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PRIORITÄTSBEANSPRUCHUNG
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Diese Anmeldung beansprucht die Vorteile der U.S. Provisional Application No.
62/725,109 , eingereicht am 30. August 2018, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird.
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Dosiersysteme für kryogene Flüssigkeiten und insbesondere auf einen Dosierarm, der mehrere Köpfe für Dosiergeräte für kryogene Flüssigkeiten umfasst.
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HINTERGRUND
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Kryogene Flüssigkeiten, d. h. Flüssigkeiten mit einem Siedepunkt von im Allgemeinen unter -150 °C bei Atmosphärendruck, werden in einer Vielzahl von industriellen Anwendungen eingesetzt. Ein Beispiel ist die Verpackung von Lebensmitteln, Getränken und anderen Produkten.
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Ein Teil flüssiger Stickstoff (ein kryogenes Fluid) erwärmt sich und dehnt sich bei Umgebungstemperatur in 700 Teile gasförmigen Stickstoff aus. Basierend auf dieser Eigenschaft wurden automatisierte Dosiergeräte und -systeme entwickelt, die vor dem Versiegeln präzise abgemessene Dosen flüssigen Stickstoffs in Produktbehälter dosieren. Der eingeschlossene Flüssigstickstoff verdampft und erzeugt so einen Druck innerhalb des Behälters, der dem Behälter Steifigkeit verleiht. Dies ermöglicht die Verwendung einer dünneren Behälterwand, was Materialkosten und Gewicht reduziert. Alternativ wird bei Anwendungen zur Konservierung und modifizierten Verpackungen (MAP) das sich schnell ausdehnende Gas entweichen gelassen, bevor die Produktverpackung versiegelt wird, wodurch der Sauerstoff ausgespült und die Lebensdauer des Produkts verlängert wird. In einer weiteren Anwendung wird eine Dosis flüssigen Stickstoffs eingeführt, um das Lebensmittelprodukt „einzuschließen“ und an der Oberfläche zu gefrieren (z. B. bei neuartigem Speiseeis).
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Ein typisches Dosiersystem nach dem Stand der Technik ist in 1 dargestellt. Der Flüssigstickstoff wird in einem vakuumisolierten Großbehälter 20 gelagert und über vakuumisolierte Rohrleitungen 22 zu einem Phasentrenner 24 geleitet. Der flüssige Stickstoff wird dann über eine Leitung 26 zu einem Dosierer geleitet, der allgemein mit 28 bezeichnet ist. Der Dosierer enthält einen Dosierkörper 30, in dem sich ein isolierter Kryogenquellenbehälter befindet, der den Flüssigstickstoff aus der Leitung 26 aufnimmt. Ein Dosierarm 32 ist mit dem Dosierkörper 30 verbunden und steht in Verbindung mit dem Kryogenquellenreservoir. Ein Dosierkopf 34 ist am distalen Ende des Dosierarms angeordnet. Der Dosierarm 32 umfasst vakuum isolierte Rohrleitungen, so dass flüssiger Stickstoff aus dem Kryogenquellenreservoir des Dosierkörpers zum Dosierkopf 34 geleitet wird. Unterhalb des Dosierkopfes verläuft ein Förderer eines Produktverpackungssystems. Der Dosierkopf enthält ein Ventil, das Tröpfchen mit sehr präzisen Mengen flüssigen Stickstoffs in Produktbehälter abgibt oder einspritzt, während diese auf dem Förderband unter dem Dosierkopf hindurchlaufen.
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Derzeit müssen mehrere Dosierer verwendet werden, um mehrere Leitungen oder Behälter gleichzeitig zu dosieren. Dies ist teuer und erhöht die Garantie- und Wartungskosten. Die Erstellung eines Dosierarms, der mehr als einen Dosierkopf speist, ist für Hersteller und Verbraucher kostengünstiger.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es gibt mehrere Aspekte des vorliegenden Gegenstands, die getrennt oder zusammen in den nachfolgend beschriebenen und beanspruchten Geräten und Systemen verkörpert sein können. Diese Aspekte können allein oder in Kombination mit anderen Aspekten des hier beschriebenen Gegenstands verwendet werden, und die Beschreibung dieser Aspekte zusammen soll die Verwendung dieser Aspekte separat oder die Beanspruchung solcher Aspekte separat oder in verschiedenen Kombinationen, wie in den beigefügten Ansprüchen dargelegt, nicht ausschließen.
