DE69730588T2 - Vorrichtung zur volumetrischen Dosierung einer Flüssigkeit - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Fluidausgabevorrichtung und insbesondere eine volumetrische Fluidausgabevorrichtung ohne mit dem Fluid in Berührung stehende sich bewegende Teile.
  • Es gibt zahlreiche Arten von Fluidausgabevorrichtungen zum Füllen von Flaschen. Eine Fluidausgabevorrichtungsart, die breite Verwendung findet, sind Füllvorrichtungen nach dem Verdrängerprinzip. Füllvorrichtungen nach dem Verdrängerprinzip enthalten in der Regel sich bewegende Teile, die das ausgegebene Fluid berühren und verdrängen. Eine Art von Füllvorrichtung nach dem Verdrängerprinzip verwendet zum Beispiel eine Kolben-Zylinder-Anordnung. Bei dieser Art von Füllvorrichtung nach dem Verdrängerprinzip wird durch die Rückwärtsbewegung des Kolbens Fluid durch eine Einlaßöffnung in den Zylinder gezogen und durch die Vorwärtsbewegung des Kolbens Fluid durch eine Auslaßöffnung ausgetrieben. Bei einer anderen Art von Füllvorrichtung nach dem Verdrängerprinzip wird eine Rotationspumpe zur Bewegung des Fluids verwendet.
  • Verdrängerpumpen haben in den Vereinigten Staaten aus zwei Gründen breite Verwendung gefunden. Zunächst können Verdrängerpumpen mit relativ hohen Geschwindigkeiten betrieben werden und dabei bis zu sechshundert Flaschen pro Minute füllen. Darüber hinaus weisen Verdrängerpumpen eine Genauigkeit von bis zu ca. ± 0,5% auf.
  • Trotz der weiten Verwendung von Füllvorrichtungen nach dem Verdrängerprinzip sind sie dennoch mit mehreren Nachteilen verbunden. Ein Nachteil bei den Füllvorrichtungen nach dem Verdrängerprinzip besteht darin, daß das Fluid mit sich bewegenden Teilen in Berührung kommt. Mit dem Verschleiß der sich bewegenden Teile treten partikelförmige Stoffe in das Fluid ein, wodurch eine Teilchenverunreinigung verursacht wird. Wenn das Ausmaß der Feilchenverunreinigung hoch genug ist, dann kann das Produkt dadurch unbrauchbar werden. Ein anderer bedeutender Nachteil bei Füllvorrichtungen nach dem Verdrängerprinzip betrifft die schwierige Reinigung und Sterilisation der mit dem Fluid in Berührung stehenden sich bewegenden Teile. Bei Verdrängerpumpen schließen die kritischen Toleranzen zwischen Teilen, wie zum Beispiel dem Kolben und dem Zylinder, eine effektive Reinigung in Stellung aus. Somit muß der Verwender die Vorrichtung zur Reinigung und Sterilisation auseinanderbauen. Dieser Vorgang ist nicht nur zeitaufwendig, sondern kann auch zu einer biologischen Verunreinigung der Teile führen, wenn sie bei der erneuten Montage von dem Mechaniker gehandhabt werden.
  • Eine andere Art von Fluidausgabevorrichtung ist die Zeit/Druck-Füllvorrichtung. Allgemein enthält die Zeit/Druck-Füllvorrichtung ein Fluidreservoir, das unter einem relativ konstanten Druck gehalten wird. Das Fluid wird durch eine komprimierbare Leitung aus dem Reservoir ausgegeben. Der Fluidstrom wird durch ein Quetschventil gesperrt, das die Austragsleitung zusammendrückt und zusammenfaltet. Durch Öffnen der Austragsleitung für eine vorbestimmte Zeitdauer und dann Schließen der Leitung wird ein vorbestimmtes Fluidvolumen abgegeben. Wenn der Druck in dem Fluidreservoir konstant gehalten wird, sollte jedes Mal, wenn der Zyklus wiederholt wird, eine gleiche Fluidmenge abgegeben werden. Jedoch arbeiten Zeit/Druck-Füllvorrichtungen in der Praxis nicht so gut wie in der Theorie.
