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.Verfahren und Vorrichtung zum Füllen von Feststoffe einschließenden
Behältern mit Flüssigkeit (Zusatz zu Patent ..........
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(Patentanmeldung P 21 26 307.0)) Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Füllen von Feststoffe einschließenden, bis auf eine Einfüllöffnung
dicht abgeschlossenen Behältern wie Batterie zellen mit einer bestimmten Menge Flüssigkeit,
wobei zunächst der Innenraum des Behälters evakuiert, sodann die zur Tränkung der
in der Form einer saugfähigen Masse vorliegenden Feststoffe erforderliche Menge
Flüssigkeit genau abgemessen und hierauf die abgemessene Menge unter Überdruck durch
die Einfüllöffnung in den Behälter eingeleitet wird, nach Patent . ... ... (Patentanmeldung
P 21 26 307.0).
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Ein solches Verfahren zeichnet sich dadurch aus,- daß die Behälter
sich in besonders kurzer Zeit füllen lassen und dabei ein sehr enger Genauigkeits-Toleranzbereich
eingehalten werden kann. Gleichzeitig ist sichergestellt, daß es zu keiner Verschmutzung
der Behälteraußenseite kommt, außerdem Flüssigkeitsverlusta vermieden werden. Jedoch
tritt bei diesem Verfahren eine gewisse Problematik insofern auf, als nach dem Einleiten
der abgemessenen Menge in den Behälter durch Kapillarwirkung, Oberflächenhaftung
o. dgl. Restmengen der Füllflüssigkeit auf dem Wege von einer die Flüssigkeit enthaltenden
Vorratsstelle zu der Einfüllöffnung des Behälters zurückbleiben können, so daß dann
jedenfalls bei Befüllung des Behälters mit sehr kleinen Mengen doch noch Dosierungenauigkeiten
auftreten
können. Unter Umständen führen die zurückgebliebenen Restmengen nach Abschluß des
Füllvorgangs auch zu einem Nachtropfen, durch das die an sich zu vermeidende Verschmutzung
eintreten kann. Dieser Umstand macht sich besonders dann unangenehm und störend
bemerkbar, wenn es sich um eine aggressive Flüssigkeit wie etwa Kalilauge handelt.
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Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs
genannten Art so weiterzubilden, daß ein Nachtropfen von ggf. beim Füllvorgang außerhalb
des Behälters zurückgebliebenen Restmengen der Flüssigkeit in jedem Fall mit Sicherheit
unterbunden wird.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt dadurch, daß auf überschüssig abgegebene,
von dem Behälter nicht aufgenommene Flüssigkeit nach Abschluß eines Füllvorgangs
bis zum Beginn eines neuen Füllvorgangs fortlaufend ein die überschüssige Flüssigkeit
absaugender Unterdruck ausgeübt wird.
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Dadurch wird auf einfache und zuverlässige Weise verhindert, daß nach
Abschluß des Füllvorgangs noch zurückgebliebene Füllflüssigkeit in unkontrollierter
Weise nachläuft und dadurch etwa auf die Außenseite des Behälters trifft und diesen
verschmutzt, die Dosiergenauigkeit beeinträchtigt oder aber auch unnötige Verluste
bedingt.
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Vorzugsweise kann der auf die überschüssige Flüssigkeit einwirkende
Druck gleichzeitig zur Evakuierung des Behälters dienen.
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Eine zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung besonders
geeignete Vorrichtung, mit einer eine Einfüllöffnung für die Flüssigkeit aufweisenden,
im Normalzustand durch ein Rückschlagventil dicht abgeschlossenen Dosierpumpe, die
mit ihrer Austrittsöffnung an einen Füllstutzen angeschlossen ist, der an seinem
der Austrittsöffnung abgewandten Ende in einen zum druckdichten Anlegen an die Einfüllöffnung
des Behälters geeigneten Kopf ausmündet, kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung
dadurch gekennzeichnet
sein, daß der Verbindungsweg zwischen Austrittsöffnung
und Kopf bei geschlossenem Rückschlagventil und Abwesenheit des gefüllten Behälters
mit einer einen ständigen Unterdruck erzeugenden Vorrichtung verbunden ist. Der
auf den Verbindungsweg zwischen Austrittsöffnung und Kopf einwirkdende Unterdruck
greift unmittelbar an der ggf. zurückgebliebenen Restmenge an und kann diese wirksam
absaugen.
