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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum gleichmäßigeren Fördern einer Flüssigkeit.
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Es ist bekannt, Flüssigkeiten mittels einer Pumpe, beispielsweise einer Schöpfkolbenpumpe, aus einem Reservoir zu fördern und über ein der Pumpe nachgeordnetes Dosierorgan zu dosieren. Flüssigkeiten im Sinne der Erfindung sind dabei sämtliche mit Hilfe von Pumpen förderbaren fließfähigen Stoffe, insbesondere auch hochviskose Stoffe wie beispielsweise Flüssigklebstoffe.
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Häufig wird die Pumpe mit einem Pneumatikmotor angetrieben. Dieser wird über geeignete Druckleitungen an einen externen Kompressor angeschlossen und auf diese Weise mit Druckluft versorgt. Der am Ausgang der Pumpe anliegende Druck, im Folgenden auch als Förderdruck der Pumpe bezeichnet, verhält sich dabei direkt proportional zum Druck der Druckluft, mit welcher der Pneumatikmotor beaufschlagt wird.
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Zwischen dem Ausgang der Pumpe und dem Eingang des Dosierorgans ist in der Regel eine Schlauchleitung angeordnet, deren Länge sich nach der zu überbrückenden Wegstrecke bemisst. Während eines Fördervorgangs tritt über die Länge der Schlauchleitung ein Druckabfall auf, der umso stärker ausgeprägt ist, je länger die Schlauchleitung ist. Dies hat zur Folge, dass der Druck am Ende der Schlauchleitung, d.h. am Eingang des Dosierorgans, in der Regel deutlich niedriger ist als der Förderdruck der Pumpe, der am Ausgang der Pumpe herrscht.
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Wird die Förderung und Dosierung gestoppt oder unterbrochen, so läuft die Pumpe aufgrund des innerhalb der Schlauchleitung bestehenden Druckgefälles noch nach, um den Druckabfall so teilweise auszugleichen. Dies hat zur Folge, dass sich während der Stillstandzeit der Vorrichtung, in welcher das Dosierorgan verschlossen ist, am Eingang des Dosierorgans ein höherer Druck aufbaut, als er dort während des Fördervorgangs herrscht. Zu Beginn eines nachfolgenden Fördervorgangs kann es daher zu einer mit einem kurzzeitig erhöhten Materialaustrag einhergehenden Überförderung kommen.
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Im Falle einer Förderung von Flüssigklebstoff, welcher beispielsweise in Form einer Kleberaupe aus dem Dosierorgan ausgetragen wird, kann dies eine ungleichmäßige und unerwünschte Verdickung der Kleberaupe zu Beginn eines neuen Dosiervorgangs zur Folge haben. Dies wird als nachteilig empfunden und ist verbesserungswürdig.
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Die Aufgabe der Erfindung liegt daher in der Bereitstellung einer Vorrichtung und eines Verfahrens zum gleichmäßigeren Fördern einer Flüssigkeit, wodurch die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11.
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Spezielle Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß Patentanspruch 1 handelt es sich bei der Erfindung um eine Vorrichtung zum gleichmäßigeren Fördern einer Flüssigkeit aus einem Reservoir, umfassend eine Pumpe, einen mittels Druckluft betriebenen Pneumatikmotor, welcher dazu ausgebildet ist, die Pumpe anzutreiben, eine Druckluftversorgung zur Bereitstellung der Druckluft sowie ein der Pumpe nachgeordnetes Dosierorgan. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorrichtung eine dem Eingang des Pneumatikmotors vorgeschaltete Einheit zur Druckabsenkung aufweist, umfassend ein Wegeventil sowie einen Druckregler, wobei in einer ersten Schaltstellung des Wegeventils der Eingang des Pneumatikmotors mit der Druckluftversorgung verbunden ist und in einer zweiten Schaltstellung des Wegeventils der Eingang des Pneumatikmotors von der Druckluftversorgung getrennt und mit dem Druckregler verbunden ist und wobei der Druckregler dazu ausgebildet ist, den Druck im Pneumatikmotor auf einen gegenüber dem Druck der von der Druckluftversorgung bereitgestellten Druckluft reduzierten Wert zu regeln.
