-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpeneinheit mit zwei
Pumpenkammern, die jeweils eine bewegliche Wand enthalten, die
individuell in Rückwärts- und Vorwärtsrichtung angetrieben
werden kann, wobei die Pumpenkammern einen gemeinsamen Einlaß und
einen gemeinsamen Auslaß sowie eine gemeinsame Steuerung in
Form eines drehbaren Ventilkörpers mit zwei Durchgängen
aufweisen, die die beiden Pumpenkammern abwechselnd mit dem
gemeinsamen Einlaß und dem gemeinsamen Auslaß verbinden.
-
Bei der regelmäßigen Abgabe eines pumpbaren Produkts,
beispielsweise mit Hilfe einer Kolbenpumpe, entsteht unvermeidlich
ein intermittierender Durchfluß in der zur Pumpe führenden
Leitung. Daraus ergeben sich Druckstöße in der Leitung. Diese
Druckstöße können bei einer schnellen und regelmäßigen Abgabe
eines Produkts sehr mächtig werden und zu solch schwerwiegenden
Beschädigungen der Leitung und ihrer Aufhängung führen, daß
Leckagen auftreten.
-
Ein Verfahren zur Vermeidung des oben erwähnten Problems ist in
der CH-A-617 752 dargestellt, worin eine Pumpe mit zwei Kolben
und Pumpenkammern mit einem gemeinsamen Steuerventil für einen
solchen Antrieb angeordnet ist, daß die sich die Ansaugphasen
der Pumpenkammern teilweise überlappen, womit Druckstöße in der
Einlaßleitung vermieden werden. Eine ähnliche Anordnung ist in
der CH-A-516 084 gezeigt.
-
Die Verpackungsindustrie stellt ein typisches Gebiet dar, auf
dem Dosierpumpen in Form von Kolbenpumpen oft verwendet werden,
genauer bei solchen Füllmaschinen, die zum Füllen von Flaschen
oder Verpackungsbehältern mit Inhaltsstoffen in flüssigem
Zustand, z.B. verschiedenen Molkereiprodukten wie Milch,
Sauermilch und Joghurt oder Suppen verwendet werden. Da
Verpackungsmaschinen dieser Art häufig mit hoher Geschwindigkeit arbeiten,
stellen Druckstöße in der Leitung ein ernsthaftes Problem dar.
Normalerweise wird dieses Problem dadurch gelöst, daß die
Leitung mit einer Art einer Druckausgleichseinrichtung versehen
wird. In der Praxis wird ein Tank oder ein ebenes Gefäß in Form
eines geschlossenen Tanks verwendet, der mit der Leitung in
Reihe verbunden und manchmal mit Hilfe von Druckgas
ausgeglichen ist. Der Pegel in dem Tank kann innerhalb bestimmter
Grenzen schwanken; damit lassen sich Drückstöße zwischen der Pumpe
und dem Tank kompensieren, so daß sie sich nicht weiter zur
Leitung ausbreiten.
-
Selbst wenn durch die Verwendung eines Kompensationstanks das
Problem der Druckschläge vermieden wird, dann entstehen statt
dessen andere Probleme, besonders wenn die Technik mit einem
Kompensationstank in der Nahrungmittelindustrie verwendet wird,
weil der Tank eine unregelmäßige Stelle in der Leitung
darstellt, die demnach schwer ausreichend gespült werden kann. Bei
dem Typ des Verpackungssystems, bei dem sterile Nahrungsmittel
aseptisch verpackt werden, kann der Tank in der Praxis
unmöglich vernünftig gespült und sterilisiert werden, jedenfalls
wenn mehrere hochviskose Produkte oder Produkte mit Teilchen,
z.B. Suppen, verpackt werden sollen. Ein System mit einem
Kompensationstank, das auch mit Einrichtungen zum Druckaufbau mit
Inertgas versehen sein kann, ist darüber hinaus sehr teuer,
selbst wenn es so hergestellt sein soll, daß es zu spülen und
sterilisieren ist. Bei schnellen Verpackungsmaschinen, bei
denen mehrere Dosierpumpen verwendet werden, entstehen hohe
Kosten und entsprechende Schwierigkeiten.
-
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Pumpe
vorzusehen, die die oben erwähnten Probleme vermeidet und
besonders zur Verwendung in der Verpackungsindubtrie geeignet
ist, insbesondere zur aseptischen Behandlung viskoser Produkte.