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In einem Aspekt umfasst ein Dosierer zur Abgabe eines kryogenen Fluids einen Dosierkörper, der zur Aufnahme des kryogenen Fluids konfiguriert ist. Ein Dosierarm mit einem proximalen Ende und einem distalen Ende hat einen zentralen Durchgang, der sich zwischen dem proximalen und dem distalen Ende erstreckt und so konfiguriert ist, dass er kryogenes Fluid aus dem Dosierkörper aufnimmt. Am distalen Ende des Dosierarms sind mehrere Dosierköpfe angebracht, wobei jeder der Dosierköpfe ein Dosierventil enthält. Die Dosierköpfe sind so konfiguriert, dass sie kryogenes Fluid aus dem zentralen Durchgang des Dosierarms aufnehmen und das kryogene Fluid abgeben, wenn das Dosierventil geöffnet wird.
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In einem anderen Aspekt umfasst ein Dosierarm ein proximales Ende und ein distales Ende sowie einen zentralen Durchgang, der sich zwischen dem proximalen und dem distalen Ende erstreckt und zur Aufnahme eines kryogenen Fluids konfiguriert ist. An dem distalen Ende sind mehrere Dosierköpfe angebracht, wobei jeder der mehreren Dosierköpfe ein Dosierventil enthält. Jeder Dosierkopf ist so konfiguriert, dass er kryogenes Fluid aus dem zentralen Durchgang aufnimmt und das kryogene Fluid abgibt, wenn das Dosierventil geöffnet wird.
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In einem weiteren Aspekt umfasst ein Verfahren zum Dosieren einer Vielzahl von Behältern mit einer kryogenen Flüssigkeit die Schritte des Speicherns eines Vorrats der kryogenen Flüssigkeit in einem Dosierkörper; des Leitens eines Stroms der kryogenen Flüssigkeit durch einen zentralen Durchgang eines einzelnen Dosierarms zu einer Vielzahl von Dosierköpfen, wobei jeder der Vielzahl von Dosierköpfen ein Dosierventil enthält; des Positionierens der Vielzahl von Behältern unter der Vielzahl von Dosierköpfen; und des selektiven Öffnens und Schließens der Dosierventile der Vielzahl von Dosierköpfen.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Ansicht eines Dosiersystems nach dem Stand der Technik;
- 2 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Dosierers;
- 3 ist eine Explosionsdarstellung des Dosierers aus 2;
- 4 ist eine Querschnittsansicht des Dosierkörpers, des Auslassfittings und des Bajonettverschlusses der 1-3;
- 5A ist eine vergrößerte Ansicht des Bajonettsteckers aus 4;
- 5B ist eine Querschnittsansicht des Bajonettsteckers von 5A, aufgenommen entlang der Linie 5B-5B;
- 6 ist eine Seitenansicht der Hülse, des Flansches und des Außenmantels des Bajonettsteckers der 5A und 5B;
- 7 ist eine Seitenansicht des Einsatzes des Bajonettsteckers aus 5A und 5B;
- 8 ist eine perspektivische Ansicht des Dosierarms der 2 und 3;
- 9 ist eine Draufsicht auf den Dosierarm von 8;
- 10 ist eine Querschnittsansicht des Dosierers der 8 und 9, aufgenommen entlang der Linie 10-10 von 9;
- 11 ist eine vergrößerte Seitenansicht der Bajonettbuchse des Dosierarms von 7-10;
- 12 ist eine Querschnittsansicht der Bajonettbuchse von 11, aufgenommen entlang der Linie 12-12 von 11;
- 13 ist eine Querschnittsansicht der zusammengefügten männlichen und weiblichen Bajonettverbinder der 2-12;
- 14A und 14B zeigen den männlichen und weiblichen Bajonettanschlussflansch, eine Buchse und eine Klemme vor dem Zusammenfügen (14A) und nach dem Zusammenfügen und Klemmen (14B);
- 15 ist eine Seitenansicht des Dosierers der 2, 3 und 13 mit den zusammengefügten und geklemmten Bajonettsteckern und -buchsen;
- 16A ist eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform des Dosierers der Offenbarung;
- 16B ist eine Draufsicht auf das Dosiergerät von 16A mit Behältern, die unter den Mehrfachdosierköpfen verlaufen;