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Mit anderen Worten sieht die Erfindung eine Einheit zur Druckabsenkung vor, mittels derer der Druck im Pneumatikmotor durch gezieltes Entlüften mithilfe des Druckreglers während der Stillstandzeiten der Vorrichtung abgesenkt werden kann. Aufgrund der Proportionalität zwischen dem Druck im Pneumatikmotor und dem Förderdruck der Pumpe wird durch Einsatz der erfindungsgemäßen Einheit zur Druckabsenkung auch der Förderdruck der Pumpe, der am Ausgang der Pumpe herrscht, während der Stillstandzeiten der Vorrichtung abgesenkt. Der Druckregler kann dabei so eingestellt werden, dass während der Stillstandzeiten der Druck am Ausgang der Pumpe im Wesentlichen dem Druck am Eingang des Dosierorgans entspricht, so dass ein Druckgefälle zwischen dem Ausgang der Pumpe und dem Eingang des Dosierorgans und damit ein Nachlaufen der Pumpe während der Stillstandzeit der Vorrichtung vermieden werden kann. Der Druck am Eingang des Dosierorgans kann auf diese Weise während der Stillstandzeit der Vorrichtung auf dem gleichen Wert gehalten werden wie während eines Fördervorgangs. Dies führt bei einem erneuten Anlaufen der Vorrichtung zu einem gleichmäßigeren Ausbringen des Förderguts, da dieses stets unter dem gleichen Druck aus dem Dosierorgan ausgetragen wird.
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Der Einsatz eines Wegeventils innerhalb der Einheit zur Druckabsenkung ermöglicht es dabei, beim Übergang von einem Fördervorgang zu einem Stillstand der Vorrichtung und umgekehrt einfach zwischen der Druckluftversorgung und dem Druckregler umschalten zu können. Während eines Fördervorgangs befindet sich das Wegeventil in einer ersten Schaltstellung, so dass die Druckluftversorgung über das Wegeventil mit dem Eingang des Pneumatikmotors verbunden ist und der Pneumatikmotor mit Druckluft beaufschlagt wird. Soll die Förderung gestoppt oder unterbrochen werden, so wird das Wegeventil aus der ersten in eine zweite Schaltstellung überführt, wodurch der Eingang des Pneumatikmotors von der Druckluftversorgung getrennt und mit dem Druckregler verbunden wird, der dazu ausgebildet ist, eine Absenkung des Drucks im Pneumatikmotor während der Stillstandzeiten der Vorrichtung herbeizuführen. Gleichzeitig mit dem Übergang des Wegeventils aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung und umgekehrt geht ein Schließen bzw. Öffnen des Dosierorgans einher. Das Öffnen und Schließen des Dosierorgans und das Umschalten des Wegeventils erfolgen in miteinander synchronisierter Weise.
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Der Druckregler ist dazu ausgebildet, den Druck im Pneumatikmotor auf einen gegenüber dem Druck der von der Druckluftversorgung bereitgestellten Druckluft reduzierten Wert zu regeln. Durch diese Absenkung des Drucks im Pneumatikmotor während der Stillstandzeit der Vorrichtung kann ein Nachlaufen der Pumpe verhindert und das Druckgefälle zwischen Ausgang der Pumpe und Eingang des Dosierorgans konstant gehalten, Nachteile eines Ausgleichs des Druckunterschiedes, wie beispielsweise eine Überförderung bei Dosierbeginn können vermieden werden.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Wegeventil als 3/2-Wege-Pneumatikventil ausgebildet. Auf einer Eingangsseite weist das 3/2-Wege-Pneumatikventil zwei Eingänge auf, von denen der der eine mit der Druckluftversorgung und der andere mit dem Druckregler verbunden ist. Auf einer Ausgangsseite weist das 3/2-Wege-Pneumatikventil einen Ausgang auf, der mit dem Eingang des Pneumatikmotors verbunden ist. In einer ersten Schaltstellung gibt das 3/2-Wege-Pneumatikventil den Weg von der Druckluftversorgung zum Eingang des Pneumatikmotors frei, während in einer zweiten Schaltstellung die Druckluftversorgung vom Eingang des Pneumatikmotors getrennt ist und der Druckregler an den Eingang des Pneumatikmotors angeschlossen ist. Die Steuerung des 3/2-Wege-Pneumatikventils kann über ein Magnetventil erfolgen.
