DE3874938T2

DE3874938T2 - Fluessigkeitsabgabeeinheit.

Info

Publication number: DE3874938T2
Application number: DE8888303153T
Authority: DE
Inventors: Donald G Corniea
Original assignee: Tetra Laval Holdings and Finance SA
Current assignee: Tetra Laval Holdings and Finance SA
Priority date: 1987-04-10
Filing date: 1988-04-08
Publication date: 1993-02-18
Anticipated expiration: 2008-04-09
Also published as: NO171898C; AU597548B2; EP0287287A2; JPH0737832B2; NO881511D0; JPS6421282A; EP0287287A3; EP0287287B1; AU1432888A; US4838462A; ES2035278T3; DE3874938D1; NO881511L; ATE81090T1; NO171898B

Description

Die Erfindung betrifft eine Fluidhandhabungsvorrichtung und insbesondere eine Flüssigkeitsabgabeeinheit.
Automatische Maschinen sind entwickelt worden zum Füllen von Behältern mit Fluiden, wie beispielsweise Milch und Fruchtsäfte. Die Flüssigkeit wird von einem zentralen Behälter an eine Abgabeeinheit geliefert. Die einzelnen Behälter oder Kartons werden unter die Abgabeeinheit gefördert, um eine vorbestimmte Fluidmenge aufzunehmen. Verschiedene Einrichtungen sind für solche Abgabeeinheiten vorgeschlagen worden. Beispielsweise offenbart die US-PS 4 402 461, die für Mosse et al. am 6. September 1983 ausgegeben worden ist, eine Fluidhandhabungsvorrichtung gemäp dem Oberbegriff des Anspruchs 1, mit einem oberen Balgen zum Empfangen von Fluid von einer Haupt zufuhr, einem unteren Balgen zum Empfangen von Fluid von dem oberen Balgen, und einem Mittelabschnitt dazwischen. Eine Fülldüse, die unter dem unteren Balgen angeordnet ist, richtet das in diesem befindliche Fluid in Kartons, die unter dem unteren Balgen angeordnet sind.
Im normalen Betrieb sind das obere Ende des oberen Balgens und das untere Ende des unteren Balgens an einer starren Basis befestigt, und ein Antriebsmechanismus ist an dem Mittelabschnitt angebracht. In der ersten Hälfte eines Kreislaufs hebt der Antriebsmechanismus den Mittelabschnitt, wodurch gleichzeitig der obere Balgen zusammengezogen und der untere Balgen ausgedehnt werden. Während der obere Balgen sich zusammenzieht, wird in ihm befindliche Flüssigkeit durch den Mittelabschnitt hindurch in den unteren Balgen gedrückt, der sich ausdehnt, um die Flüssigkeit aufzunehmen.
Der Kreislauf wird vervollständigt, wenn der Antriebsmechanismus den Mittelabschnitt senkt, wodurch gleichzeitig der obere Balgen sich ausdehnt und der untere Balgen sich zusammenzieht. Wenn der obere Balgen sich ausdehnt, wird von der Hauptzufuhr Flüssigkeit in ihn gesaugt. Inzwischen zieht der untere Balgen sich zusammen und drückt die in ihm vorhandene Flüssigkeit durch die Düse hindurch in einen unter ihm angeordneten Karton. Dieser Kreislauf wiederholt sich beim Ansprechen auf hin- und hergehende Bewegung des Mittelabschnitts.
Wenn die Fluidhandhabungsvorrichtung mit den zwei Balgen während längerer Zeit nicht benutzt wird, wird die in beiden Balgen befindliche Flüssigkeit abgezogen. Um die Fluidhandhabungsvorrichtung mit den beiden Balgen zu starten, wenn beide Balgen leer sind, wird ein zu der Düse am Unterende des unteren Balgens führendes Ventil durch eine Bedienungsperson von Hand geschlossen. Wenn das Ventil geschlossen ist, werden die Balgen wiederholt im Kreislauf bewegt, um Flüssigkeit aus dem oberen Balgen durch den Mittelabschnitt hindurch in den unteren Balgen zu saugen, bis sich in dem unteren Balgen eine ausreichende Flüssigkeitsmenge ansammelt.
