place-Verfahren können angewendet werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung vereinigt dabei den Vorteil der einfachen Reinigung von z. B. Membranpumpen mit dem Vorteil des einfach zu bestimmenden Fördervolumen von Kolbenpumpen.
Als elastisches Element können insbesondere ein Faltenbalg oder eine elastische Membran eingesetzt werden. Es können auch eine Rollmembran oder ein Rollbalg eingesetzt werden.
Als Sekundärflüssigkeit eignen sich unter anderem Wasser und Öl.
Ein oder beide Ventile in der Flüssigkeitsleitung können Rückschlagventile sein.
Zur Reinigung und/oder Desinfektion können übliche Reinigungs- und/oder Desinfektionsmittel durch die Flüssigkeitsleitung zugeführt werden, insbesondere flüssige oder gasförmige Reinigungsmittel, wie z. B. auch Wasserdampf.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann sowohl für das Befüllen von bereits geformten Behältern eingesetzt werden als auch für die gleichzeitige Formung und Füllung von Behältern aus Vorformlingen. Der erforderliche Druck kann einfach durch die auf den Kolben ausgeübte Kraft angepasst werden.
Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Abbildungen näher erläutert, die Folgendes darstellen:
1 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpvorrichtung mit einem Faltenbalg;
2a und 2b zeigen schematisch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpvorrichtung mit einer Membran.
Es versteht sich für den Fachmann von selbst, dass die hier dargestellten Zeichnungen lediglich zur Veranschaulichung des Prinzips der Erfindung dienen sollen und nur schematisch und nicht maßstabsgerecht wiedergegeben sind. Insbesondere dienen die dargestellten Abmessungen nur der Veranschaulichung. Die tatsächlichen Abmessungen und Größenverhältnisse kann der Fachmann frei aufgrund seiner Fachkenntnisse bestimmen.
In 1 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Pumpvorrichtung dargestellt. Die Vorrichtung dient zum Pumpen einer in einer Flüssigkeitsleitung 1 befindlichen Flüssigkeit, wie sie z. B. in einer Flaschenabfüllanlage Verwendung findet. Bei dieser Anwendung soll flüssiges Füllgut aus einem in der Figur nicht dargestellten Vorratsbehälter in Richtung des Pfeiles V gefördert und jeweils ein definiertes Volumen in Richtung des Pfeiles B in einen hier ebenfalls nicht dargestellten Behälter eingebracht werden.
Die Pumpvorrichtung verfügt über ein Pumpenelement 2, das an der Flüssigkeitsleitung 1 zwischen zwei Ventilen 3, 4 angeordnet ist, die hier als Rückschlagventile ausgebildet sind. Somit ist das Ventil 3 stromaufwärts des Pumpenelements 2 und das Ventil 4 stromabwärts des Pumpenelements 2 angeordnet.
Das Pumpenelement 2 weist einen in einem Zylinder 5 laufenden Pumpkolben 6 auf. Weiter verfügt das Pumpenelement 2 über eine abgeschlossene Kammer 7, die ein konstantes Volumen Wasser als Sekundärflüssigkeit enthält, das in der Kammer 7 eingeschlossen ist. Der Pumpkolben 6 wirkt auf das eingeschlossene Wasservolumen.
Die Kammer 7 verfügt außerdem über einen elastischen, flüssigkeitsundurchlässigen Faltenbalg 8a, der mit der Flüssigkeitsleitung 1 in Verbindung steht.
Verdrängt der Pumpkolben 6 Flüssigkeit in der Kammer 7, so verformt sich der elastische Faltenbalg 8a und überträgt den Druck auf die Flüssigkeit in der Flüssigkeitsleitung 1, wobei das vom Faltenbalg 8a in der Flüssigkeitsleitung 1 verdrängte Volumen dem vom Pumpkolben 6 verdrängten Volumen entspricht. Die volumetrische Kontrolle der von der Vorrichtung geförderten Flüssigkeit entspricht also derjenigen einer Kolbenpumpe.
Gleichzeitig lassen sich die Füllgut führenden Bereiche der Vorrichtung ohne Demontage mit CIP-Reinigungsverfahren ohne Probleme reinigen und/oder desinfizieren. Der Faltenbalg 8a lässt sich vollständig aus der Flüssigkeitsleitung 1 heraus mit einem Reinigungs- und/oder Desinfektionsmedium beaufschlagen.
In 2a ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Pumpvorrichtung dargestellt. Abweichend von dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel findet hier als elastisches, flüssigkeitsundurchlässiges Element eine Membran 8b Verwendung.
2b zeigt, wie die Membran 8b Flüssigkeit in der Flüssigkeitsleitung 1 verdrängt, wenn der Kolben 6 die Sekundärflüssigkeit in der Kammer 7 verdrängt. Das in der Flüssigkeitsleitung 1 verdrängte, schraffiert dargestellte Volumen entspricht exakt dem von dem Kolben 6 verdrängten Volumen, das ebenfalls schraffiert dargestellt ist.
Auch bei dieser Vorrichtung lassen sich alle Füllgut führenden Bereichen ohne Demontage mit CIP-Verfahren reinigen und/oder desinfizieren. Die Vorrichtung vereinigt die Vorteile von Kolbenpumpen mit den Vorteilen von Membranpumpen.

Claims

Vorrichtung zum Pumpen einer Flüssigkeit in einer Flüssigkeitsleitung (1), insbesondere innerhalb einer Flaschenabfüllanlage, umfassend ein Pumpenelement (2) und zwei in der Flüssigkeitsleitung stromaufwärts und stromabwärts des Pumpenelements (2) angeordnete Ventile (3, 4), wobei das Pumpenelement (2) einen in einem Zylinder (5) laufenden Pumpkolben (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenelement (2) über eine abgeschlossene Kammer (7) mit einem konstanten Volumen einer Sekundärflüssigkeit verfügt, auf die der Pumpkolben (6) wirkt, und dass die Kammer (7) durch ein elastisches, flüssigkeitsundurchlässiges Element (8) mit der Flüssigkeitsleitung (1) in Verbindung steht, das unter dem Druck des vom Pumpkolben (6) verdrängten Volumens der Sekundärflüssigkeit verformbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element eine Membran (8b) oder eine Rollmembran ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element ein Faltenbalg (8a) oder ein Rollbalg ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärflüssigkeit Wasser oder Öl ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eines oder beide Ventile (3, 4) Rückschlagventile sind.