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Die Einheit zur Druckabsenkung kann ein Manometer umfassen, welches zwischen dem Wegeventil und dem Druckregler angeordnet ist und der Überwachung des durch den Druckregler eingestellten Drucks im Pneumatikmotor dient.
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Gemäß einem Vorschlag der Erfindung ist der Druckregler dazu ausgebildet, den Druck im Pneumatikmotor auf einen Wert im Bereich von 3/4 bis 1/4, vorzugsweise die Hälfte des Drucks der von der Druckluftversorgung bereitgestellten Druckluft zu regeln. Das Druckgefälle zwischen dem Ausgang der Pumpe und dem Eingang des Dosierorgans ist umso ausgeprägter, je länger die sich zwischen Pumpe und Dosierorgan erstreckende Wegstrecke, beispielsweise eine Schlauchleitung, ist und je hochviskoser das geförderte Produkt ist. Ein Absenken des Drucks im Pneumatikmotor auf einen Wert im Bereich von 3/4 bis 1/4, vorzugsweise die Hälfte des Drucks der Druckluft führt für typische Schlauchleitungslängen von bis zu etwa 4 m dazu, dass das Druckgefälle innerhalb der Schlauleitung konstant bleibt. Für sehr große Schlauchleitungslängen ab etwa 4 m kann es erforderlich sein, den Druckregler so einzustellen, dass der Druck im Pneumatikmotor noch weiter abgesenkt wird. Grundsätzlich könnte der Druck im Ruhezustand auch auf null bar abgesenkt werden, Allerdings würde in diesem Fall beim Föderstart deutlich mehr Luft benötigt, um den Motor zu starten und die Pumpe würde verzögert anlaufen. Bei einer Vorgehensweise, nur auf den notwendigen Druck abzusenken, kann ein spürbar, verzögertes Anlaufen der Pumpe vermieden werden.
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Als Pumpe kann erfindungsgemäß eine pneumatisch betriebene Schöpfkolbenpumpe eingesetzt werden.
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Das Dosierorgan der Vorrichtung kann als Dosierventil ausgebildet sein. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein einfachwirkendes 2/2-Wege-Dosierventil mit Federrückstellung handeln. Alternativ kann das Dosierventil auch als doppeltwirkendes 2/2-Wege-Dosierventil ohne Federrückstellung ausgebildet sein. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Dosierorgan als Dosierpumpe ausgebildet.
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Das als Dosierventil ausgebildete Dosierorgan kann pneumatisch mittels Steuerluft betrieben werden. Die Ansteuerung des Dosierventils kann dabei über ein in einem Steuergerät angeordnetes Magnetventil erfolgen.