- 16C ist eine Seitenansicht des Dosierers und der Behälter aus 16B;
- 17 ist eine schematische Ansicht eines geteilten Steuerkabels des Dosisaktuators, das zur Verwendung mit der in 16A-16C dargestellten Ausführungsform und anderen Ausführungsformen geeignet ist;
- 18 ist eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform des Dosierers der Offenbarung;
- 19A ist eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform des Dosierers der Offenbarung;
- 19B ist eine Draufsicht auf das Dosiergerät von 19A mit Behältern, die unter den Mehrfachdosierköpfen verlaufen;
- 19C ist eine Seitenansicht des Dosierers und der Behälter aus 19B;
- 20A ist eine Draufsicht auf eine vierte Ausführungsform des Dosierers der Offenbarung mit Behältern, die unter den Mehrfachdosierköpfen verlaufen;
- 20B ist eine Seitenansicht des Dosierers und der Behälter aus 20A;
- 21A ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der Offenbarung mit mehreren Dosierern mit Behältern, die unter den mehreren Dosierköpfen laufen;
- 21B ist eine Seitenansicht der Dosierer und Behälter von 21A;
- 22A ist eine Draufsicht auf einen der Dosierer der 21A und 21B mit Behältern, die unterhalb der Mehrfachdosierköpfe in einer alternativen Richtung verlaufen;
- 22B ist eine Seitenansicht des Dosierers und der Behälter aus 22A
- 23A ist eine Draufsicht auf das Dosiergerät der 22A und 22B mit einem gebogenen Adapterarm und Behältern, die unter den Mehrfachdosierköpfen verlaufen;
- 23B ist eine Seitenansicht des Dosierers und der Behälter aus 23A.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ausführungsformen der Erfindung sehen mehrere Dosierköpfe vor, die an einem einzelnen Dosierarm oder Dosierarmgruppe befestigt sind.
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Ein Dosierer mit einer Ausführungsform des austauschbaren Dosierarms der Offenbarung ist in 2 allgemein mit 40 bezeichnet. Das Dosiergerät umfasst einen Dosierkörper 42, der auf einer Säule 44 eines Stativs montiert ist. Der Dosierkörper nimmt, wie zuvor unter Bezugnahme auf 1 beschrieben, Flüssigstickstoff über ein Einlassfitting 46 auf, die über eine Klemme 48 an einer Flüssigstickstoffzufuhrleitung befestigt ist (auch in 3 und 4 dargestellt).
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Wie in 2 und 3 gezeigt, tritt ein vakuumisoliertes, schwanenhalsförmiges Auslassfitting 50 aus dem Boden des Dosierkörpers aus und ist, wie unten genauer beschrieben, über eine Bajonettverbindung an einem vakuumisolierten Dosierarm 52 befestigt. Am distalen Ende des Dosierarms befindet sich ein Dosierkopf 54, in dem, wie weiter unten näher erläutert, ein Dosierventil untergebracht ist. Ein Dosierventil-Stellantrieb 56 ist über einen Adapter 58 an der Oberseite des Dosierkopfes 54 montiert und betätigt den Ventilschaft 57 zum Öffnen und Schließen des Dosierventils im Dosierkopf 54. Dadurch werden Tröpfchen von Flüssigstickstoff in sehr präzisen Mengen durch die optionale Heizplatte 60, die am Boden des Dosierkopfes befestigt ist, abgegeben.
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Wie in
4 gezeigt, enthält der Dosierkörper, der allgemein mit
42 bezeichnet ist, einen vakuumisolierten Behälter, der den flüssigen Stickstoff aufnimmt. Genauer gesagt umfasst der Dosierkörper
42 einen äußeren Mantel
62 und einen inneren Tank
64, wobei der Raum dazwischen
66 luftleer ist, so dass das vakuumisolierte Reservoir vorhanden ist. Ein Vorrat an flüssigem Stickstoff
68 (der von dem Einlassfitting
46 aufgenommen wird) wird im Innentank
64 gespeichert. Weitere Einzelheiten zum Aufbau des Dosierkörpers sind nur beispielhaft in dem US-Patent Nr.