-
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine
Pumpeneinheit vorzusehen, die ohne Verursachung von Druckstößen
in der Leitung eine schnelle und genaue volumetrische Abgabe
pumpbarer Produkte unterschiedlichen Typs und Viskosität
ermöglicht.
-
Außerdem ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Pumpeneinheit mit einem Aufbau vorzusehen, der eine hohe
Betriebssicherheit liefert und eine gute Säuberung und
Sterilisierung ermöglicht.
-
Diese und weitere Aufgaben sind durch die Erfindung nach der
Definition von Anspruch 1 gelöst.
-
Bevorzugte Ausführungsformen einer Pumpeneinheit nach der
Erfindung erhielten ferner die Merkmale, die aus den
Unteransprüchen zu ersehen sind.
-
Nun wird eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung nach
der Erfindung speziell unter Bezug auf die beigefügten
schematischen Zeichnungen beschrieben, die nur die Einzelheiten
zeigen, die zum Verständnis der Erfindung wesentlich sind.
-
Fig. 1 zeigt eine Pumpeneinheit nach der vorliegenden
Erfindung von der Seite und teilweise im Schnitt.
-
Fig. 2A, B und C zeigen schematisch einen Teil einer
Pumpeneinheit nach der Erfindung in verschiedenen
Arbeitspositionen.
-
Fig. 3A, B und C veranschaulichen das Pumpverfahren nach
der Erfindung im Diagramm.
-
Die bevorzugten Ausführungsformen einer Pumpeneinheit 1 nach
der Erfindung, die in Fig. 1 gezeigt ist, sind zur Verwendung
zusammen mit einer Verpackungsmaschine des Typs gedacht, der
ganz oder teilweise vorbereitete, füllbare Verpackungsbehälter
mit der gewünschten Menge an Inhaltsstoffen füllt. Die
Inhaltsstoffe, die von unterschiedlicher Viskosität sein können und
möglicherweise z.B. Fleischteuchen enthalten, werden in
gleichmäßigen Abständen in Form volumetrisch dosierter
Portionen in Verpackungsbehälter abgegeben, die zeitlich mit der
Arbeit der Pumpeneinheit vorbewegt werden.
-
Die in Fig. 1 gezeigte Pumpeneinheit 1 besitzt zwei
Pumpenkammern 2, 3, die voreinander in einer gemeinsamen Ebene
angeordnet sind. Zwischen den Pumpenkammern ist eine drehbare
Steuerung 4 (in Form eines Drehkörpers) vorgesehen, die zur
Verbindung der Pumpenkammern 2, 3 mit einem zur Seite gewandten
Einlaß 5 und einem nach unten gewandten Auslaß 6 angeordnet ist.
Die Pumpeneinheit, die hauptsächlich aus Edelstahl hergestellt
ist, enthält ferner Antriebs- und Steuerorgane eines an sich
bekannten Typs.
-
Jede der voreinander gelegenen Pumpenkammern 2, 3 enthält eine
nach hinten und vorne gehende Wand in Form einer Walzenmembran
7, die gegen das Vorderende eines Pumpenkolbens 8 anliegt. Die
Pumpenkammer 2, 3 sind zylindrisch und liegen teilweise in
einem Ventilgehäuse 9, teilweise in einem Pumpengehäuse 10. Das
Pumpengehäuse 10 ist derart mit dem Ventilgehäuse 9 verbunden,
daß sich die Pumpenkolben 8 im Betrieb zwischen einer vorderen
Endposition (der in Fig. 1 gezeigte linke Kolben in der
Pumpenkammer 3), in der sich der Kolben teilweise innerhalb des
Ventilgehäuses 9 befindet, und einer hinteren Endposition (der
rechte Pumpenkolben 8, der sich in Fig. 1 in der Pumpenkammer 2
befindet) nach hinten und vorne bewegen, in der sich der
Pumpenkolben in dem Teil der Pumpenkammer 2 befindet, der in dem
Pumpengehäuse 10 liegt. Die Lage der Endpositionen kann
variiert werden, was im folgenden genauer erläutert wird, und die
Flexibilität und Gestalt der Walzenmembran 7 sind deshalb
derart ausgewählt, daß die Kolbenbewegungen nicht behindert
werden.
