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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung undichter
Stellen in einem Meßzylinder einer Flüssigkeitsabfüllmaschine,
bei der der Meßzylinder verwendet wird, um einer Abfülldüse
eine feststehende Flüssigkeitsmenge auf einmal zuzuführen, und
bei der ein Kolben in dem Meßzylinder vorgesehen ist, der
Kolben eine Wandung aufweist, die der Umfangswandung des
Zylinders gegenüberliegt, wobei zwischen der Wandung und der
Umfangswandung ein Spalt gebildet ist und eine Membran jedes
offene Ende des Spaltes schließt, um einen abgeschlossenen Raum
in dem Spalt zu bilden.
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Bei solchen bekannten Abfüllmaschinen besitzt die Membran eine
Haltbarkeitsgrenze und wird periodisch ersetzt, wenn die Grenze
überschritten wird. Dennoch treten bei manchen Membranen schon
vor dem Ablauf des Zeitraums undichte Stellen wie
beispielsweise feine Löcher auf. Somit entsteht in diesen
Fällen die Notwendigkeit, den Betrieb der Maschine bei
Feststellung einer solchen undichten Stelle zu unterbrechen.
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Um undichte Stellen in solchen Abfüllmaschinen zu erfassen, ist
vorgeschlagen worden, ein Vakuumrohr, das in Verbindung mit dem
geschlossenen Raum zwischen dem Zylinder und dem Kolben steht,
mit dem Meßzylinder zu verbinden. Das Vakuumrohr sollte in
seinem Zwischenbereich vorgesehen sein, der mit einem
Druckmesser und einem Elektrodenstab ausgerüstet ist. Wenn Luft
entweicht, zeigt der visuell beobachtete Druckmesser eine
nderung des Innendruckes des Tanks an, wodurch der
Bedienperson eine Leckage angezeigt wird. Wenn das entweichende
Fluid flüssig ist, erfaßt der Elektrodenstab die in dem Tank
gesammelte Flüssigkeit, wodurch die Leckage angezeigt wird.
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Wenn jedoch die undichten Stellen sehr klein sind, wie
beispielsweise sehr kleine Löcher, kann ein Druckmesser die
Leckage nicht genau erfassen, da die sich ergebende
Druckänderung gering ist. Dieser Nachteil ist weiter aus dem
Grund von Bedeutung, daß das Rohrsystem mit der Vakuumpumpe
unvermeidbar Leckagen in seiner Gesamtheit zuläßt. Der
Elektrodenstab erfordert einen beachtlichen Zeitraum, um eine
Menge von Flüssigkeit in dem Tank zu sammeln.
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Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
Vorrichtung zur Erfassung undichter Stellen in einem
Meßzylinder von Flüssigkeitsabfüllmaschinen zu schaffen, die
frei von den zuvor genannten Problemen ist.
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Zur Verwendung in einer Flüssigkeitsabfüllmaschine der
beschriebenen Art schafft die vorliegende Erfindung eine
Vorrichtung zur Erfassung einer undichten Stelle in einem
Meßzylinder, die gegekennzeichnet ist durch:
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ein Vakuumrohr, das an dem Meßzylinder angeordnet ist und mit
dem abgeschlossenen Raum in Verbindung steht, eine Lochplatte,
die in das Vakuumrohr eingesetzt ist, um den Innenbereich des
Vakuumrohr stromaufwärts von der Lochplatte auf einem Druck zu
halten, der niedriger als ein festliegender Wert ist, wenn
keine der Membranen eine undichte Stelle aufweist und eine
Standardmenge eines unvermeidbar leckenden Fluids durch das
Vakuumrohr strömt, und um den Tnnenbereich des Vakuumrohrs auf
einen Druck zu halten, der nicht niedriger als der festgelegte
Wert ist, wenn eine Membran eine undichte Stelle aufweist, und
einen Drucksensor zur Erfassung des Druckes des innenbereichs
des Vakuumrohrs aufwärts von der Lochplatte, der ein
Leckerfassungssignal erzeugt, wenn der ermittelte Druck nicht
niedriger als der vorher festgelegte Druck ist.