6,182,715 von Ziegler et al. dargestellt, dessen Inhalt hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird. Darüber hinaus ist der Inhalt der allgemein anerkannten
zugewiesenen U.S. Patent Appl. No.
15/787,859 (U.S. Patent Appl. Publication No. U.S.
2018/0119884 ) von Gaddis et al. werden hiermit ebenfalls durch Bezugnahme einbezogen.
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Das Auslassfitting des Dosierers, in 4 allgemein mit 50 bezeichnet, besitzt ein Innenrohr 72 und einen Außenmantel 74. Ein männlicher Bajonettanschluss, in 4, 5A und 5B allgemein mit 76 bezeichnet, ist am distalen Ende des schwanenhalsförmigen Auslassfittings angeordnet. Der männliche Bajonettanschluss umfasst eine Hülse 78, die in Umfangsrichtung am Außenmantel 74 durch Schweißen, Löten, Kleben oder andere in der Technik bekannte Anordnungen befestigt und abgedichtet ist. Die Hülse 78 ist mit einem ringförmigen Flansch 82 versehen. Von dem Hülsenflansch erstreckt sich ein Einführfitting 84.
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Der Einführschaft 84 des männlichen Bajonettsteckers enthält einen rohrförmigen Schaftmantel, der in den 5A, 5B und 6 mit 86 bezeichnet ist. Wie in 6 dargestellt, enthält der Schaftmantel 86 einen sich in Umfangsrichtung verjüngenden distalen Spitzenabschnitt 88. Ein männlicher Bajonettstecker-Einsatz, in 7 allgemein mit 92 bezeichnet, enthält ein Innenrohr 94, das optional mit einer Umhüllung 96 versehen ist. Das Innenrohr 94 kann beispielsweise aus rostfreiem Stahl bestehen, und die Umhüllung 96 kann CRS WRAP sein, das von Lydall, Inc. aus Rochester, New Hampshire, erhältlich ist. Der Einsatz 92 umfasst auch eine Flanschbuchse 98, die, nur als Beispiel, aus Edelstahl 304 oder Edelstahl 316L hergestellt sein kann.
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Wie in den 5A und 5B dargestellt, wird der Einsatz 92 aus 7 durch einen zentralen Durchgang eingeführt, der durch die Hülse 78 und den Spindelmantel 86 aus 6 gebildet wird. Dadurch wird die Flanschbuchse 98 dichtend in der Hülse 78 aufgenommen. Die distale Spitze des Innenrohrs ist in Umfangsrichtung an der Spitze des verjüngten distalen Spitzenteils 88 des Mantelrohrs 86 durch Schweißen, Hartlöten, Kleben oder andere in der Technik bekannte Befestigungsanordnungen befestigt und abgedichtet. Dadurch wird ein ringförmiger Isolierraum gebildet, der in 5B mit 102 gekennzeichnet ist. Wie in 4 bei 104 angegeben, stößt das proximale Ende des Innenrohrs 94 an das distale Ende des Innenrohrs 72 des Auslassfittings 50 und ist in Umfangsrichtung durch Schweißen, Hartlöten, Kleben oder andere in der Technik bekannte Anordnungen daran befestigt und abgedichtet.
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In den 8 und 9 ist der Dosierarm aus 2 allgemein mit 52 und der Dosierkopf mit 54 bezeichnet. Der Dosierarm 52 umfasst einen Dosierarm-Außenmantel, der allgemein mit 110 bezeichnet ist und einen sich in Umfangsrichtung verjüngenden proximalen Endabschnitt 112 umfasst. Das distale Ende des Mantels 110 ist in Umfangsrichtung am Dosierkopf 54 befestigt und abgedichtet. Am Dosierkopf 54 ist eine optionale Halterung 114 vorgesehen, an der Komponenten für spezielle Anwendungen befestigt werden können. An der Oberseite des Dosierkopfes 54 befindet sich eine Halterung 116 zur Befestigung des Dosieraktors (wie 56 in 1). Wie bereits erwähnt, ist zwar ein einzelner Dosierkopf 54 dargestellt, doch könnten stattdessen mehrere Dosierköpfe am distalen Ende des Dosierarms 52 angebracht werden.