Die Walzenmembran 7, die bevorzugt aus mit Gewebe
ummanteltem Silicongummi hergestellt ist, ist mit ihrem Umfang
zwischen dem Ventilgehäuse 9 und dem Pumpengehäuse 10 befestigt,
das mittels nicht gezeigter Bolzen dicht an die Außenseite des
Ventilgehäuses 9 geschraubt ist. Die Walzenmembran 7 ist auch
mit der Oberseite des Pumpenkolbens 8 verbunden ist. Bei
Pumpeneinheiten, die für Nahrungsmittel und insbesondere solche
Nahrungsmittel bestimmt sind, die vorher sterilisiert und
aseptisch verpackt werden müssen, wird jeder Pumpenkolben 8
geeigneterweise mit doppelten Walzenmembranen versehen, von denen
eine, wie gezeigt, an der Vorderfläche des Pumpenkolbens 8 und
die andere an der anderen Seite des Pumpenkolbens, d.h. der
Seite der Kolbenstange angeordnet ist. Zur Sicherung der
Bewegung und um zu gewährleisten, daß keine Schmutzstoffe die
Membran durchqueren können, kann der Raum dazwischen auch in an
sich bekannter Weise einem Vakuum unterworfen werden, wobei das
Vakuum ständig oder periodisch überwacht werden kann, damit
sofort angezeigt wird, daß eine Membranleckage auftritt.
-
Der in jeder Pumpenkammer 2, 3 zu findende Pumpenkolben 8 ist
wie die Pumpenkammer im wesentlichen zylindrisch und mit Hilfe
einer Kolbenstange 11 vorwärts und rückwärts zu bewegen, deren
entgegengesetztes Ende mit einem Antriebsorgan, z.B. einem
individuell gesteuerten elektrischen Servomotor 20, verbunden,
d.h. mit einem Permanentmagnetmotor oder einem bürstenlosen
Gleichstrommotor. Die Drehbewegung des Servomotor 20 wird über
einen Bewegungswandler 21, z.B. eine Kugelumlaufspindel, in
eine lineare Bewegung umgewandelt, die auf die Kolbenstange 11
wirkt. Der Servomotor 20 kann von einem dem Fachmann
wohlbekannten Typ sein und mittels elektrischer Regler derart
gesteuert werden, daß er sich in jede gewünschte Richtung und mit
jeder gewünschten Drehzahl oder Teildrehzahl dreht. Auf diese
Weise kann die Bewegung des Pumpenkolbens 8 in Hinsicht auf
Geschwindigkeit, Hub und Auswahl der Endposition innerhalb eines
weiten Bereichs verändert werden. Jeder Pumpenkolben 8 kann
außerdem ein völlig individuelles Bewegungsmuster aufweisen, das
durch ein geeignetes Datenprogramm gesteuert wird.
-
Wie oben erwähnt, liegen die beiden Pumpengehäuse 10 an
entgegengesetzten Seiten des Ventilgehäuses 9 und sind damit so
verbunden, daß sie voreinander liegen, wobei sich die beiden
Pumpenkolben 8 nicht nur in einer gemeinsamen Ebene, sondern auch
längs einer gemeinsamen zentralen Achse bewegen. Zwischen den
beiden Pumpengehäusen 10 liegt an der Mittenachse die Steuerung
4, die die Form eines drehbaren, kegelstumpfförmigen
Ventilkörpers besitzt, dessen Drehachse vertikal liegt und die
gemeinsame Mittenachse der Pumpenkolben 8 rechtwinklig kreuzt. Der
Steuer- oder Ventilkörper 4 ist mittels einer Ventilwelle 12 zu
betätigen, die sich durch eine obere Wand 13 des Ventilgehäuses
9 vertikal nach oben erstreckt. Das obere Ende der Ventilwelle
12 kann mit Hilfe eines Steuermotors 14 im gewünschten Maße
gewendet oder gedreht werden, und es kann auch mittels eines
Anhebemotors 15 axial verschoben werden. Der Steuermotor 14 kann
vom elektrischen oder pneumatischen Typ sein und auf die
Ventilwelle 12 z.B. über eine Schneckengetriebe- oder
Zahnstangengetriebeanordnung einwirken, während der Anhebemotor 15
bevorzugt eine pneumatische Kolben- und Zylindereinheit ist, deren
Hub nur etwa 10 - 20 mm beträgt.