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Zweckmäßigerweise wird der Unterdruck mittels einer Vakuumpumpe erzeugt,
die an den Verbindungsweg über ein Sperrventil angeschlossen ist. Dieses Sperrventil
kann sich im geschlossenen Zustand befinden, solange der Behälter mit Flüssigkeit
beschickt wird und anschließend gegen einen neuen, erst noch zu befüllenden Behälter
ausgetauscht wird. Sobald die Evakuierung des neuen Behälters einsetzt, kann das
Sperrventil sich im geöffneten Zustand befinden, so daß der Unterdruck den Verbindungsweg
von Restflüssigkeit befreit und gleichzeitig für die erforderliche Fvakuierung des
zu füllenden Behälters sorgt. Sobald der Füllvorgang einsetzt, nimmt das Sperrventil
wieder seinen geschlossenen Zustand ein und unterbindet die weitere Einwirkung des
Unterdrucks auf den Verbindungsweg zwischen Dosierpumpe und Behälter.
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Vorzugsweise sind das Rückschlagventil und das Sperrventil, ferner
ein zum Anlegen eines zu füllenden Behälters an den Kopf des Füllstutzens bzw. zum
Abziehen des gefüllten Behälters von dem Kopf des Füllstutzens geeigneter Hubmechanismus
über eine Zwangssteuerung miteinander gekoppelt, so daß das Sperrventil den Weg
für den Unterdruck zu dein Verbindungsweg nur während der gewünschten Phasen des
Füllvorgangs freigibt, im übrigen jedoch diesen Weg unterbricht.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in
Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. Die Zeichnung zeigt schematisch
und im wesentlichen im Schnitt eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform
einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung.
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Im einzelnen ist mit 50 allgemein eine Dosierpumpe bezeichnet, die
mit einem Behälter 54 in Verbindung steht, in dessen Innerem Feststoffe 55 angeordnet
sind, die mit einer bestimmten Menge Flüssigkeit getränkt werden sollen. Der Behälter
54 wird von einem allgemein mit 56 bezeichneten Hubmechanismus getragen, durch den
der Behälter je nach Bedarf mit der Dosierpumpe gekoppelt bzw. von dieser getrennt
werden kann.
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In den von einem Kanal 78 gebildeten Verbindungsweg zwischen der Dosierpumpe
50 und dem Behälter 54 ist ein allgemein mit 58 bezeichnetes Sperrventil geschaltet,
das mit einer Vakuumpumpe 60 gekoppelt ist, die je nach Einstellung des Sperrventils
auf den Verbindungsweg einwirkt bzw. ohne Wirkung auf diesen bleibt.
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Die Dosierpumpe 50 weist eine Einfüllöffnung 62 mit einem vorgeschalteten
ersten Rückschlagventil 64 auf, durch die die Flüssigkeit für den Behälter 54 in
das Innere eines Pumpengehäuses 72 der Dosierpumpe 50 eindringen kann. Das Rückschlagventil
64 (bzw. die Einfüllöffnung 62) steht dabei vorzugsweise mit einem geeigneten Vorratsbehälter
(nicht dargestellt) in Verbindung. Im Innern des Pumpengehäuses 72 ist in bekannter
Weise ein Kolben 66 hin und her beweglich geführt, der an der Innenwandung des Pumpengehäuses
72 über eine Kolbendichtung 68 anliegt. Über eine dicht durch das Pumpengehäuse
72 geführte Kolbenstange 70 ist der Kolben 66 antreibbar.
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Das Pumpengehäuse 72 wiest eine Austrittsöffnung 74 auf, der ein zweites
Rückschlagventil 76 nachgeschaltet ist. Über diese Austrittsöffnung 74 steht das
Innere des Pumpengehäuses 72 mit dem Kanal 78 in Verbindung, der an seinem in der
Zeichnung unteren Ende in einen durch einen Kopf 82 abgeschlossenen Füllstutzen
80 übergeht. Durch den von dem Kanal 78 gebildeten Verbindungsweg zwischen der Austrittsöffnung
74 der Pumpe 50 und dem Kopf 82 kann von der Dosierpumpe 50 dosiert abgegebene Flüssigkeit
zu dem Behälter 54 gelangen.