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Wie in 10 dargestellt, ist ein Dosierarm-Innenrohr 120 innerhalb des Außenmantels 110 positioniert. Wie in den 11 und 12 dargestellt, ist eine Hülse 122, einschließlich eines ringförmigen Flansches 124, über eine Flanschbuchse 126 (12) am proximalen Ende des Innenrohrs 120 umfangsmäßig befestigt und abgedichtet. Das Innenrohr 120 kann beispielsweise aus rostfreiem Stahl gefertigt sein. Die Flanschbuchse 126 kann, nur als Beispiel, aus rostfreiem Stahl 304 oder rostfreiem Stahl 316L hergestellt sein.
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Zurück zu 10: Die Muffe 122 der 11 und 12 ist in Umfangsrichtung am verjüngten Endabschnitt 112 des Außenmantels 110 durch Schweißen, Hartlöten, Kleben oder eine andere in der Technik bekannte Befestigungsanordnung befestigt und abgedichtet. Ein Faltenbalg 126 ist mit einem Ende am distalen Ende des Innenrohrs 120 befestigt. Ein Rohrabschnitt 128 verbindet das andere Ende des Faltenbalgs mit einem Ventilkörper 130. Der Faltenbalg nimmt die thermische Ausdehnung des Innenrohrs 120 auf, wenn der kalte Flüssigstickstoff hindurchfließt bzw. aufhört zu fließen. Der Faltenbalg 126 kann, nur als Beispiel, aus rostfreiem Stahl 304 oder rostfreiem Stahl 316L hergestellt sein.
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Mit Bezug auf
10 fließt während des Gebrauchs des Dosierers flüssiger Stickstoff in eine Vorratskammer
129, die durch den Ventilkörper
130 definiert ist. Ein Nadelventilschaft, der in der geschlossenen Position phantomhaft mit
57 dargestellt ist (auch in
3 gezeigt), wird durch den Dosierventilaktuator (
56 in
2 und
3) manipuliert. Wenn das Dosierventil geöffnet wird, bewegt sich die Ventilstange
57 nach oben und weg vom Ventilsitz
131. Infolgedessen treten ein oder mehrere Tropfen Flüssigstickstoff aus der Vorratskammer
129 aus dem Boden des Dosierkopfes
54 aus, wie durch Pfeil
133 angezeigt. Alternative Ausführungsformen des Dosierventils und des Dosierkopfes sowie beispielhafte Details des Dosierventilbetätigers sind in dem
US-Patent Nr. 7,281,550 von Ziegler, dessen Inhalt hiermit durch Bezugnahme einbezogen wird, sowie in dem US-Patent Nr.
6,182,715 von Ziegler et al. dargestellt, die zuvor durch Bezugnahme einbezogen wurden.
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Das Innenrohr 120 definiert einen zentralen Durchgang, der so bemessen ist, dass er das Einführfitting 84 (3-5) des männlichen Bajonettverschlusses aufnehmen kann. Dadurch wird am proximalen Ende des Dosierarms 52 ein weiblicher Bajonettanschluss gebildet.
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Zwischen dem Innenrohr 120 und dem Außenmantel 110 ist ein ringförmiger Raum 132 definiert. Eine Vakuumanschlussbaugruppe, die in 10 allgemein mit 134 bezeichnet ist, ermöglicht die Evakuierung von Luft aus dem ringförmigen Raum, um den Dosierarm mit einer Vakuumisolierung zu versehen. Die Vakuumanschlussbaugruppe umfasst ein Fitting 136, das einen Durchgang definiert, der in Fluidverbindung mit dem ringförmigen Raum 132 steht. Ein Verschlussstopfen 138 ist abnehmbar im Fitting positioniert und wird während der Evakuierung der Luft aus dem ringförmigen Raum entfernt und danach wieder eingesetzt. Eine abnehmbare Kappe 142 greift in das Fitting 136 ein, um den Stopfen 138 abzudecken. Eine abnehmbare Abdeckung 144 greift in eine Basis 146 ein, um die Vakuumanschlussbaugruppe zu schützen, wenn sie nicht verwendet wird.
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Wie in 13 dargestellt, wird die männliche Bajonettverbindung der 3 und 4 mit der weiblichen Bajonettverbindung der 10 verbunden, indem der Einführungsschaft 84 der männlichen Bajonettverbindung in den zentralen Durchgang eingeführt wird, der durch das Innenrohr 120 der weiblichen Bajonettverbindung definiert ist. Das Einführen wird fortgesetzt, bis der Ringflansch 82 des männlichen Bajonettanschlusses an den Ringflansch 124 des weiblichen Bajonettanschlusses angrenzt, wie in 13 dargestellt. Eine Buchse, die in den 8, 9 und 14A mit 150 gekennzeichnet ist, wird zwischen den Ringflanschen positioniert.
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Die Bajonettverbindung wird mit der in den 8, 9, 14A und 14B mit 152 bezeichneten Klemme abgedichtet. Genauer gesagt, wie in den 8, 9, 14A und 14B dargestellt, umfasst die Klemme eine zentrale Öffnung, die durch eine Innenfläche und eine in der Innenfläche ausgebildete Ringnut 154 definiert ist. Die Klemme ist aus einem flexiblen Material (z. B. Metall) hergestellt und kann auf einen reduzierten Durchmesser geschlossen und durch Betätigung eines Riegels oder einer Klammer 156 verriegelt oder entriegelt und geöffnet werden. Geeignete Klemmen sind in der Technik gut bekannt.
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Wie in den 14A und 14B dargestellt, wird die Bajonettverbindung in der in 13 dargestellten Konfiguration verriegelt, indem die ringförmigen Flansche 82 und 124 in die zentrale Öffnung der Klemme 152 mit der dazwischen liegenden Dichtung 150 eingesetzt werden. Der Riegel 156 der Klemme wird dann geschlossen, so dass die Flansche 82 und 124 in der ringförmigen Nut 154 der Klemme mit der dazwischenliegenden komprimierten oder eingeklemmten Dichtung 150 befestigt werden, wie in den 14B und 15 gezeigt.
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Anstelle der abgebildeten Klammer können auch andere in der Technik bekannte Anordnungen zur Befestigung der Flansche des männlichen Bajonettsteckers und der weiblichen Bajonettbuchse verwendet werden. Nur als Beispiel: Die Flansche können durch Befestigungselemente, wie z. B. Schrauben, die durch in den Flanschen ausgebildete Öffnungen geführt werden, aneinander befestigt werden.
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In einer alternativen Ausführungsform kann die Ausrichtung der männlichen und weiblichen Bajonettanschlüsse der Bajonettverbindung umgekehrt sein. Genauer gesagt könnte das Auslassfitting 50 des Dosierkörpers mit dem weiblichen Bajonettanschluss versehen werden, während das proximale Ende des Dosierarms 52 mit dem männlichen Bajonettanschluss versehen werden könnte.
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Mit Bezug auf 15 hat der Dosierarm 52 eine durch die Pfeile 160 angedeutete Länge. Wenn eine Benutzeranwendung eine andere Länge erfordert, kann die Klemme 152 einfach geöffnet, der vorhandene Dosierarm entfernt und stattdessen ein anderer Dosierarm der gleichen Konstruktion, aber mit einer anderen Länge 160, an der Dosierausgangsverschraubung 150 angebracht werden. Die Länge 160 kann z. B. 15 Inch oder 22,5 Inch betragen.
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Durch die Verwendung eines einzigen Dosierkörpers und austauschbarer Dosierarme ist das oben beschriebene Dosiergerät wirklich modular und ermöglicht schnelle, kostengünstige kundenspezifische Lösungen für spezielle Situationen, die beim Anwender auftreten können.
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In den in 16-18 dargestellten Ausführungsformen der Offenlegung wird ein Flüssigstickstoff-Dosierer mit mindestens einem vakuumisolierten Arm verwendet, der mehr als einen Dosierkopf versorgt. Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen machen die Anschaffung und Installation mehrerer Dosierer für Fülllinien mit mehrbahnigen Füllvorgängen überflüssig. Unter Verwendung der oben beschriebenen Technologie mit austauschbaren Armen, mit Bezug auf 16, können mehrere Dosierköpfe am Ende eines Dosierarms hinzugefügt werden, um mehrere Bahnen gleichzeitig von einem Dosierkörper zu dosieren.
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Wie unten beschrieben, können die Mehrfachdosierköpfe an einem festen Dosierarm oder einem austauschbaren Dosierarm angebracht werden.
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Ein Dosiersystem, das eine Ausführungsform des Mehrkopf-Dosierarms der Offenbarung enthält, ist in den 16A-16C allgemein mit 208 bezeichnet. Das Dosiergerät umfasst einen Dosierkörper 210, der Entlüftungsöffnungen 214 und 218 und eine Einlassöffnung 216 umfasst. Die übrigen Details des Dosierkörpers 210 können wie oben für den Dosierkörper 42 der 2-4 beschrieben sein. Der Dosierkörper nimmt Flüssigstickstoff (oder eine andere kryogene Flüssigkeit) über die Einlassöffnung 216 auf, die an eine Flüssigstickstoff-Versorgungsleitung angeschlossen ist.
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Ein vakuumisoliertes schwanenhalsförmiges Auslassfitting 212 tritt an der Unterseite des Dosierkörpers 210 aus und ist, wie oben beschrieben, über eine Bajonettverbindung abnehmbar mit einem vakuumisolierten Dosierarm 220 verbunden. Am distalen Ende des Dosierarms sind mehrere Dosierköpfe 222a-222c montiert. Der flüssige Stickstoff wird im Dosierkörper bei atmosphärischem Druck gehalten und durch Schwerkraft den Arm hinunter zu den Dosierköpfen geleitet, wenn die Abgabe erfolgt.
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Dosierventilaktuatoren 224a-224c sind jeweils an den Oberseiten der Dosierköpfe 222a-222c montiert und betätigen Dosierventile innerhalb der Dosierköpfe 222a-222c, um das Dosierventil innerhalb jedes Dosierkopfes zu öffnen und zu schließen. Als Ergebnis werden Tröpfchen von Flüssigstickstoff in sehr präzisen Mengen („dosiert“) aus den Dosierköpfen 222a-222c in Behälter 228 ( 16B und 16C) oder andere Gefäße abgegeben, die unterhalb der Dosierköpfe auf einzelnen (oder kombinierten) Förder- oder anderen Fließbandsystemen vorbeiführen, wie durch Pfeil 229 in 16B angedeutet.
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Nur als Beispiel: Die Ventile in den Dosierköpfen 222a-222c können stangenbetätigte Ventile, pneumatische oder elektrische Magnetventile sein, die einzeln von einer Systemsteuerung gesteuert werden. Nur als Beispiel kann die Steuerung einen Mikroprozessor oder ein anderes elektronisches Steuergerät enthalten.
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Die Systemsteuerung kann mit den Dosierventilaktoren über ein geteiltes Steuerkabel kommunizieren, ein Beispiel dafür ist in 17 dargestellt und allgemein mit 230 bezeichnet. Das Steuerkabel weist einen Stammkabelabschnitt 232 auf, an dessen einem Ende sich ein Stecker 234 befindet. Der Stecker ist mit der Systemsteuerung verbunden, die in der Abbildung mit 236 bezeichnet ist. Das andere Ende des Stammkabelabschnitts 232 ist mit einer Kabelverzweigung 238 verbunden. Die Zweigkabelabschnitte 240a-240d sind mit ihren proximalen Enden an die Kabelverzweigung 238 angeschlossen. Die distalen Enden der Abzweigkabelabschnitte 240a-240d sind mit Steckverbindern 242a-242d versehen, die mit den Dosierventilaktoren (wie 224a-224c plus einem zusätzlichen Dosierventilaktor, nicht dargestellt, als 224d) verbunden sind.
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Die Systemsteuerung 236 und/oder andere Komponenten des Systems können so konfiguriert werden, dass die mehreren Dosierköpfe und Aktuatoren so aktiviert werden, dass sie gleichzeitig oder unabhängig voneinander dosieren.