Bei der oben beschriebenen patentierten Vorrichtung verbindet ein Rückschlageinlaßventil den oberen und den unteren Balgen und ermöglicht es der Flüssigkeit, von dem oberen Balgen in den unteren Balgen zu fließen. Beim Ansprechen auf eine Erhöhung des Fluiddrucks in dem oberen Balgen öffnet sich das Einlaßventil gegen die Haltekraft einer Feder.
Ein Problem bei der bekannten Vorrichtung besteht darin, daß, wenn das Ventil den unteren Balgen anschließt und die Düse geschlossen ist, die Luft in dem unteren Balgen nicht leicht entweichen kann, um Platz für einfließende Flüssigkeit zu schaffen. Diese Luft wird nicht leicht durch das den oberen und den unteren Balgen verbindende Ventil freigegeben, und zwar als Folge der aus dem oberen Balgen in den unteren Balgen fließenden Flüssigkeit. Somit ist das Anlaufen des Systems, d.h. das anfängliche Füllen des unteren Balgens, durch den Widerstand behindert, den die entweichende Luft antrifft.
Gemäß der Erfindung ist eine Flüssigkeitsabgabeinheit geschaffen, umfassend:
einen Körper, der einen Ventilsitz hat;
eine erste Kammer variablen Volumens auf einer Seite des Körpers und eine zweite Kammer variablen Volumens auf der
anderen Seite des Körpers;
eine Ventilelementeinrichtung, die mit dem Ventilsitz zusammenarbeitet zum Steuern des Fließens von Fluid von der ersten Kammer zu der zweiten Kammer;
eine erste Federeinrichtung zum Drücken der Ventilelementeinrichtung in Richtung gegen Abdichtungsberührung mit dem Ventilsitz; dadurch gekennzeichnet, daß
die Ventilelementeinrichtung Entlüftungsmittel umfaßt;
und daß
eine Steuereinrichtung vorgesehen ist zum Öffnen der Entlüftungsmittel, wenn der Fluiddruck in der zweiten Kammer einen vorbestimmten Druck überschreitet, wodurch in der zweiten Kammer eingefangene Luft durch die Entlüftungsmittel hindurch ausströmt.
Die bevorzugte Ausführungsform schafft eine Abgabeeinheit mit zwei Balgen bzw. einem Doppelbalgen, wobei die Abgabeeinheit ein Ventilelement hat, welches in dem Flüssigkeitsdurchgang zwischen den Balgen angeordnet ist. Das Ventilelement ist federbelastet, um den Durchgang zu schließen, jedoch um während des Aufwärtshubes des Mittelabschnitts nachzugeben, wenn der Fluiddruck in dem oberen Balgen höher als der Fluiddruck in dem unteren Balgen ist. Durch diesen Druckunterschied wird das Ventilelement von seinem Sitz abgehoben, wodurch ermöglicht wird, daß Flüssigkeit aus dem oberen Balgen in den unteren Balgen fließt.
Das Ventilelement hat Entlüftungslöcher, die durch es hindurchgehen. Ein zweites Ventilelement ist vorgespannt, um die Luftlöcher zu schließen, und zwar mittels eines zweiten Federmechanismus. Wenn in dem unteren Balgen auf der stromabwärtigen Seite des zweiten Ventils sich ausreichender Druck aufbaut, gibt der zweite Federmechanismus dem Druck nach und das zweite Ventilelement bewegt sich, um die Entlüftungslöcher zu öffnen, wodurch es Luft ermöglicht ist, zu entweichen. Auf diese Weise kann Luft, die in dem unteren Balgen eingeschlossen ist, durch die Luftlöcher hindurch entweichen, und das Füllen des unteren Balgens erfolgt schneller und wirksamer.