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Der Hubmechanismus 56 hat ein Gehäuse 84, in dessen Innerem ein
Kolben
86 hin und her beweglich geführt ist, der über eine Kolben dichtung 88 dicht an
der Innenwand des Gehäuses 84 anliegt. Über eine dicht durch das Gehäuse 84 geführte
Kolbenstange 90 steht der Kolben 86 starr-mit einer Bühne 96 in Verbindung, die
mit ihrer Oberseite einen Behälter 54 aufnehmen kann. Die Bühne 96 kann längs ihres
Umfangs durch einen flanschartigen Rand 97 begrenzt sein, dessen Innendurchmesser
so gewählt ist, daß der Behälter 54 klemmend aufgenommen wird.
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Am oberen Ende und am unteren Ende weist das Gehäuse 84 Anschlüsse
92 bzw. 94 auf, durch die ein Druckmittel wie Luft oder 51 zu der einen Kolbenseite
geleitet und unter entsprechender Verschiebung des Kolbens von der anderen Seite
des Kolbens abgezogen werden kann.
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Das Sperrventil 58 hat ein Ventilgehäuse 100 mit einem an den Kanal
78 angeschlossenen Querkanal 102. Das dem Kanal 78 abgewandte Ende des Querkanals
102 bildet einen Ventilsitz für einen kolbenartigen Ventilkörper 104, der an seinem
dem Querkanal 102 zugewandten Ende in einen Kegel 105 ausläuft, der mit dem von
dem Querkanal 102 gebildeten Ventilsitz zusammenwirkt.
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An seinem dem Querkanal 102 abgewandten Ende steht der Ventilkörper
104 über eine Kolbenstange 110 mit einem Kolben 112 in Verbindung, der in einer
in dem Gehäuse 100 vorgesehenen Kammer 111 hin und her beweglich geführt ist. Eine
Kolbendichtung 113 dichtet den Kolben 112 gegen die Innenwand der Kammer 111 ab.
Der Ventilkörper 104 ist dicht durch eine ihn ringförmig umschließende Dichtung
106 geführt, die in einer in dem Gehäuse 104 vorgesehenen Aussparung 108 angeordnet
ist, so daß die Kammer 111 mit Sicherheit auch dann gegenüber dem Querkanal 102
abgedichtet bleibt, wenn der Ventilkörper 104 bzw. der Kegel 105 nicht dichtend
an dem von dem Querkanal 102 gebildeten Sitz anliegt.
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Beiderseits der Enden der Strecke, die von dem Kolben 112 bei seiner
Hin- und Herbewegung durchlaufen werden kann, liegen Anschlüsse 114 und 116, in
die Leitungen 117 bzw. 118 münden. Über diese
Leitungen 117 und
118 kann ein Druckmittel zugeführt bzw. abgezogen und dadurch der Kolben 112 in
bekannter Weise in der einen oder anderen Richtung verschoben werden.
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Auf der der Kammer 111 abgewandten Seite der Dichtung 106 ist der
Ventilkörper 104 ringförmig von einem Hohlraum 120 umgeben, über den der Querkanal
102 bei Entfernung des Ventilkörpers von dem Ventilsitz über eine Bohrung 122 und
eine in diese ausmündende Verbindungsleitung 124 mit der Vakuumpumpe 60 gekoppelt
ist.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist folgende:
Unter Öffnung des ersten Rückschlagventils 64 gelangt durch die Einfüllöffnung 62
Flüssigkeit für die Füllung des Behälters 54 in das Innere des Pumpengehäuses 72.
Das geschieht vorzugsweise durch Rückholen des Kolbens 66, so daß in dem Pumpengehäuse
72 ein die Verschlußkraft des ersten Rückschlagventils 64 überwindender Unterdruck
erzeugt wird. Durch Rückführung des Kolbens 66 auf das in der Zeichnung linke Ende
des Pumpengehäuses 72 zu wird die genau dosiert angesaugte Menge Flüssigkeit genau
dosiert durch die Austrittsöffnung 74 ausgetrieben, wobei sich das zweite Rückschlagventil
76 öffnet. Infolge des einwirkenden Uberdruckes wird die Flüssigkeit durch den Kanal
78 hindurch in den mit seiner Einfüllöffnung dicht an dem Kopf 82 anliegenden und
zuvor evakuierten Behälter 54 gedrängt. Das Sperrventil 58 befindet sich dabei im
geschlossenen Zustand.