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Die Erfindung schlägt in einer Ausgestaltung vor, dass das Dosierorgan und das Wegeventil der Einheit zur Druckabsenkung über eine gemeinsame Steuerung synchron ansteuerbar sind. Eine solche gemeinsame Steuerung kann beispielsweise ein in einem Steuergerät angeordnetes Magnetventil umfassen. Dabei kann bei Verwendung eines einfachwirkenden 2/2-Wege-Dosierventils mit Federrückstellung ein 3/2-Wege-Magnetventil im Steuergerät verwendet werden, während ein doppeltwirkendes 2/2-Wege-Dosierventil ohne Federrückstellung zusammen mit einem 5/2-Wege-Magnetventil im Steuergerät verwendet werden kann. Durch die Ansteuerung des Dosierventils und des Wegeventils über ein gemeinsames Magnetventil kann ein paralleles und synchrones Umschalten des Dosierventils und des Wegeventils erreicht werden. Somit ist sichergestellt, dass, sobald das Dosierventil verschlossen ist, der Pneumatikmotor entlüftet und damit der Druck am Ausgang der Pumpe abgesenkt wird. Im Falle von pneumatisch betriebenen Ventilen erfolgt dabei das Umschalten des Wegeventils und des Dosierventils mit der gleichen Steuerluft, eine eigene Steuerung des Wegeventils ist nicht erforderlich.
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Die Druckluftversorgung stellt Druckluft mit einem Druck zwischen 0,5 und 6 bar bereit, vorzugsweise zwischen 1 und 5 bar.
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Gemäß Patentanspruch 11 betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum gleichmäßigeren Fördern einer Flüssigkeit aus einem Reservoir unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend die folgenden Schritte in abwechselnder Folge:
- - zum Starten eines Fördervorgangs: überführen des Wegeventils in die erste Schaltstellung, so dass der Eingang des Pneumatikmotors mit der Druckluftversorgung verbunden ist und der Pneumatikmotor mit der Druckluft beaufschlagt wird, sowie öffnen des Dosierorgans,
- - zum Unterbrechen oder Stoppen eines Fördervorgangs: umschalten des Wegeventils aus der ersten in die zweite Schaltstellung, so dass der Eingang des Pneumatikmotors von der Druckluftversorgung getrennt und mit dem Druckregler verbunden ist, sowie schließen des Dosierorgans.
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Bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Dosierorgan als pneumatisch mittels Steuerluft betriebenes Dosierorgan ausgebildet sein. Die Ansteuerung des Dosierventils kann dabei über ein in einem Steuergerät angeordnetes Magnetventil erfolgen. Die Steuerluft des Dosierorgans kann erfindungsgemäß auch das Umschalten des Wegeventils bewirken. Auf diese Weise ist eine eigene Steuerung des Wegeventils nicht erforderlich und eine synchrone Ansteuerung von Dosierorgan und Wegeventil kann sichergestellt werden.
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Für typische Schlauchleitungslängen von bis zu etwa 4 m zwischen der Pumpe und dem Dosierorgan kann das erfindungsgemäße Verfahren vorsehen, dass der Druckregler den Druck im Pneumatikmotor auf einen Wert im Bereich von 3/4 bis 1/4, vorzugsweise die Hälfte des Drucks der von der Druckluftversorgung bereitgestellten Druckluft regelt.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
- 1: In schematischer Darstellung den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum gleichmäßigeren Fördern einer Flüssigkeit.
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1 zeigt eine im Ganzen mit 1 bezeichnete Vorrichtung zum gleichmäßigeren Fördern einer hier nicht näher dargestellten Flüssigkeit aus einem Reservoir 2. Bei der Flüssigkeit kann es sich beispielsweise um einen Klebstoff handeln, der aus einem 20l Eimer oder aus einem 200l Fass gefördert und ausdosiert wird. Die Vorrichtung 1 umfasst eine als Schöpfkolbenpumpe ausgebildete Pumpe 3, einen mittels Druckluft betriebenen Pneumatikmotor 4, welcher dazu ausgebildet ist, die Pumpe 3 anzutreiben, eine Druckluftversorgung 5 zur Bereitstellung der Druckluft sowie ein der Pumpe 3 nachgeordnetes Dosierorgan 6.