-
Der Ventilkörper 4 ist an seinem oberen Ende mit einer
zylindrischen Anlagefläche 16 versehen, mittels derer der
Ventilkörper gegen die entsprechende zylindrische Anlagefläche im oberen
Teil des Ventilgehäuses 9 anliegt, wodurch die Wende- oder
Drehbewegung des Ventilkörpers 4 stabilisiert wird und
Querbewegungen vermieden werden. Das untere Ende des Ventilkörpers 4
zeigt eine kegelförmige Dichtungsfläche 17, die gegen eine
entsprechende kegelförmige Fläche im unteren Ende des
Ventilgehäuses 9 anliegt. Der Ventilkörper 4 kann aus rostfreiem Stahl
bestehen, der einer geeigneten Oberflächenhärtungsbehandlung
unterworfen wurde oder möglicherweise teilweise durch ein
Hartkeramikmaterial mit niedriger Reibung ersetzt ist, um der Einheit
die gewünschte Lebensdauer zu verleihen. Der Fachmann kenn
verschiedene geeignete Materialien; sie können in Abhängigkeit von
der gewünschten Lebensdauer&sub1; dem gepumpten Produkt usw.
ausgewählt sein.
-
Als Alternative zu den beschriebenen Anlageflächen des
Ventilkörpers 4 und des Ventilgehäuses 9 kann der Ventilkörper 4 auch
mit Hilfe von Lagern am oberen Teil der Ventilwelle 12 an
korrekter radialer Position gehalten werden (die in den
Zeichnungen nicht gezeigt sind). Bei dieser Konstruktion kann der
Verschleiß an den Ventiloberflächen minimiert werden. Ebenso kann
das radiale Spiel zwischen dem Ventilkörper 4 und dem
Ventilgehäuse 9 eingestellt werden, indem einfach die axiale Position
des Ventilkörpers 4 eingestellt wird. Am oberen Ende der
Ventilwelle 12 kann eine Schraubeinrichtung für eine solche axiale
Einstellung eingebaut sein. Allerdings ist eine solche
Einrichtung an sich bekannt und deshalb hier nicht dargestellt.
-
Der radial angeordnete Einlaß 5 des Ventilgehäuses 9 erstreckt
sich so weit durch die Wand des Ventilgehäuses 9 wie der
kegelförmige Ausschnitt, wo der Ventilkörper 4 liegt. Der vertikal
angebrachte Ventilkörper 4 zeigt in entsprechender Höhe einen
Einlaßdurchgang 18, der die Form eines horizontalen, im
wesentlichen U-förmigen (Quer-)Schlitzes aufweist, der sich durch
einen oberen Teil des Ventilkörpers 4 erstreckt und mit seinem
oberen Teil auf gleicher Höhe oder über dem oberen Teil des
Pumpenzylinders liegt, womit gewährleistet ist, daß etwa in dem
Zylinder vorhandenes Gas frei ausströmen kann, so daß innere
Lufttaschen vermieden werden. Die Enden des Schlitzes treten an
diametral entgegengesetzten Seiten des Ventilkörpers aus. Dies
ist in der schematischen Figur 2 deutlicher veranschaulicht, wo
zu sehen ist, wie der Einlaßdurchgang 18 einen Winkel von mehr
als 180º der Umfangsfläche des Ventilkörpers 4 umfaßt. Da der
Einlaßdurchgang 18 hauptsächlich im oberen Teil des
kegelförmigen Ventilkörpers 4 angeordnet ist, ist im unteren Teil des
Ventilkörpers Raum für einen Auslaßdurchgang 19, von dem ein
Ende die Form einer ovalen, sich vertikal erstreckenden Öffnung
aufweist, deren Höhe im wesentlichen dem Durchmesser der
Pumpenkammer 2 entspricht und damit in der vertikalen Ebene die
gesamte freie Fläche des kegelförmigen Teils des Ventilkörpers
4 einnimmt, die zu der Pumpenkammer 2 gewendet ist. Da sich die
Öffnung nach unten oder unter den Bodenteil des Pumpenzylinders
erstreckt, entleert sich die Pumpe vollkommen von selbst, was
vom Standpunkt der Hygiene und Genauigkeit wie die oben
erwähnte Freiheit von Lufttaschen sehr wichtig ist. Der
Auslaßdurchgang erstreckt sich von der oben erwähnten Öffnung im
wesentlichen mit 45º nach unten zu dem unteren Ende des Ventilkörpers
4, wo er in den sich im wesentlichen vertikal (axial)
erstrekkenden zylindrischen Auslaß 6 übergeht. Der Auslaß 6 ist mit
dem Füllrohr der Verpackungsmaschine verbunden, d.h. mit dem
Rohr, über welches das gepumpte Produkt in den
Verpackungsbehälter eingebracht wird, der in diesem Moment gefüllt werden
soll. Auf entsprechende, an sich wohlbekannte Weise ist der
Einlaß 5 über (in der Figur nicht gezeigte) Rohre mit einem
Behälter oder ähnlichem verbunden, in dem das zu verpackende
Produkt enthalten ist.
-
Wie oben erwähnt, sind sowohl die beiden Servomotoren 20 als
auch der Steuermotor 14 mit Steuer- und Regeleinrichtungen
eines bekannten Typs verbunden, die dafür sorgen, daß das
Bewegungsmuster der verschiedenen Teile und die Zeitpunkte für ihre
Bewegungen einem vorbestimmten Schema entsprechen, das z.B. in
Form eines Computerprogramms vorliegen kann. Selbstverständlich
können sowohl die Pumpenkolben 8 als auch der Ventilkörper 4 in
Verbindung mit geeigneten Positionssensoren arbeiten; dies
stellt aber für den Fachmann eine bekannte Technologie dar, die
in diesem Zusammenhang nicht näher beschrieben werden muß.
-
Wird die Pumpeneinheit nach der Erfindung zusammen mit einer
Verpackungsmaschine eines bekannten Typs verwendet, dann ist
sie so angeordnet, daß sich der Auslaß natürlich in ein "nicht
gezeigtes) sich nach unten erstreckendes Füllrohr erstreckt,
aus dem das Produkt in die Verpackungsbehälter abgegeben wird.
Ist die Pumpeneinheit derart angeordnet, daß die Pumpenkammern
2, 3 horizontal und die Mittenachse des Ventilkörpers 4
vertikal liegen, dann entleert sich die Pumpe von selbst, was sowohl
für den Pumpvorgang als auch zum Reinigen sehr wichtig ist. Der
Einlaß 5 der Pumpe ist mit einem Tank für Inhaltsstoffe oder
ähnlichem verbunden, der geeigneterweise auf etwas höherem
Niveau als die Pumpeneinheit selbst liegt. Bei größeren Anlagen
kommt es häufig vor, daß eine Reihe von Verpackungsmaschinen
mit Inhaltsstoffen oder einem Produkt versorgt werden, das aus
einer gemeinsamen Hauptleitung verpackt werden soll, und der
Einlaß 5 von jeder Pumpeneinheit ist in diesem Fall natürlich
mit der oben erwähnten Hauptleitung verbunden. Dank der
Tatsache, daß die Pumpeneinheit nach der Erfindung trotz der
volumetrischen Dosierabgabe der Kolbenpumpen einen nicht schwankenden
und gleichmäßigen Durchfluß in dem Einlaß 5 liefert, kann die
Pumpeneinheit direkt an die Hauptleitung angeschlossen werden,
ohne daß irgendeine Form einer Druckausgleichseinrichtung wie
z.B. ein Pegeltank verwendet werden muß. Dadurch wird die
Spülung der Geräte beträchtlich vereinfacht und gleichzeitig wird
es möglich, die Anordnung für vorher sterilisierte Produkte zu
verwenden, da durch eine einfache Dampfsterilisation
sichergestellt werden kann, daß alle Teile der Flächen der Anlage, die
mit den Inhaltstoffen in Kontakt gelangen, völlig steril sind.