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Ist die gesamte vorgesehene Menge Flüssigkeit durch entsprechende
Verschiebung des Kolbens 66 unter Überdruck in den Behälter 54 geleitet worden,
so schließt das zweite Rückschlagventil 76 und unterbricht die Verbindung zwischen
der Dosierpumpe 50-und dem Kopf 82. Durch Einleiten von Druckmittel in den Anschluß
92 wird die Kolbenstange 90 abgesenkt, so daß der zunächst dicht an den Kopf 82
angeschlossen gewesene, eingeklemmte Behälter 54 mitgenommen und von dem Kopf 82
entfernt wird. Mindestens bis zu diesem Zeitpunkt bleibt das Sperrventil 58 geschlossen,
so daß durch den von der Vakuumpumpe 60 erzeugten Unterdruck nicht in unerwünschter
Weise Flüssigkeit aus dem Behälter 54 abgesaugt werden kann.
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Sobald jedoch der Behälter 54 sich von dem Kopf 82 entfernt hat, besteht
die Möglichkeit, daß an den Innenwandungen des Kanals 78 haftende Restmengen der
Flüssigkeit durch Schwerkraftwirkung nachzutropfen beginnen. Es wird daher das mit
dem Hubmechanismus 56 zwangsgekoppelte Sperrventil 58 beim Absenken der Bühne 96
in seinen geöffneten Zustand überführt, so daß die Vakuumpumpe 60 über die Leitung
124, die Bohrung 122 undden Hohlraum 120 auf den Querkanal 102 bzw. den Kanal 78
einwirken und dort zurückgebliebene Flüssigkeitsrestmengen absaugen kann.
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In der unteren Endlage der Bühne 96 wird der Behälter 54 gegen einen
weiteren, zu füllenden Behälter ausgetauscht, wobei der von der Vakuumpumpe 60 erzeugte
Unterdruck weiterhin auf den Kanal 78 einwirkt. Sobald der neue Behälter 54 mit
seiner Einfüllöffnung an dem Kopf 82 angreift, kann der Unterdruck auch auf das
Innere dieses neuen Behälters 54 einwirken und diesen in der erforderlichen Weise
evakuieren, wobei die Evakuierung - wie ohne weiteres zu ersehen - so erfolgt, daß
keine Flüssigkeit in den Behälter 54 einz dringen kann. Erst wenn dann der neue
Füllvorgang beginnt und das Rückschlagventil 76 wieder öffnet, kehrt der Ventilkörper
104 in seine Sperrlage zurück, so daß der Unterdruck in der Vakuumpumpe 60 den eigentlichen
Füllvorgang nicht beeinflussen kann. Die Schließung des Ventils 58 bei öffnung des
zweiten Rückschlagventils 76 wird wieder durch die zwischen dem Rückschlagventil
76 bzw. der Dosierpumpe 50 und dem Sperrventil 58 vorgesehene Zwangskopplung ausgelöst.
Die Steuerung des Ventils 58 geschieht dabei wie schon angedeutet durch entsprechende
Beaufschlagung der Leitungen 117 bzw. 118.
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Die genaue Einstellung, wann der Unterdruck der Vakuumpumpe 60 beginnen
bzw. aufhören soll, auf den Kanal 78 einzuwirken, kann je nach den Umständen erfolgen.
Wesentlich ist nur, daß das Sperrventil 58 sich so lange im geschlossenen Zustand
befindet, wie die Füllung stattfindet und bis der Behälter 54 von dem Kopf 82 abgezogen
worden ist. Der Unterdruck kann dann unmittelbar nach Trennuny des ßehälters 54
von dem Kopf 82 oder aber erst dann wirksam werden, wenn ein neuet Behälter 54 an
den Kopf 82 angelegt worden
ist. Der Vorzug ist jedoch der Einstellung
zu geben, bei der das Sperrventil 58 sogleich öffnet, wenn der Behälter 54 von dem
Kopf 82 getrennt worden ist, sofern nur sichergestellt ist, daß durch diesen Unterdruck
keine Flüssigkeit mehr aus dem Behälter 54 zurückgeholt werden kann.
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Patentansprüche: