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GEBIET DER TECHNIK
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Mischvorrichtung für
Fluide, bei der ein Konzentrat angesaugt und mit einem Verdünnungsmittel
gemischt wird. Insbesondere begrifft sie eine Absperrautomatik für eine unterdruckbetätigte Mischvorrichtung.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Die als "Eduktoren" bekannten Mischvorrichtungen
werden allgemein eingesetzt, um ein Konzentrat aus einer Quelle
anzusaugen und mit einem Verdünnungsmittel
wie Wasser zu mischen. Beim Herstellen der Lösung tritt ein Problem auf,
wenn ein Eduktor dazu dient, das Konzentrat in einen Tank zu saugen,
in dem es verdünnt
werden soll. Beobachtet nämlich
die Bedienungsperson nicht ständig
den Behälter,
aus dem das Konzentrat angesaugt wird, kann Wasser auch ohne Konzentrat
weiter in den Tank gesaugt werden und zu einem unerwünschten
Verdünnen
führen.
Ein Absperrventil stellt eine automatische Absperrvorrichtung bereit,
um dieses Problem zu lösen.
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Automatische Absperrvorrichtungen
für Fluidmischsysteme
sind bekannt. Eine solche Vorrichtung geht aus der
US-PS 5 398 733 hervor, in der eine
Fassauskleidung L in den Zulauf
38 eines Verteilers
14 gesaugt
wird, um den Konzentratzustrom zu sperren.
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Die
US-PS
3 351238 offenbart zusammen mit einem Eduktor
22 einen
druckbetätigten
Schalter
41, der einen absinkenden Vorrat in einem Speichergefäß
25 erfasst,
um eine Meldelampe einzuschalten.
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Die
EP
736 483 offenbart eine Konzentrat-Dosiereinrichtung für Fruchtsaftspender,
die zwischen einem einen Sirup enthaltenden verschlossenen Tank
und einem Wasservorrat eine Venturi-Einrichtung aufweist. Ein Prozessor
(
10) dient dazu, das Unterdruckventil (
21) zu
betätigen.
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Die bekannte Vorrichtung stellt jedoch
für ein Eduktor-Mischsystem
keine Absperrautomatik bereit, die sich an einen verhältnismäßig kleinvolumigen
Behälter
leicht anpassen lässt
und ohne elektrischen Strom auskommt. Es besteht folglich Bedarf
an einer verbesserten Absperrvorrichtung für ein Eduktor-Mischsystem.
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Daraus ergeben sich folgende Ziele
der Erfindung:
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- a. Bereitstellung einer verbesserten Absperrvorrichtung
für ein
Eduktor-Mischsystem;
- b. Bereitstellung einer Absperrvorrichtung der vorgenannten
Art, die betrieblich ohne elektrischen Strom auskommt;
- c. Bereitstellung einer Absperrvorrichtung der vorgenannten
Art, die sich problemlos an einen Konzentrat-Behälter wie auch an ein Füllgefäß anschließen lässt; und
- d. Bereitstellung einer verbesserten Absperrvorrichtung der
vorgenannten Art, die sich auf einfache Weise problemlos herstellen
und zusammensetzen lässt.
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Die vorgenannten Ziele lassen sich
erreichen und die Nachteile des Standes der Technik überwinden
mittels der Druckabsperrvorrichtung für eine mit Druckverringerung
bzw. Unterdruck arbeitenden Fluidmischvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung,
bei der es sich um ein geschlossenes System handelt, das aufweist:
einen
Eduktor mit einem Fluidzulauf, einem Fluidablauf und einer Zone
verringerten Drucks;
eine erste Fluidleitung, die mit einem
ersten Ende mit einem ein flüssiges
Konzentrat enthaltenden Behälter
und mit einem zweiten Ende mit der Unterdruckzone des Eduktors verbunden
ist;
ein Unterdruck-Absperrventilanordnung, die in Strömungsverbindung
mit einem Zulaufanschluss, einer zweiten Fluidleitung und dem Eduktorzulauf
steht,
wobei die zweite Flüssigkeitsleitung
mit einem ersten Ende mit der ersten Fluidleitung und mit einem
zweiten Ende mit der Unterdruck-Absperranordnung verbunden ist;
und
wobei betrieblich ein Verdünnungsfluid durch den Zulaufanschluss
und die Unterdruck-Absperrventilanordnung in den Eduktor und durch
den Ablauf hinaus strömt,
beim Durchlaufen des Eduktors ein Druckabfall in der ersten Leitung
entsteht, in Folge dessen flüssiges
Konzentrat aus dem Behälter
in den Eduktor gesaugt wird, um dort mit dem Verdünnungsfluid gemischt
zu werden und aus dem Ablauf auszuströmen, und das Ansaugen des Konzentrats
aus dem Behälter
sich fortsetzt, bis der Behälter
leer ist und auf sich selbst zusammenfällt, wobei der resultierende
Unterdruck die Unterdruck-Absperrventilanordnung betätigt, so
dass die Zufuhr des Verdünntmgsfluids
abgesperrt wird.
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In einem Aspekt ist der Eduktor-Ablauf
so aufgebaut und eingerichtet, dass er verschließbar in einem Gefäß anordenbar
ist, wobei ein zweites Absperrventil
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In einem Aspekt ist der Eduktor-Ablauf
so aufgebaut und eingerichtet, dass er verschließbar in einem Gefäß anordenbar
ist, wobei ein zweites Absperrventil zwischen die Fluidzulaufleitung
und den Eduktor in Strömungsverbindung
mit diesen eingefügt
ist.
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Nach einem anderen Aspekt ist eine
dritte Leitung mit einem ersten Ende mit der zweiten Leitung verbunden
und mit einem zweiten Ende an den Atmosphärendruck gelegt, wobei mit
der dritten Leitung ein Ventilelement verbunden ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
sind die erste, die zweite und die dritte Leitung mit einem gemeinsamen
Verbinder verbunden und die erste Leitung setzt sich aus zwei Abschnitten
zusammen, die jeweils mit dem gemeinsamen Verbinder verbunden sind.
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Nach einem anderen Aspekt der Erfindung weist
das Unterdruck-Absperrventil
ein durch Unterdruck aktiviertes und magnetisch betätigtes Ventil auf.
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Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform
ist in der Unterdruck-Absperranordnung für die Unterdruck-Fluidmischvorrichtung
die erste Fluidleitung an einem ersten Ende mit einer Fluidquelle
verbunden.
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Nach einem noch anderen Aspekt ist
das erste Fluid ein Chemikalienkonzentrat und ist die Fluid-Zulaufleitung
mit einer Wasserquelle verbunden.
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Nach einem anderen Aspekt ist die
Unterdruck-Absperranordnung mit einem Speichergefäß verbunden,
wobei der Eduktor-Ablauf in eine Öffnung oben in
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Weitere Aspekte und Vorteile der
Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugte
Ausführungsformen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Perspektivdarstellung der Fluidmischvorrichtung mit der erfindungsgemäßen Absperranordnung;
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2 zeigt
die Fluidmischvorrichtung der 1 als
Seitenansicht;
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3 zeigt
als Perspektive ein Gehäuse
für die
Absperranordnung;
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4 zeigt
die Absperranordnung als Seitenansicht;
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5–8 sind
Detailansichten der Absperranordnung;
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9 zeigt
als Perspektive eine Unterdruck-Betätigungseinrichtung;
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10 zeigt
die Betätigungseinrichtung
der 9 als Seitenriss;
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11 ist
ein Schnitt durch das Betätigungselement
der 9 und 10;
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12 zeigt
schaubildlich ein Absperrventil für den Einsatz in der Absperranordnung;
und
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13 zeigt
schaubildlich die erfindungsgemäße Absperranordnung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die 1 und 2 zeigen die Absperranordnung 10 allgemein
zusammen mit einer Fluidmischvorrichtung mit einem Fülltank oder
-gefäß 12 auf
einem Tisch 13. Mit dem Tank 12 ist ein Ablassschlauch 14 und
mit der Absperranordnung 10 ein Wasserfüllschlauch 16 verbunden.
Ein Behälter 15 für ein konzentriertes
Reinigungsmittel befindet sich ebenfalls auf dem Tisch 13.
In diesem Fall handelt es sich bei dem Reinigungsmittel um Johnson
UHS Cleaner SC, GP ForwardTM Cleaner SC
und StrideTM Citrus Neutral Cleaner HC der
Fa. S. C. Johnson & Son,
das sich in einem Kunststoffbeutel 21 befindet.
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Die 3–4 zeigen
die Absperranordnung 10 ausführlich. Die Absperranordnung 10 weist
einen Zulaufanschluss 18 für den Füllschlauch 16 auf.
Der An schluss 18 steht in Strömungsverbindung mit einer Unterdruck-Absperrventilanordnung,
die allgemein mit 20 bezeichnet ist und bei der es sich
vorzugsweise um eine modifizierte Ausführung des Typs "Hydro Minder
506" der Fa. Hydro Systems Company, Cincinnati, Ohio, USA handelt.
Der modifizierte "Hydro Minder 506" ist bei 27 gezeigt
und wird von einer Unterdruck-Betätigungseinrichtung 23 betätigt, die
mit einem Winkel 25 gehaltert ist. Eine allgemein als 30 bezeichnetes,
nicht modifiziertes "Hydro Minder 506"-Schwimmerventil ist so angeschlossen,
dass es die Ventilanordnung 20 über die Leitung 31 absperrt. Die
Leitung 34 stellt eine Verbindung zwischen der Absperrventilanordnung 30 und
einem Eduktor 36 her. Ein bevorzugte Eduktor ist in der
US-Patentanmeldung Nr. 08/803 488 vom 20. Februar 1997 der Anmelderin
beschrieben, deren Lehre durch die Bezugnahme als Teil der vorliegenden
Anmeldung gelten soll. Der Eduktor 36 sitzt auf einem Kragen 39, der
seinerseits mit einem Spundadapter 44 verbunden ist, der
in den Tank 12 einschraubbar ist. Der Schlauch 40 steht
in Strömungsverbindung
mit dem Eduktor 36 und wird beim Aufsetzen der Absperranordnung 10 auf
den Tank 12 in diesen eingeführt. Ein Winkel 41 erstreckt
sich vom Kragen 39 hinweg und trägt die Absperrventilanordnungen 30, 20.
Die vorgenannten Anlagenteile sind in einem Gehäuse 19 enthalten.
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Ein Kappenverbinder 43 stellt
eine Verbindung mit dem Behälter 15 und
dem Kunststoffbeutel 21 her, wie in 1 gezeigt. Die Leitung 47 erstreckt sich
zwischen dem Kappenverbinder 43 und einem T-Stück 49,
wobei die Leitung 51 das T-Stück 49 mit dem Eduktor 36 verbindet.
Die Leitung 53 erstreckt sich zwischen dem T-Stück 49 und
einem T-Schlauchanschluss 56, von dem die Leitungen 54 und 57 abverlaufen.
Die Leitung 54 steht in Strömungsverbindung mit dem Unterdruck-Entlastungsventil 55,
während
die Leitung 57 zum Unterdruck-Stellelement 23 führt. Das
Unterdruck-Stellelement 23 ist als "Heater Actuator Valve"
von der Fa. BalKamp, Inc., Indianapolis, Indiana, USA, erhältlich.
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Die 5–7 zeigen
weiterhin die Verbindung des Behälters 15 und
des Kunststoffbeutels 21 mit der Unterdruck-Absperrventilanordnung 20 und
dem Eduktor 36 mittels der vorbeschriebenen Leitungen 47, 51, 53 und
des T-Stücks 49.
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Die 8 zeigt,
wie das Unterdruck-Entlastungsventil 55 an einem der Beine 58 des
Tischs 13 befestigt ist.
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Die 9–11 zeigen
das Unterdruck-Stellelement 23 zum Betätigen der Absperranordnung 20. Es
weist ein zweiteiliges Gehäuse 33 für die Feder 28 und
die Membran 29 auf. Auf der Membran 29 sitzt ein
Becher 35 auf, an dem ein Stab 24 befestigt ist.
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Die 12 zeigt
eine modifizierte Absperrventilanordnung 20 des Typs "Hydro
Minder". Die einzige Modifikation ist die hier fehlende Feder, die am
Magnet 66 anliegen würde,
so wie das umkonstruierte Joch 26, das gemeinsam mit dem
Joch 26 und dem Unterdruck-Stellelement 23 den
Magneten 66 auf und ab bewegen soll. Ansonsten weist die
verfügbare
Ventilanordnung ein Gehäuse 62 mit
einem Wasserzulauf 63 und einem Wasserablauf 64 auf. Der
Flüssigkeitsdurchgang
zwischen dem Zulauf 63 und dem Ablauf 64 wird
von der Membran 65 freigegeben und gesperrt, die mit den üblichen
Durchgangsöffnungen
pilotdruckgesteuert wird. Wird eine Zentralöffnung vom Nadelventil 67 und
der Kraft der Feder 68 auf diesem geschlossen, bewirkt
der Wasserdruck, dass die Membran 65 sich anhebt, so dass Wasser
zwischen dem Zulauf 63 und dem Ablauf 64 strömen kann.
Wird das Nadelventil 67 vom Joch 26 und der vom
Magneten 66 auf das Ventil 67 ausgeübten Anziehung
aufwärts
bewegt, strömt Wasser durch
die Öffnungen,
so dass ein Druckausgleich erfolgt und die Membran in die Absperr-
bzw. Schließstellung
geführt
wird.
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ARBEITSWEISE
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Ein besseres Verständnis der
Unterdruck-Absperrautomatik 10 erreicht man anhand der Beschreibung
ihrer Arbeitsweise in Verbindung mit der Mischvorrichtung. Wie die 4 und 13 zeigen, wird eine Verdünnungsflüssigkeit
wie Wasser mit einem Schlauch 16 mit dem Leitungsdruck
zugeführt und
strömt
durch den Zulaufanschluss 18, die Unterdruck-Absperrventilanordnung 20,
die Leitung 31 und das Schwimmerventil 30 in den
Eduktor 36. Vom Eduktor 36 wird das Wasser mittels
des Schlauchs 40 dem Tank 12 zugeführt. Beim
Durchströmen
des Eduktors 36 sinkt in der Leitung 51 der Druck
ab. Dieser Druckabfall saugt flüssiges
Konzentrat aus dem Kunststoffbeutel 21 in den Eduktor 36,
wo es mit dem Wasser gemischt und dem Tank 12 zugeleitet
werden soll. Das Konzentrat wird aus dem Kunststoffbeutel 21 gesaugt,
bis er leer ist und auf sich selbst zusammenfällt. Da es sich um ein geschlossenes
System handelt, erzeugt beim Einfallen des Beutels 21 der Eduktor 36 mehr
als 4 in. Hg (13545.6 Pa). Erreicht der verringerte Druck 5 in.
Hg (16932 Pa), öffnet
das Rückschlagventil 60 und
erlaubt dem verringerten Druck in der Leitung 57, die Membran 29 sowie
auch das Joch 26 aufwärts
zu ziehen. Dadurch wird die Unterdruck-Absperrventilanordnung 20 betätigt, indem
das Nadelventil 67 durch magnetische Anziehung angehoben
wird. Damit wird der Wasserzustrom zum Rest des Mischsystems gesperrt,
wie oben bereits anhand der 12 erläutert. Das
System behält
diesen Zustand bei, bis der eingeschlossene verringerte Druck mittels
des tasterbetätigten, nicht
rastenden bzw. Impulsventils 55 gelüftet wird, das an die Atmosphäre geführt und
mit den Leitungen 54, 57 verbunden ist.