-
In Fig. 2A, B und C ist schematisch veranschaulicht, wie ein
pumpbares Produkt über den Betrieb der Pumpeneinheit nach der
Erfindung in volumetrischen Portionen gepumpt wird; dort sind
sowohl die Bewegungen der beiden Pumpenkolben 8 als auch die
verschiedenen Positionen des Steuer- oder Ventilkörpers 4
gezeigt. In Fig. 3A, B und C sind die Bewegungen der Pumpenkolben
8 zusammen mit dem Durchfluß in dem Einlaß 5 oder dem Auslaß 6
in entsprechender Weise schematisch als Funktion der Zeit
gezeigt. Nach der engeren Definition veranschaulichen die
durchgezogenen Linien die Bewegung des Kolbens 8', der in Fig. 2 auf
der linken Seite gezeigt ist, während gestrichelte Linien die
Bewegungen des Kolbens 8" veranschaulichen, der in Fig. 2 auf
der rechten Seite liegt. Es sei bemerkt, daß Fig. 2 und 3 nur
eine alternative bevorzugte Arbeitsweise veranschaulichen, die
selbstverständlich geändert werden kann, da sowohl die
Pumpenkolben 8 als auch der Ventilkörper 4 jeweils mit Hilfe eines
eigenen Motors und nach einem vorgefertigten Programm
angetrieben werden. Die Durchflußrate im Auslaß kann z.B. innerhalb
weiter Grenzen derart variiert werden, daß sie an den Typ von
Inhaltsstoffen, die eingefüllt werden sollen, sowie an die
verfügbare Zeit und andere Parameter angepaßt wird. Dies ist
möglich, ohne daß die wesentlichen charakteristischen Merkmale
beeinträchtigt werden, d.h. daß sich die Ansaugphasen der
Pumpenkammern teilweise überlappen, wobei die Steuerung während eines
Teils des Pumpvorgangs gleichzeitig die Pumpenkammern mit dem
Einlaß verbindet, so daß der sich ergebende Durchfluß im Einlaß
5 konstant bleibt.
-
Bei der schrittweisen Veranschaulichung des Pumpvorgangs nach
der Erfindung, der in Fig. 2A, 2B und 2C veranschaulicht ist,
ist in Fig. 2A gezeigt, wie der linke Pumpenkolben 8' einen
Arbeitshub ausführt, d.h. sich derart von links nach rechts
bewegt, daß die Inhaltsstoffe in der begleitenden Pumpenkammer 2
über den Auslaßdurchgang 19 in dem Ventilkörper 4 zum Auslaß 6
und weiter zu dem Füllrohr in der nicht gezeigten
Verpackungsmaschine gebracht werden. Befindet sich der Ventilkörper 4 in
der in Fig. 2A gezeigten Position, dann ist die linke
Pumpenkammer 2 über den Auslaßdurchgang 19 mit dem Auslaß 6
verbunden, während die rechte Pumpenkammer eine Verbindung über den
Einlaßdurchgang 18 zu dem Einlaß 5 erhält, der auf eine Weise,
die nicht gezeigt, aber oben beschrieben ist, mit einem
Zufuhrrohr für die Inhaltsstoffe verbunden ist. Der in Fig. 2A rechts
gezeigte Pumpenkolben 8" wird in einem Rückhub bewegt, bei dem
die Inhaltsstoffe aus dem Zufuhrrohr über den Einlaß 5 und den
Einlaßdurchgang 18 in dem Ventilkörper 4 angesaugt werden, so
daß die Pumpenkammer 2, die zu dem Pumpenkolben 8" gehört,
allmählich mit den Tnhaltsstoffen gefüllt wird. Der in Fig. 2A
veranschaulichte Vorgang ist auch in Fig. 3A schematisch
dargestellt, wobei der Vorgang zwischen den Seitenpunkten a und b in
der horizontalen Zeitachse des Diagramms stattfindet. Aus der
durchgezogenen Linienkurve, die die Bewegung des Pumpenkolbens
8' veranschaulicht, ist zu ersehen, wie der Pumpenkolben aus
seiner hinteren Endposition (Punkt a im Diagramm) auf eine
konstante Geschwindigkeit (V&sub2;) beschleunigt, woraufhin die
Geschwindigkeit des Pumpenkolbens 8' wieder abnimmt, so daß sie
an der vorderen Endposition des Pumpenkolbens (b im Diagramm)
wieder Null beträgt. In der entsprechenden Zeit bewegt sich der
andere Kolben 8" mit langsamerer, konstanter Bewegung (V&sub1;) aus
seiner vorderen Endposition in seine hintere Endposition, und
diese Bewegung geht auch nach dem Zeitpunkt b weiter.
-
Fig. 2B zeigt die Pumpeneinheit nach der Erfindung zu dem
Zeitpunkt, wo der Steuermotor 14 den Ventilkörper 4 über die
Ventilachse 12 halb aus der in Fig. 2A gezeigten Position zu der in
Fig. 2C gezeigten Position gedreht hat. Der Pumpenkolben 8' hat
seine vordere Endposition verlassen und zum selben Zeitpunkt
seinen Rückhub begonnen, wo der Pumpenkolben 8" den in Fig. 2A
begonnenen Hub noch nicht vollständig abgeschlossen hat. In dem
beigefügten Diagramm (Fig. 38) veranschaulicht die
durchgezogene Linie, wie der Pumpenkolben 8' zwischen den Zeitpunkten c
und d aus seiner vorderen Endposition, in der er nach Abschluß
des vorhergehenden Pumphubes lag, auf eine konstante
Geschwindigkeit beschleunigt wurde, mit der der Rückhub durchgeführt
wird. Der gerade stattfindende Rückhub des Pumpenkolbens 8"
wird zum gleichen Zeitpunkt c abgebrochen, und die Bewegung
gelangt allmählich zu einem Stillstand, so daß sie zum Zeitpunkt
d vollständig aufgehört hat. Zwischen den beiden Zeitpunkten c
und d ergänzen sich die Ansaugbewegungen der beiden Kolben 8'
und 8" derart, daß die Gesamtvolumenänderung in den beiden
Pumpenkammern so hoch wie die Volumenänderung in einer einzigen
Kammer während des betreffenden Ansaughubs des Pumpenkolbens
ist. Da der Ventilkörper 4 zwischen den Zeitpunkten c und d die
Pumpenkammer 2 der beiden Pumpenkolben mit dem Einlaß 5
verbindet, ist sichergestellt, daß die Durchflußrate in dem Einlaß 5
und dem dazugehörigen Rohrsystem konstant bleibt, obwohl die
Pumpeneinheit die Inhaltsstoffe portionsweise über den Auslaß 6
abgibt.
-
In Fig. 2C setzt der linke Pumpenkolben 8' seinen Ansaughub
fort, während der gegenüberliegende Pumpenkolben 8" nun seine
hintere Endposition verlassen und seinen Pumphub begonnen hat.
Der Ventilkörper 4 wurde bezüglich Fig. 2A in seine
entgegengesetzte Endposition gedreht, womit er die linke Pumpenkammer mit
dem Einlaß 5 verbindet, während gleichzeitig die rechte
Pumpenkammer in den Auslaß 6 abgibt. In dem dazugehörigen Diagramm
"Fig. 3C) ist dieser Vorgang zwischen den Zeitpunkten d und e
gezeigt, wobei zu sehen ist, daß die zu dem Pumpenkolben 8'
gehörende Kurve eine gerade Linie darstellt, d.h. der
Pumpenkolben
8' besitzt die oben erwähnte konstante Geschwindigkeit
(V&sub1;), die einen konstanten Produktdurchfluß in dem Einlaß 5
ergibt. Die gestrichelte Linie, die die Bewegung des
Pumpenkolbens 8" veranschaulicht, zeigt, wie dieser Pumpenkolben nach
seiner stationären Periode in der hinteren Endposition auf die
Geschwindigkeit (V&sub2;) beschleunigt und dann verzögert wird, so
daß er bei Erreichen seiner vorderen Endposition wieder
Nullgeschwindigkeit besitzt, woraufhin ein neuer Pumpzyklus begonnen
hat.
-
Selbstverständlich liegt eine Voraussetzung dafür, daß sich aus
den überlappenden Ansaugphasen der Pumpenkammern 2, 3 ein
gleichmäßiger Durchfluß in dem Einlaß 5 ergibt, darin, daß der
Steuer- oder Ventilkörper 4 derart geformt und gehandhabt wird,
daß die Verbindung zwischen den beiden Pumpenkammern und dem
Einlaß 5 gleichzeitig für eine bestimmte Zeit aufrechterhalten
wird. Bei dem gezeigten Typ eines Ventilkörpers 4 kann dies
entweder über den beschriebenen Ventilkörper 4 geschehen, indem
er hauptsächlich mit konstanter Geschwindigkeit zwischen den
beiden Endpositionen (Fig. 2A bzw. 2C) manövriert wird, oder
auch indem der Ventilkörper 4 schrittweise zwischen drei
Positionen manövriert wird, nämlich den beiden Positionen von Fig.
2A bzw. Fig. 2C sowie einer Zwischenposition, die der in Fig.
2B gezeigten Momentanposition entspricht, d.h. der Position, in
der die Verbindung zwischen den beiden Pumpenkammern 2, 3 und
dem Einlaß 5 maximal geöffnet ist. Auf diese Weise läßt sich
auch durch geeignetes Anpassen der Bewegung der Pumpenkolben
8', 8" ein gleichmäßiger Ansaugvorgang im Einlaß 5 erhalten.
Diese schrittweise Drehung des Ventilkörpers 4 bietet den
Vorteil, daß der Durchflußpfad von dem Einlaß 5 für eine bestimmte
Zeit maximal geöffnet ist, was beim Pumpen von Inhaltsstoffen
von Vorteil sein kann, die feste Teilchen enthalten, z.B. Teile
von Fleisch, Beeren oder ähnlichem, da sehr große Teilchen
gepumpt werden können. Allerdings ergibt eine kontinuierliche
Drehbewegung einen glatteren Arbeitsvorgang, was normalerweise
beim Pumpen einer Anzahl von Produkten bevorzugt sein sollte,
die keine größeren festen Teilchen enthalten.
-
Da sich die Ansaugphasen der beiden Pumpenkammern miteinander
überlappen, ergibt sich auch eine längere Ansaugzeit, wodurch
die erforderliche Durchflußrate in dem Einlaß 5 reduziert wird
und sich eine sichere und bessere Füllung der Pumpenkammer
ergibt, was besonders beim Pumpen von hochviskosen Produkten mit
Teilchen von Vorteil ist.
-
Durch den Einzelantrieb der beiden Pumpenkolben 8 und die
Auswahl geeigneter Endpositionen wird es möglich, das
Pumpenvolumen während des Betriebs zu variieren, was zur Anpassung des
Pumpenvolumens und damit des Füllgrades der Verpackungsbehälter
verwendet werden kann, nach dem die vorher gefüllten
Verpakkungsbehälter gewichtsmäßig überprüft wurden.
-
Wie oben erwähnt, sollte die Pumpeneinheit nach der Erfindung
derart montiert werden, daß die gemeinsame Mittenachse der
Pumpenkammern in horizontaler Position und die Drehachse des
Ventilkörpers vertikal liegt, da die Pumpeneinheit damit leicher
geleert werden kann, wenn sie z.B. gespült werden muß. Diese
Spülung wird auf herkömmliche Weise durchgeführt, z.B. indem
die Pumpeneinheit ein geeignetes Reinigungsfluid wie eine Lauge
pumpen kann. Zusätzlich zu der normalen Pumpenbewegung
ermöglicht die individuelle Steuerung der beiden Servomotoren 20 die
Auswahl unterschiedlicher Kolbenbewegungen und
unterschiedlicher Endpositionen, woraus sich eine besonders wirksame
Reinigung der Walzenmembran und des Innenraums der Pumpenkammern
ergibt. Mit Hilfe des Anhebemotors 15 kann der Ventilkörper 4
während des Spülvorgangs aus seiner Position gehoben werden, so
daß das Spülfluid auch zwischen der Dichtfläche 17 des
Ventilkörpers 4, die an dessen Boden liegt, sowie zwischen den
anderen Flgchen des Ventilkörpers 4 und des Ventilgehäuses 9
strömen kann, die normalerweise gegeneinander anliegen. Damit kann
die individuelle Steuerung der Servomotoren 20 beispielsweise
derart verwendet werden, daß den beiden Pumpenkolben 8 eine
entgegengesetzte Phasenbewegung verliehen wird, über die sich
die Durchflußrate des Fluids innerhalb weiter Grenzen variieren
läßt, so daß das Innere der Pumpeneinheit wirksam und sicher
gereinigt werden kann. Nach Abschluß der Reinigung kann das
Reinigungsfluid wegen der selbstentleerenden Form der Pumpe
über den Auslaß 6 auslaufen, woraufhin der Ventilkörper 4
wieder in seine Arbeitsposition abgesenkt wird und die
Pumpeneinheit für den Normalbetrieb eingestellt wird. Gegebenenfalls
kann nach dem eigentlichen Spülvorgang eine Sterilisation mit
Dampf oder jedem anderen Sterilisationsmedium, z.B. mit
Wasserstoffperoxid in Dampf- oder Gasform durchgeführt werden.
-
Die Pumpeneinheit nach der Erfindung ermöglicht es damit, trotz
eines volumetrisch dosierten Pumpens einen konstanten
Produktstom in dem Zufuhrrohr der Pumpe vorzusehen, so daß Druckstöße
völlig vermieden werden. Damit sind auch keine
Druckausgleichseinrichtungen erforderlich, und der gesamte Druckkanal vom
Produkttank zu den Füllrohren der Maschine, die in die
Verpakkungsbehälter abgeben, kann sicher gespült und sterilisiert
werden.