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Wenn eine Leckage in den Membranen des Meßzylinders auftritt,
steigt der Druck, der auf den Drucksensor wirkt, auf einen Wert
an, der nicht niedriger als der bestimmte Wert ist, woraufhin
der Drucksensor, der den erhöhten Druck erfaßt, ein
Leckerfassungssignal erzeugt. Da der Druck, der auf den Sensor
wirkt, durch die Lochplatte steuerbar ist, ermöglicht die
Druckänderung aufgrund der Leckage in der Membran selbst wenn
diese klein ist, daß der Sensor das austretende Fluid sofort
und genau mißt, und zwar unabhängig davon, ob es sich um Luft
oder eine Flüssigkeit handelt. Es ist bekannt, daß die
DE-A-2 703 421 einen Dichtmesser offenbart, um die Dichte von
Gas in einem Gehäuse eines Schalters zu steuern. Der
Dichtmesser weist einen Zylinder mit einem Kolben auf, der den
Zylinder in zwei Kammern unterteilt. Eine der Kammern steht in
Verbindung mit dem Innenraum des Gehäuse des Schalters. Wenn in
dem Gehäuse eine undichte Stelle vorhanden ist, wird der Kolben
aus seiner Anfangsposition verschoben.
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Die Zeichnungen zeigen eine Ausführungsform der Erfindung.
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Figur 1 ist eine Ansicht im Vertikal schnitt;
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Figuren 2 und 3 sind vergrößerte Teilansichten im Schnitt von
Figur 1;
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Figur 4 ist eine vergrößerte Teilansicht im Schnitt der Figur
3; und
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Figur 5 ist eine schematische Ansicht, die ein Rohrsystem mit
einer Vakuumpumpe zeigt.
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Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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Wie Figur 1 zeigt, besitzt eine Maschine zum Abtüllen einer
bestimmten Flüssigkeitsmenge einen vertikalen Meßzylinder 11
und eine vertikale Abfülldüse 12, die Seite an Seite angeordnet
sind. Die Abfülldüse 12 ist zwischen einen Transportweg von
Behältern durch eine Fördereinrichtung 13 angeordnet.
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Der Meßzylinder 11 besitzt einen Kolben 14, der, wenn er
betätigt wird, unter Druck die abzufüllende Flüssigkeit aus dem
Meßzylinder 11 der Abfülldüse 12 zuführt. Die Abfülldüse 12 hat
eine poröse Anordnung 15, die an ihrem unteren Ende befestigt
ist, und ist mit einem Sieb 16, einem unteren Rückschlagventil
17, einem unteren Anschlag 18 und einem oberen Anschlag 19
versehen, die in dieser Reihenfolge nach oben oberhalb der
Anordnung 15 angeordnet sind. Die poröse Anordnung 15 ist
geeignet, ein Strömen der aus dem Meßzylinder 11 in die
Abtülldüse 12 gedrängte Flüssigkeit nach unten zuzulassen, aber
die Flüssigkeit in der Abfülldüse 12 entgegen der Schwerkraft,
die auf die Flüssigkeit wirkt, zu halten, während sich der
Kolben 14 nicht im Zuführbetrieb befindet. Das Sieb 16 dient
dazu, Fremdstoffe wie festes Milchfett, das sich in der
Flüssigkeit, die die Düse 12 hinunterströmt, befindet,
auszufiltern. Das untere Rückschlagventil 17 wirkt, um ein
Strömen der Flüssigkeit nach unten zuzulassen, während ein
Strömen von dieser in umgekehrter Richtung verhindert wird, und
wird nach oben oder unten durch eine Änderung des innendruckes
des Meßzylinders, die von dem Betrieb des Kolbens 14 herührt,
so bewegt, daß die Aufwärtsbewegung des Ventils 17 einen
Negativdruck in den Raum zwischen dem Ventil 17 und der porösen
Anordnung 15 innerhalb der Abfülldüse 12 erzeugt, wodurch
verhindert wird, daß die Flüssigkeit von der Düse 12 tropft.
Der untere Anschlag 18 beschränkt die Abwärtsbewegung des
unteren Rückschlagventils 17, und der obere Anschlag 19
begrenzt die Aufwärtsbewegung des Ventils 17.
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Wie Figur 12 zeigt, gehören zu dem Meßzylinder eine Decke 21,
eine Mantelwandung 22 und eine Bodenwandung 23. Die Decke 21
besitzt eine nach oben gerichtete Einlaßöffnung 24 und eine
nach rechts weisende Auslaßöffnung 25. Die Einlaßöffnung 24
steht mit einem nicht dargestelten Flüssigkeitstank über ein
T-förmiges Verbindungsrohr 26 in Verbindung, in dem ein oberes
Rückschlagventil 27 vorgesehen ist (vgl. Figur 1). Das obere
Rückschlagventil 27 wirkt, um ein Strömen der Flüssigkeit in
den Meßzylinder 11 zu erlauben, aber ein strömen von diesem in
umgekehrter Richtung zu verhindern. Der Meßzßlinder 11 ist fest
mit einer Führungsgleithülse 28 versehen, die nach oben aus
seiner Bodenwandung 23 mittig vorsteht.
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Der Kolben 14 besitzt eine Deckplatte 31 und eine Ummantelung
32. Eine Kolbenstange 33, die sich durch die Führungshülse 28
erstreckt, ist an ihrem oberen Ende mit der Unterseite der
Deckplate 31 in deren Mitte verbunden und an ihrem unteren Ende
mit dem oberen Ende einer vertikalen Hebestange verbunden. Der
Außendurchmesser der Ummantelung 32 ist kleiner als der
innendurchmesser der Umfangswandung 22 des Meßzylinders 11, um
zwischen diesen Bauteilen einen Spalt zu bilden. Die oberen und
unteren Öffnungen des Spaltes sind jeweils mit oberen und
unteren Membranen 41, 42 aus einem elastischen Material wie
Gummi geschlossen, um einen abgeschlossenen Raum zwischen der
Zylinderumfangswandung 22 und der Ummantelung 32 zu bilden.
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Die obere Membran 41 weist einen mittigen Scheibenbereich 41a,
der in Anlagekontakt mit der Oberseite der Deckplatte 31 steht,
einen äußeren Flanschbereich 41b, der zwischen der Decke 21 des
Zylinders 21 und der Umfangswandung 22 von diesem gehalten ist
und einen gebogenen Bereich 41c, der U-förmig im Querschnitt
ist und den Scheibenbereich 41a und den äußeren Flanschbereich
41b miteinander verbindet, auf. Die untere Membran 42 besitzt
einen inneren Flanschbereich 42b, der an dem unteren Ende der
Ummantelung 32 befestigt ist, einen äußeren Flanschbereich 42b,
der zwischen der Umfangswandung 22 des Zylinders 11 und der
Bodenwandung 23 von diesem gehalten ist, und einen gebogenen
Bereich 42c, der allgemein umgekehrt U-förmig im Querschnitt
ist und den inneren Flanschbereich 42 und den äußeren
Flanschbereich 42b miteinander verbindet. Ein Vakuumrohr 43 ist
mit dem Meßzylinder 11 in einem Zwischenbereich der Höhe der
Umfangswandung 22 des Zylinders in Verbindung mit dem
abgeschlossenen Raum, der zwischen den beiden Membranen 41, 42
gebildet ist, verbunden.
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Wie Figur 3 zeigt, gehören zu der Abfülldüse 12 vier erste bis
vierte rohrförmige Elemente 51 bis 54, die miteinander
verbunden sind und in dieser Reihenfolge von ihrem oberen Ende
nach unten hin angeordnet sind. Die Umfangswandung eines ersten
rohrförmigen Elements 51 hat eine nach links gerichtete
Einlaßöffnung 55, die in Verbindung mit der Auslaßöffnung 25
des Meßzylinders 11 steht. Das obere Ende des ersten
rohrförmigen Elements 51 ist mit einem Innengewindeelement 56
bedeckt, das, wie mit 57 angedeutet ist, in seinem mittigen
Bereich mit einem Innengewinde versehen ist. Direkt oberhalb
der Einlaßöffnung 55 besitzt das erste rohrförmige Element 51
an seiner Innenfläche einen Flansch 58. Eine Anschlagführung
59, die zwischen dem Flansch 58 und dem Innengewindeelement 56
vorgesehen ist, hat eine Führungsbohrung 6ß, die koaxial zu dem
Innengewindebereich 57 verläuft. Ein Hydraulikzylinder 62, der
vertikal nach unten gerichtet ist, ist oben an dem
Innengewindeelement 56 durch eine Mehrzahl von vertikalen
Stangenabstandhaltern 61 befestigt. Der Zylinder 62 besitzt
eine Stange 63, die mit einer Ventilstoßstange 64 verbunden
ist. Das zweite rohrförmige Element 52 hat mit Ausnahme ihres
oberen Endbereiches eine glatte innere Umfangsfläche, die als
Gleitführungsfläche 65 dient. Der untere Bereich des zweiten
rohrförmigen Elements 52 ist in den oberen Bereichs des dritten
rohrförmigen Elements 53 eingesetzt. Eine nach oben verlaufende
Stufe 66 ist an der Innenfläche des dritten rohrförmigen
Elements 53 etwa in den Mittelbereich seiner Höhe unterhalb des
eingesetzten unteren Endes eines zweiten rohrförmigen Elements
52 ausgebildet. Das vierte rohrförmige Element 54 besitzt an
seinem unteren Ende einen Innenflansch 67.
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Die poröse Anordnung 15 besitzt eine Mehrzahl von porösen
Platten 71, die parallel und übereinander mit einem Abstand
angeordnet sind, und einen ringförmigen Abstandhalter 72, der
jeweils zwischen zwei nebeneinanderliegenden porösen Platten 71
entlang ihres Umfangs angeordnet ist. Die unterste poröse
Platte 71 ist durch den Flansch 67 des vierten rohrförmigen
Elements 54 gehalten, und ein rohrförmiger Abstandhalter 73 ist
zwischen der obersten porösen Platte 71 und dem unteren Ende
des dritten rohrförmigen Elements 54 vorgesehen.
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Zu dem Sieb 16 gehören ein ringförmiger Rahmen 81, der auf der
Stufe 66 des dritten rohrförmigen Elements 53 liegt, und ein
Filterbereich 82, der an dem Innenumfang des Rahmens 81
befestigt ist. Der Filterbereich 82 ist aus einer porösen
Platte und allgemein konisch hergestellt. Dieser Bereich weist
eine nach unten geneigte Umfangswandung 82a und eine flache
horizontale Bodenplatte 82b auf. Die poröse Platte entspricht
einem Metallnetz mit einer zwanziger Siebgröße in der Porösität
oder dem Öffnungsverhältnis. Das untere Rückschlagventil 17
besitzt einen Ventilsitz 91, der vertikal bewegbar in dem
unteren Ende des zweiten rohrförmigen Elements 52 in
Gleitkontakt mit deren Führungsfläche 65 eingesetzt ist und
eine nach oben geneigte Unterseite, die als Sitzfläche 91a
dient, eine Ventilscheibe 92, die einem Pilz ähnelt und eine
nach oben geneigte Fläche 92a hat, die in Anlagekontakt mit der
Fläche 91a steht, und eine Schraubendruckfeder 93, die die
Ventilscheibe 92 nach oben vorspannt, aufweist. Ein
Dichtungsring 94 ist an der Außenfläche des Ventilsitzes 91
vorgesehen. Der Ventilsitz 91 ist einstückig mit einem
Federhalter 95 ausgebildet. Die Feder 93 ist zwischen dem
Halter und einem weiteren Federhalter 97, der an einer
Ventilspindel 96 befestigt ist, gehalten. Eine vertikale Stange
98 ist mit dem oberen Ende der Ventilspindel 96 und zu dieser
ausgerichtet verbunden und erstreckt sich in eine Position
direkt unterhalb der Ventilstoßstange 64. Wenn die
Ventilstoßstange 64 durch die Betätigung des Hydraulikzylinders
68 abgelenkt wird, um die Ventilscheibe 92 abzusenken, wird das
untere Rückschlagventil 17 geöffnet. Das Ventil wird so zum
Auslassen von Luft geöffnet, wenn beispielsweise ein
Füllvorgang gestartet wird.
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Der untere Anschlag 18 besitzt die Form eines Rohrs, das
zwischen dem unteren Ende des zweiten rohrförmigen Elements 59
und dem oberen Ende des Rahmens 81 des Siebs 16 gehalten wird.
Es wird verhindert, daß der Ventilsitz 91 sich nach unten
bewegt, indem er in Kontakt mit dem oberen Ende des Anschlags
18 kommt. Der obere Anschlag 19 besitzt einen Kontaktring 104,
der den Ventilsitz 91 von oben her mit einem Abstand C, der
gebildet wird, um eine Bewegung des Ventilsitzes 91 nach oben
und unten zu erlauben, gegenüberliegt, vier vertikale
Ringhaltestangen 103, die sich von dem Ring 104 nach oben
erstrecken und um diesen herum beabstandet angeordnet sind, ein
Verbindungselement 102, das radiale blattähnliche Bereiche
besitzt und fest mit den oberen Enden der vier Haltestangen 103
verbunden ist, und eine vertikale rohrförmige Stange 101, die
sich von der Mitte des Verbindungselements 102 nach oben
erstreckt, um nach oben über die Abfülldüse hinauszustehen, und
die eine mittige Bohrung besitzt, durch die sich die
Ventilstoßstange 64 erstreckt. Die vertikale Stange 101 hat
einen mit einem Außengewinde versehenen oberen Bereich 105, der
sich durch das Innengewindeelement 56 im verschraubten Eingriff
mit dessen Gewindebereich 57 erstreckt und nach oben über das
Schraubenelement 56 hinaussteht. Eine Kontermutter 106 ist auf
den Vorsprung aufgeschraubt. Ein Knauf 107 auf der Mutter ist
an dem oberen Ende der vertikalen Stange 101 befestigt.
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Wenn der Anschlag 19 mit dem Knauf 107 und gelockerter
Kontermutter 106 vorwärts gedreht wird, senkt sich der Anschlag
19 ab. Der Anschlag 19 wird bei einer Drehung in umgekehrter
Richtung angehoben. Der Abstand, um den der Ventilsitz 91
bewegbar ist, wird so eingestellt. Der Negativdruck, der
innerhalb der Abfülldüse 12 erzeugt werden soll, nimmt an, wenn
dieser Abstand zunimmt. Der Bewegungsweg wird über einen
Bereich von 0 bis 1 mm eingestellt. Der Abstand ist größer,
wenn die abzufüllende Flüssigkeit eine höhere Viskosität
besitzt.
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Figur 5 ist eine schematische Ansicht, die ein Rohrsystem mit
dem Vakuumrohr 43, das mit dem Meßzylinder 11 verbunden ist,
zeigt. Obwohl das Diagramm zwei Meßzylinder 11 zeigt, können
ein oder mindestens 3 Meßzylinder verwendet werden.
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Die beiden Vakuumrohre 43, die mit den entsprechenden
Meßzylindern 11 verbunden sind, erstrecken sich getrennt zu
einem Lufttank 111, der vorgesehen ist, um das vorliegende
System frei von dem Einfluß von Druckänderungen in einem
anderen System zu halten. Zwischen dem Lufttank 111 und einer
Vakuumpumpe 112 sind ein Luftfilter 113, ein Absperventil 114
und ein elektromagnetisches Ventil 115 vorgesehen, die in
dieser Reihenfolge von der Pumpenseite zu dem Tank 111
angeordnet sind. Wenn die Vakuumpumpe 112 in einem Notfall oder
bei Beendigung des Vorgangs stoppt, dient das
elektromagnetische Ventil 115 dazu, das Vakuumrohr 43 für das
Rohr abzusperren, um ein Vakuum aufrecht zu erhalten. Zwischen
dem Lufttank 111 und jedem Meßzylinder 11 sind eine Lochplatte
116 neben dem Lufttank 111 und ein Drucksensor 117 mit einem
Kontaktende neben der Platte 116 angeordnet.
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Die Lochplatte 116 und der Drucksensor 117 sind mit einem
Bypass-Rohr 118 versehen, die ein Absperrventil 119 aufweisen.
Das Ventil 119 wird voll geöffnet, wenn die Membranen an dem
Kolben 14 befestigt werden sollen und wird anschließend
vollständig geschlossen. Das Vakuumrohr 43 hat ein Sichtglas
120 nahe dem Meßzylinder 11, um durch dieses visuell eine
Flüssigkeitsleckage von den Membranen 41 und 42 zu beobachten.
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Das Vakuumrohr 43 besitzt viele nicht dargestellte Anschlüsse
und Kupplungen und erlaubt unvermeidbar eine Leckage. Die Menge
dieser Leckage wird als "Standardleckagemenge" bezeichnet.
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Wenn die Membranen 41 und 42 keine undichte Stelle mit der
Standardleckagemenge an Fluid, die durch das Vakuum 43 strömt,
besitzt, wird der Druck, der auf dem Drucksensor 117 wirkt, auf
einem Wert, der niedriger als ein vorher festgelegter Wert,
beispielsweise unterhalb von 20 mm/hg liegt, durch die
Lochplatte 116 gehalten. Die Lochplatte 116 besitzt einen
Durchmesser von 0,2 bis 1,0 mm, der geeignet entsprechend der
Standardleckagemenge ausgewählt wird. Wenn der Druck, der auf
den Drucksensor 117 wirkt, auf einen Wert ansteigt, der nicht
niedriger als der vorher festgelegte Wert liegt, wird der
Kontakt des Sensors geschlossen, um ein elektrisches Signal zu
erzeugen. Wenn eine undichte Stelle wie ein kleines Loch in den
Membranen 41 oder 42 auftritt, steigt der Druck auf den Sensor
117 auf beispielsweise 60 mm/hg sofort an. Bei der Erfassung
des erhöhten Drucks erzeugt der Sensor 117 ein Signal, das als
Leckerfassungssignal dient. Auf ein solches Erfassungssignal
hin wird die Abfüllmaschine außer Betrieb gesetzt.