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Es sei darauf hingewiesen, dass das
in 13 gezeigte Rückschlagventil 60 im
T-Stück 49 und
dort angeordnet ist, wo die Leitung 53 an es angeschlossen
ist. Weiterhin sei unter Bezug auf die 13 auf den Schwimmer 33 im Tank 12 hingewiesen,
der mit dem Schwimmerjoch 32 verbunden ist. So ist ein Überlauf
von Wasser im Tank 12 vermieden, da das Schwimmerventil 30 schließt, wenn
der Wasserstand eine vorbestimmte Höhe erreicht. In Verbindung
mit der Unterdruck-Absperranordnung 10 kann die Mischvorrichtung
7,6 bis 15,1 Liter pro Minute (2.0 bis 4.0 Gallonen/Minute) Verdünnungsmittel
an den Tank 12 abgeben.
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Eine wichtige Besonderheit der Absperranordnung 10 ist,
dass sie selbsttätig
und ohne externe Kräfte
oder Energiezufuhr – bspw.
elektrischen Strom – arbeitet.
Das System ist in sich abgeschlossen, verhindert jedoch ein unerwünschtes
Verdünnen,
wenn der Beutel 21 leer ist, aber weiter Wasser durch den Eduktor
strömt.
Ein zusätzlicher
Vorteil des Mischsystems im Zusammenwirken mit der Unterdruck-Absperranordnung
ist die Leichtigkeit, mit der es an eine Konzentratvorrat anschließ- und reaktivierbar
ist. Eine andere Besonderheit ist das Anschließen an einen Mischtank, aus
dem das Produkt sich durch den Schlauch 14 mit einer Strömung von
133 Litern/Minute (35 Gallonen/Minute) ohne Zusatzdruck ausgeben lässt. Das
Mischen des Produkts und die schnelle Ausgabe erfolgen in einem
gedrängt
aufgebauten System, in dem die einzige Kraft die des Drucks des zuströmenden Wasser
ist.
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GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
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Die Unter- bzw. Niederdruck-Absperranordnung
ist nützlich
in Verbindung mit einer Flüssigkeitsmischvorrichtung,
für deren
selbsttätiges
Abschalten sie sorgt.
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Das oben Dargelegte gilt als bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung. Der Fachmann wird einsehen, dass sich daran verschiedene Änderungen und
Modifikationen durchführen
lassen, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen. Bspw. ist die
erfindungsgemäße Absperranordnung
zum Einsatz mit einem speziellen Eduktor 36 beschrieben;
es liegt jedoch auf der Hand, dass sich andere Eduktoren einsetzen
lassen, sofern sie die erforderliche Druckminderung erbringen. Weiterhin
ist ein bestimmtes Unter- bzw. Niederdruck-Absperrventil 20 gezeigt.
Hier lässt
sich jedes Unterdruck-Absperrventil einsetzen, sofern es mit einem
Eduktor zusammen arbeitet. Eine schwimmerbetätigte Ventilanordnung 30 verhindert
einen Wasserüberlauf;
sie kann entfallen, ohne den Vorteil der Unterdruck-Absperranordnung
aufgeben zu müssen.
Während
weiterhin oben im Zusammenhang mit Wasser als Verdünnungsmittel
das Mischen einer bestimmten Reinigungsflüssigkeit offenbart ist, sind
auch andere Flüssigkonzentrate
einsetzbar – bspw.
Bodenwachsentferner, Toilettenpflegeprodukte, Entfettungs- und Reinigungsmittel
für Nahrungsmittel,
Reiniger für
Fertigungsanlagen, Fußbodenwachs,
Deodorantien und Fahrzeug-, Teppich-, und Glasreiniger. Auch braucht
die Primärkraft zum
Mischen mit einem flüssigen
Konzentrat kein unter Druck stehendes Wasser zu sein. Andere Druckflüssigkeiten
bzw. -fluide wie Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel, Alcohole, Ester, Äther und
Ketone lassen sich ebenfalls mit einem flüssigen Konzentrat zusammen
einsetzen.