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Dem Eingang 4a des Pneumatikmotors 4 ist eine Einheit zur Druckabsenkung 7 vorgeschaltet, welche ein 3/2-Wege-Pneumatikventil 8 mit Federrückstellung sowie einen Druckregler 9 umfasst.
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Der Ausgang des 3/2-Wege-Pneumatikventils 8 ist über eine Leitung 18 mit dem Eingang 4a des Pneumatikmotors verbunden. Der Druckregler 9 ist über eine Leitung 19 mit einem Eingang des 3/2-Wege-Pneumatikventils verbunden. Die Druckluftversorgung 5 ist über die Leitung 15 mit einem weiteren Eingang des 3/2-Wege-Pneumatikventils 8 verbunden.
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Das 3/2-Wege-Pneumatikventil 8 kann aus einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung und umgekehrt überführt werden. In der ersten Schaltstellung des 3/2-Wege-Pneumatikventil 8 ist die Leitung 15 mit der Leitung 18 verbunden und damit der Weg für die Druckluft über die Leitungen 15 und 18 hin zum Eingang 4a des Pneumatikmotors 4 freigeschaltet. Der Pneumatikmotor 4 wird in dieser Schaltstellung mit Druckluft beaufschlagt. In der zweiten Schaltstellung des 3/2-Wege-Pneumatikventils 8, welche in 1 dargestellt ist, ist der Eingang 4a des Pneumatikmotors 4 von der Druckluftversorgung 5 getrennt und über die Leitungen 18 und 19 ist der Eingang 4a des Pneumatikmotors 4 mit dem Druckregler 9 verbunden.
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Der Druckregler 9 ist dazu ausgebildet, den Druck im Pneumatikmotor 4 auf einen gegenüber dem Druck der von der Druckluftversorgung 5 bereitgestellten Druckluft reduzierten Wert zu regeln.
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Die Einheit zur Druckabsenkung 7 umfasst weiterhin ein Manometer 11, welches zwischen dem 3/2-Wege-Pneumatikventil 8 und dem Druckregler 9 angeordnet ist.
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Die Pumpe 3 wird von dem Pneumatikmotor 4 betrieben und pumpt während eines Fördervorgangs die in dem Reservoir 2 vorgehaltene Flüssigkeit in eine Schlauchleitung 12, welche zwischen der Pumpe 3 und dem Dosierorgan 6 angeordnet ist.
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Das Dosierorgan 6 ist als einfach wirkendes 2/2-Wege-Dosierventil mit Federrückstellung ausgebildet, welches zwischen einer geöffneten Stellung, in welcher Flüssigkeit aus dem Dosierorgan 6 ausdosiert werden kann, und einer geschlossenen Stellung, in welcher keine Flüssigkeit aus dem Dosierorgan 6 ausdosiert werden kann, umgeschaltet werden kann. Die Ansteuerung des Dosierorgans 6 erfolgt über ein 3/2-Wege-Magnetventil 10, welches in einem hier nicht näher dargestellten Steuergerät verbaut ist. Gleichzeitig steuert das 3/2-Wege-Magnetventil 10 auch das 3/2-Wege-Pneumatikventil 8. Mit anderen Worten erfolgt das Umschalten des 3/2-Wege-Pneumatikventils parallel und synchron zum Umschalten des 2/2-Wege-Dosierventils mittels der gleichen Steuerluft. Die Steuerluft wird dabei von der Druckluftversorgung 5 geliefert.
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Der Druck der von der Druckluftversorgung 5 bereitgestellten Druckluft beträgt etwa fünf bar.
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Für ein gleichmäßiges Fördern der Flüssigkeit aus dem Reservoir 2 wird in einem ersten Verfahrensschritt das 3/2-Wege-Pneumatikventil 8 in die erste Schaltstellung überführt, sodass der Eingang 4a des Pneumatikmotors 4 über die Leitungen 15 und 18 mit der Druckluftversorgung 5 verbunden ist und der Pneumatikmotor 4 mit der Druckluft beaufschlagt wird. Gleichzeitig wird das Dosierorgan 6 geöffnet. Der mit der Druckluft beaufschlagte Pneumatikmotor 4 treibt die Pumpe 3 an, welche die Flüssigkeit aus dem Reservoir 2 über die Schlauchleitung 12 zu dem Dosierorgan 6 fördert, über welches die Flüssigkeit nach außen abgegeben wird.
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Zum Unterbrechen oder Stoppen des Fördervorgangs wird in einem zweiten Verfahrensschritt das 3/2-Wege-Pneumatikventil 8 aus der ersten in die zweite Schaltstellung überführt, so dass der Eingang 4a des Pneumatikmotors 4 von der Druckluftversorgung 5 getrennt und mit dem Druckregler 9 verbunden ist. Gleichzeitig wird das Dosierorgan 6 geschlossen. Der Druckregler 9 ist so eingestellt, dass er den Druck im Pneumatikmotor 4 auf die Hälfte des Drucks, der von der Druckversorgung 5 bereitgestellten Druckluft regelt. Dies hat zur Folge, dass während der Stillstandzeit der Vorrichtung 1 der Förderdruck der Pumpe 3, welcher am Ausgang 3a der Pumpe 3 herrscht, niedriger ist, als der dort während eines Fördervorgang herrschende Druck. Der Druckregler 9 kann dabei in Abhängigkeit von der Länge der Schlauchleitung 12 so eingestellt werden, dass der am Ausgang 3a der Pumpe 3 herrschende Druck während der Stillstandzeit der Vorrichtung 1 gleich dem Druck am Eingang des Dosierorgans 6 ist. Somit ist sichergestellt, dass während der Stillstandzeit der Vorrichtung 1 innerhalb der Schlauchleitung 12 das Druckgefälle konstant bleibt. Ein Nachlaufen oder Nachdrücken der Pumpe 3 während der Stillstandzeit der Vorrichtung 1 kann auf diese Weise verhindert werden. Denkbar ist auch eine Einstellung des Druckreglers 9 derart, dass er den Druck im Pneumatikmotor 4 auf die auf einen Wert im Bereich von 3/4 bis 1/4 des Drucks, der von der Druckversorgung 5 bereitgestellten Druckluft regelt
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Zum Starten eines neuerlichen Fördervorgangs wird das 3/2-Wege-Pneumatikventil 8 wieder aus der zweiten in die erste Schaltstellung überführt, so dass der Eingang 4a des Pneumatikmotors 4 wieder mit der Druckluftversorgung 5 verbunden ist und der Pneumatikmotor 4 wieder mit der vollen Druckluft beaufschlagt wird. Gleichzeitig wird das Dosierorgan 6 wieder geöffnet. Die Flüssigkeit tritt nun mit konstantem Druck aus dem Dosierorgan 6 aus.
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Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 und des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein Nachlaufen der Pumpe 3 während der Stillstandzeiten der Vorrichtung 1 wirksam verhindert werden, da der Ausgangdruck der Pumpe niedriger ist als der Eingangdruck am Produktschlauch und ungefähr dem Niveau des Eingangsdrucks des Dosierorgan entspricht. Da so der Druck am Eingang des Dosierorgans 6 mittels einer Entlüftung des Pneumatikmotors 4 konstant gehalten werden kann, wird auf diese Weise sind ein gleichmäßigeres Fördern und Dosieren von Flüssigkeiten möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Reservoir
- 3
- Pumpe
- 3a
- Ausgang
- 4
- Pneumatikmotor
- 4a
- Eingang
- 5
- Druckluftversorgung
- 6
- Dosierorgan
- 7
- Einheit zur Druckabsenkung
- 8
- Wegeventil
- 9
- Druckregler
- 10
- Magnetventil
- 11
- Manometer
- 12
- Schlauchleitung
- 15
- Leitung
- 18
- Leitung
- 19
- Leitung