Demgemäß schafft die vorliegende Erfindung eine Abgabeeinheit, die zuverlässig und wirksam arbeitet und ein Ventil hat, welches in der Lage ist, Flüssigkeit durch es hindurch in einer Richtung in eine Kammer fließen zu lassen, während ein Entweichen von Luft aus der Kammer ermöglicht ist.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht auch die Schaffung einer Abgabeeinheit des Doppelbalgentyps, in welcher der untere Balgen nach dem Entleeren schnell gefüllt werden kann.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird beispielsweise und unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung mit größeren Einzelheiten beschrieben, wobei in der Zeichnung gleiche Teile gleiche Bezugszeichen haben und wobei:
Fig. 1 eine teilweise im Schnitt gehaltene Seitenansicht einer Flüssigkeitsabgabeeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung ist mit einem Ventil in geschlossener Position;
Fig. 2 eine teilweise im Schnitt gehaltene Seitenansicht der Einheit gemäß Fig. 1 ist, wobei das Ventil in offener Position ist;
Fig. 3 eine Seitenansicht ist eines Teiles des Ventils der Einheit gemäß Fig. 1, wobei die Entlüftungslöcher in offener Position dargestellt sind;
Fig. 4 eine Querschnittsansicht des Ventils nach Linie 4-4 der Fig. 3 ist; und
Fig. 5 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 5- 5 der Fig. 3 ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist festzustellen, daß eine Flüssigkeitsabgabeeinheit gemäß der Erfindung ein Fluidhandhabungsgebilde mit zwei Balgen aufweist. Ein Beispiel eines Balgengebildes dieser Art ist in der US-PS 4 402 461 dargestellt. Ein oberer Balgen 12 ist mit einem befestigten Einlaßrohr 14 verbunden, welches am oberen Ende des Balgens angebracht ist. Das Einlaßrohr 14 ist vorgesehen, um Flüssigkeit von einer Hauptzufuhr (nicht dargestellt) an den oberen Balgen 12 zu liefern. Ein unterer Balgen 16 hat ein Ventil 18, welches an seinem unteren Ende angebracht ist, und eine Düse 20 ist unter dem Ventil 18 angebracht zum Füllen von Kartons (nicht dargestellt).
Die Abgabeeinheit 10 weist einen starren rohrförmigen Körper 22 zwischen dem oberen Balgen 12 und dem unteren Balgen 16 auf. Die Balgen 12 und 16 sind gegenüber dem Körper 22 abgedichtet, um ein Auslecken zu verhindern. Die Einheit 10 umfaßt ein erstes Ventilelement 24, welches vorzugsweise kegelstumpfförmige Gestalt hat und aus einem elastomeren Material gebildet ist. Das erste Ventilelement 24 ist so gestaltet, daß es abdichtend in einen kreisförmigen Ventilsitz 26 paßt, der nahe dem Unterende der Einheit 10 angeordnet ist derart, dar sämtliche Fluide, die durch die Einheit 10 hindurchgehen, zwischen dem Ventil 24 und dem Ventilsitz 26 hindurchgehen müssen. Als Folge der kegelstumpfförmigen Gestalt des ersten Ventilelementes 24 zentriert sich das Ventilelement selbst an dem Ventilsitz 26 beim Schliefen. Sobald das Ventilelement 24 von dem Ventilsitz 26 geringfügig nach unten verschoben wird, kann Fluid zwischen dem Ventil 24 und dem Sitz 26 nach unten fließen.
Das erste Ventilelement 24 hat zwei parallele ebene Kreisflächen 27 und 29. Die obere Fläche 27 hat einen kleineren Durchmesser als die untere Fläche 29. Ein Ventilstößel 28 ragt von der Mitte der oberen Fläche 27 des ersten Ventilelementes 24 rechtwinklig vor.
Parallel zu dem ersten Ventilelement 24 ist eine kreisförmige Platte 30 angeordnet, die in ihrer Mitte eine Öffnung 32 hat. Der Ventilstöpel 28 ragt durch die Öffnung 32 hindurch vor und er ist in ihr mittels eines Stiftes 34 gehalten, der am Ende des Stöpels 28 durch diesen hindurch angebracht ist derart, daß die Platte 30 sich zwischen dem Stift 34 und dem ersten Ventilelement befindet. Der Stift 34 hat eine Länge, die größer als die Länge der Öffnung 32 ist derart, daß der Stift 34 die Aufwärtsverschiebung der Platte 30 relativ zu dem Ventilstößel 28 begrenzt.
Die Platte 30 ist für vertikale Bewegung in einer zylindrischen Wand 36 geführt. Ein Ring 38 ist an dem Inneren des Mittelabschnitts 22 starr befestigt, der in ähnlicher Weise an der unteren Kante des oberen Balgens 12 und an der oberen Kante des unteren Balgens 16 starr angebracht ist. Eine erste Federeinrichtung 40, die eine oder mehrere Federn aufweisen kann, ist zwischen der oberen Fläche des Ringes 38 und der unteren Fläche der Platte 30 zusammengedrückt. Bei dieser Ausführung übt die Federeinrichtung 40 eine aufwärts gerichtete Kraft auf die Platte 30 aus, die ihrerseits mit dem am Ventilstöpel angebrachten Stift 34 in Berührung tritt und diesen in Aufwärtsrichtung drückt. Die Federeinrichtung 40 drückt demgemäß das erste Ventilelement 24 in die Schließlage gegen den Ventilsitz 26.
Gemäß den Fig. 1 bis 3 und 5 erstrecken sich Entlüftungslöcher 42 in einer kreisförmigen Anordnung durch das erste Ventilelement 24. Ein ringförmiges Rückschlagventilelement bzw. Anschlagventilelement 44, welches vorzugsweise aus elastomerem Material gebildet ist, ist rund um den Ventilstößel 28 angeordnet. Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, sitzt das Ventilelement 44 an der oberen Fläche 27 des Ventilelementes 24 derart, daß ein wirksamer Abschluß gegen Abwärtsfließen von Fluid durch die Luftlöcher 42 hindurch geschaffen ist. Eine zweite Federeinrichtung 46, die eine oder mehrere Federn aufweisen kann, ist zwischen der Unterfläche der Platte 30 und der oberen Fläche des Ventilelementes 44 zusammengedrückt, um das Ventilelement 44 in Richtung gegen die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Stellung zu drücken. Die Federkraft der zweiten Federeinrichtung 46 ist größer als diejenige der ersten Federeinrichtung 40.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 ist festzustellen, daß, wenn ein Fluid, beispielsweise Luft, in der unteren Kammer 16 Druck über die Entlüftungslöcher 42 gegen das Ventilelement 44 ausübt, der ausreichend ist, um die Kraft der Federeinrichtung zu überwinden, wird das Ventilelement 44 von den Entlüftungslöchern 42 abgehoben. Das Abheben des Ventilelementes 44 ermöglicht es im unteren Balgen 16 befindlicher Luft, durch die Entlüftungslöcher oder Entlüftungsdurchgänge zu entweichen. Die Federeinrichtung 46 sollte eine Stärke haben, die ausreichend ist, das Ventilelement 44 auf seinem Sitz an der Ventilfläche 27 zu halten, bis der Mittelabschnitt 22 seinen Abwärtshub beginnt.
Die Entlüftungslöcher 42 können eine relativ kleinen Durchmesser haben, wenn jedoch das abzugebende Produkt Pulpe enthält, wie beispielsweise Orangensaft oder Grapefruitsaft, kann die Pulpe kleine Entlüftungslöcher verstopfen. Demgemäß sollten die Entlüftungslöcher ausreichend groß sein, um ein Verstopfen zu verhindern. Weiterhin ermöglichen größere Entlüftungslöcher ein Entweichen des flüssigen Produktes in dem Fall, dar eine Störung im unteren Ventil 18 auftritt. Entlastung dieses Rückdrucks vermeidet eine Beschädigung des unteren Balgens.
Im normalen Betrieb wird Flüssigkeit sukzessive aus dem oberen Balgen 12 durch den Mittelabschnitt 22 hindurch in den unteren Balgen 16 gepumpt, und zwar durch die vertikale hin- und hergehende Bewegung des Mittelabschnitts 22. Die Flüssigkeit flieht dann von dem unteren Balgen 16 durch das Ventil 18 und die Düse 20 hindurch in einen zu füllenden Karton (nicht dargestellt).
Wenn die Vorrichtung anlaufen gelassen wird, wird das Ventil 18 von Hand geschlossen, während die beiden Balgen 12, 16 wiederholt hin- und herbewegt werden. Während dieses Anlaufzustandes ist Luft anfänglich in dem unteren Balgen 16 vorhanden. Wenn der Anlauf beginnt, befindet sich das Ventil der Einheit 10 in geschlossener Position, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, so daß weder Flüssigkeit noch Luft durch das Ventil hindurchtreten können, weil die Federeinrichtung 40 das Ventilelement 24 abdichtend an dem Ventilsitz 26 hält und die Federeinrichtung 46 das Ventilelement 44 in abdichtender Lage über den Entlüftungslöchern 42 hält. Flüssigkeit aus dem Einlaßrohr 14 füllt den Mittelabschnitt und den oberen Balgen.
Während des Aufwärtshubes des Mittelabschnitts 22 zieht sich der obere Balgen zusammen und der untere Balgen dehnt sich aus. Der Druckunterschied zwischen den beiden Balgen überwindet die Kraft der ersten Federeinrichtung 40, und das Ventilelement 24 wird von dem Ventilsitz 26 wegbewegt. Diese Verschiebung erzeugt eine Öffnung, durch welche die Flüssigkeit hindurchtreten kann, wie es in Fig. 2 durch den Pfeil "A" dargestellt ist.
Luft, die während des Anlaufens in dem unteren Balgen vorhanden ist, wird durch die einfließende Flüssigkeit zunehmend vom Unterende des Balgens zu dessen Oberende verdrängt und sie sammelt sich unter der unteren Fläche des Ventils 24. Wenn der Mittelabschnitt 22 das obere Ende seines Hubes erreicht, schließt sich das Ventil 24 unter der Kraft der Federeinrichtung 40. Abwärtsbewegung des Mittelabschnitts 22, wobei das Ventil 24 geschlossen ist, erzeugt ein Druckdifferential an dem Ventil 24, welches bewirkt, dar das zweite Ventilelement 44 sich von den Entlüftungslöchern abhebt, so daß die Luft entweichen kann, wie es in Fig. 3 durch den Pfeil "B" dargestellt ist. Da die Balgen vertikal angebracht sind, steigt die Luft, die aus dem unteren Balgen herausgespült wird, durch die Flüssigkeit in dem oberen Balgen hindurch und tritt in das Füllrohr 14 ein und gelangt in den Zufuhrtank, wo sie zur Atmosphäre entlüftet wird.
Da die Luft, die sonst in den unteren Balgen 16 eingeschlossen werden würde, durch die Entlüftungslöcher 42 entweichen kann, kann Flüssigkeit aus dem oberen Balgen das gesamte Volumen des unteren Balgens im wesentlichen unmittelbar füllen. Dies ermöglicht es dem Abgabeventil, das Füllen von Kartons im wesentlichen unmittelbar nach Wiederaufnahme des Flüssigkeitsflusses nach dem Reinigen der Ausrüstung oder nach einem Stillstand zu beginnen.
Es ist gefunden worden, daß im normalen Betrieb die Luft aus dem unteren Balgen in sechs Kreisläufen oder weniger herausgespült werden kann.
Es ist offensichtlich möglich, die Erfindung in anderen speziellen Formen als derjenigen zu verkörpern, die durch die oben beschriebene bevorzugte Ausführungsform dargestellt ist. Dies kann ausgeführt werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Die bevorzugte Ausführungsform dient lediglich zur Erläuterung und sie sollte nicht in irgendeiner Weise beschränkend angesehen werden. Der Bereich der Erfindung ist verkörpert durch die Ansprüche und nicht durch die vorhergehende Beschreibung, und alle Variationen und Änderungen, die in den Bereich der Ansprüche fallen, sollen hier umfaßt sein.

Claims

1. Flüssigkeitsabgabeeinheit (10), umfassend:

einen Körper (22), der einen Ventilsitz (26) hat;

eine erste Kammer (12) variablen Volumens auf einer Seite des Körpers und eine zweite Kammer (16) variablen Volumens auf der anderen Seite des Körpers;

eine Ventilelementeinrichtung (24,28,30), die mit dem Ventilsitz zusammenarbeitet zum Steuern des Fließens von Fluid von der ersten Kammer zu der zweiten Kammer;

eine erste Federeinrichtung (40) zum Drücken der Ventilelementeinrichtung in Richtung gegen Abdichtungsberührung mit dem Ventilsitz; dadurch gekennzeichnet, daß

die Ventilelementeinrichtung Entlüftungsmittel (42) umfaßt und daß

eine Steuereinrichtung (44,46) vorgesehen ist zum Öffnen der Entlüftungsmittel, wenn der Fluiddruck in der zweiten Kammer einen vorbestimmten Druck überschreitet, wodurch in der zweiten Kammer eingefangene Luft durch die Entlüftungsmittel hindurch ausströmt.

2. Flüssigkeitsabgabeeinheit nach Anspruch 1, wobei die Ventilelementeinrichtung ein Ventilelement (24) mit einem Ventilstößel (28) und eine Platte (30) umfaßt, die an dem Ende des Stößels angeordnet ist, welches dem Ventilelement gegenüberliegt wobei die erste Federeinrichtung (40) zwischen dem Körper und der Platte angeordnet ist, um das Ventilelement (24) in Richtung gegen den Ventilsitz (26) zu drücken.

3. Flüssigkeitsabgabeeinheit nach Anspruch 2, wobei die Entlüftungsmittel eine Mehrzahl von Entlüftungsdurchgängen (42) durch das Ventilelement (24) hindurch umfassen und die Steuereinrichtung ein Anschlagelement (44) und eine zweite Federeinrichtung (46) umfaßt um das Anschlagelement in Richtung gegen eine Position zu drücken, in der die Entlüftungsdurchgänge abgedeckt sind.

4. Flüssigkeitsabgabeeinheit nach Anspruch 3, wobei die Federkraft der ersten Federeinrichtung (40) geringer ist als die Federkraft der zweiten Federeinrichtung (46), wodurch das Anschlagelement (44) die Entlüftungsdurchgänge (42) nur während des Füllens der zweiten Kammer (16) öffnet.

5. Flüssigkeitsabgabeeinheit nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei der Körper (22) rohrförmig ist und die Ventilelementeinrichtung (24,28,30) in dem rohrförmigen Körper angeordnet ist.

6. Flüssigkeitsabgabeeinheit nach den Ansprüchen 2 und 3 und irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei das Anschlagelement in Form eines Ringes (44) an dem Ventilstößel (28) zwischen dem Ventilelement (24) und der Platte (30) vorhanden ist, wobei das Ringelement bewegbar ist, um mit der oberen Fläche (27) des Ventilelements (24) in Eingriff zu treten und die Entlüftungsdurchgänge (42) abzudecken.

7. Flüssigkeitsabgabeeinheit nach Anspruch 6, wobei die zweite Federeinrichtung Federelemente (46) umfaßt, die sich zwischen dem Anschlagelement (44) und der Platte (30) erstrekken.