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Wie in 18 dargestellt, ist in einer alternativen Ausführungsform ein isolierter Dosierarm 320, der mit mehreren Dosierköpfen 324a-324b und entsprechenden Dosierventilbetätigungen 324a-324b versehen ist, mit seinem proximalen Ende 326 fest an der Seite eines Dosierkörpers 308 montiert. Die übrigen Aspekte dieses Systems sind wie oben in Bezug auf die 16A-16C beschrieben.
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Wie in den 19A-19C dargestellt, ist in einer weiteren alternativen Ausführungsform ein isolierter Dosierarm 420, der mit mehreren Dosierköpfen 424a-424c und entsprechenden Dosierventilbetätigungen 424a-424c versehen ist, mit seinem proximalen Ende 426 fest am Boden eines Dosierkörpers 408 montiert. Die übrigen Aspekte dieses Systems sind wie oben in Bezug auf die 16A-16C beschrieben. Als Ergebnis wird flüssiger Stickstoff von den Dosierköpfen 422a-422c in Behälter 428 (19B und 19C) oder andere Gefäße dosiert, die unterhalb der Dosierköpfe auf einzelnen (oder kombinierten) Förder- oder anderen Fließbandsystemen verlaufen, wie durch Pfeil 429 in 19B angedeutet.
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Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf mehrere Köpfe in einem linearen Muster, wie in den 16A-19C dargestellt, oder auf die Anzahl der gezeigten Mehrfachdosierköpfe beschränkt ist. Vielmehr umfasst die Erfindung mehrere Dosierköpfe in beliebiger Anzahl und Ausrichtung, die von einem Dosierkörper gespeist werden. Die dargestellten Ausführungsformen zeigen alle linear angeordnete Dosierköpfe am Ende eines Arms. Es können auch andere Muster und Anordnungen verwendet werden. Nicht einschränkende Beispiele sind in den 20A-23B dargestellt.
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In einer alternativen Ausführungsform zeigen die 20A und 20B das Dosiergerät der 16A-16C, bei dem ein zusätzlicher Zweigarm 221 vom Arm 220 abzweigend vorgesehen ist. Dieser zusätzliche Zweigarm ist am distalen Ende mit einem Dosierkopf 223 und einem Dosierkopfantrieb 225 versehen.
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In einer weiteren alternativen Ausführungsform, die in den 21A und 21B dargestellt ist, wurde ein zweites Dosiergerät, allgemein mit 508 bezeichnet, hinzugefügt und neben dem Dosiergerät der 20A und 20B positioniert. Das Dosiergerät 508 umfasst einen Dosierkörper 510, der neben dem Dosierkörper 210 der 20A und 20B positioniert ist. Das Dosiergerät 508 umfasst auch ein Paar von Zweigarmen 521a und 521b, die den Arm 520 flankieren, wobei sich an den distalen Enden der Arme 520, 521a und 521b jeweils ein Dosierkopf und ein Dosierkopfantrieb befinden. In den 21A und 21B wird der Dosierer 508 verwendet, um Behälter, die unter den Dosierköpfen der Arme 520, 521a und 521b laufen, in einer sequentiellen oder seriellen Weise zu dosieren.
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Unter Bezugnahme auf die 22A und 22B kann das Dosiergerät 508 der 21A und 21B alternativ verwendet werden, um Behälter 528 zu dosieren, die unter jedem Dosierkopf parallel laufen, wie durch den Pfeil 529 (22A) angedeutet.
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Wie in 23A und 23B dargestellt, kann ein gebogener Adapterarm 620 zwischen dem aus dem Dosierkörper 510 austretenden Auslassfitting 512 und dem Arm 520 positioniert und verbunden werden. Dadurch kann die Positionierung der Mehrfach-Dosierköpfe und Aktoren schnell, kostengünstig und einfach geändert werden.
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Während die bevorzugten Ausführungsformen der Offenbarung gezeigt und beschrieben wurden, wird es für den Fachmann offensichtlich sein, dass Änderungen und Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne vom Geist der Offenbarung abzuweichen, deren Umfang durch die folgenden Ansprüche definiert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 62/725109 [0001]
- US 6182715 [0014, 0021]
- US 15/787859 [0014]
- US 2018/0119884 [0014]
- US 7281550 [0021]