  • Die Hauptschwierigkeit bei den Zeit/Druck-Füllvorrichtungen besteht darin, daß die Schlauchleitung verformt wird, um den Fluidstrom zu sperren, und nicht immer sofort in seinen unverformten Zustand zurückkehrt, insbesondere wenn die Vorrichtung für eine längere Zeitdauer außer Betrieb war. Somit kann sich die kritische Öffnung, durch die das Fluid abgegeben wird, etwas von der vollständig offenen Leitung unterscheiden. Durch den Unterscheid bei der kritischen Öffnung ändert sich der Fluidstrom durch die Austragsleitung, bis die Austragsleitung in ihren unverformten Zustand zurückkehrt. Infolgedessen sind Zeit/Druck-Füllvorrichtungen während der ersten paar Füllzyklen weniger genau. Des weiteren ist es schwierig, bei Zeit-/Druck-Füllvorrichtungen Klärfilter zu verwenden, da sie auch einen konstanten Druck erfordern. Der Druckabfall am Filter führt eine Variable ein, die zu einem ungenauen Füllen führen kann.
  • Eine dritte Art von Fluidausgabevorrichtung wird in der US-PS 5,090,594 gezeigt, die eine volumetrische Fluidausgabevorrichtung offenbart. Die volumetrische Fluidausgabevorrichtung mißt ein vorbestimmtes Fluidvolumen in einem Meßbecher oder Füllrohr, das anschließend in ein Behältnis ausgegeben wird. Volumetrische Füllvorrichtungen sind zwar langsamer als Füllvorrichtungen nach dem Verdrängerprinzip, sie sind aber hochgenau und vermeiden die Probleme einer mikrobiellen Teilchenverunreinigung. Volumetrische Füllvorrichtungen sind jedoch wie Zeit/Druck-Füllvorrichtungen von einem relativ konstanten Druck abhängig. Aus diesem Grunde ist es unpraktisch, in volumetrischen Füllvorrichtungen Klärfilter zu verwenden, da der Druckabfall am Filter zu einem ungenauen Füllen führen kann.
  • Andere Patentschriften, die Vorrichtungen zur Ausgabe von Fluiden zeigen, sind US-A-5025954, US-A-3876108, US-A-5463228, US-A-5203367 und US-A-2860785. Insbesondere die US-A-5203367 beschreibt die Verwendung von Mitteln zum Aufrechterhalten eines konstanten Drucks im Fluidreservoir.
  • Die vorliegende Erfindung ist eine Fluidausgabevorrichtung mit einem flexiblen Fluidreservoir, das sich ausdehnt und zusammenzieht, um einen konstanten Innendruck aufrechtzuerhalten. Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet eine Verbesserung gegenüber der in der (am 11. April 1994 eingereichten) US-PS 5480063 beschriebenen Vorrichtung.
  • Gemäß der Erfindung wird eine Fluidausgabevorrichtung zur Ausgabe eines vorbestimmten Fluidvolumens bereitgestellt, wobei die Vorrichtung folgendes umfaßt: eine Fluidzufuhr; ein Fluidreservoir mit einem mit der Fluidzufuhr verbundenen Fluideinlaß; einen Fluidauslaß im Fluidreservoir zur Ausgabe von Fluid aus dem Fluidreservoir; ein mit dem Fluidauslaß verbundenes Austragsventil zur Ausgabe von Fluid aus dem Fluidreservoir, wenn das Ventil geöffnet ist; und eine elektronische Steuerungseinrichtung zum wahlweisen Öffnen und Schließen des Austragsventils zur Ausgabe eines vorbestimmten Fluidvolumens aus dem Fluidreservoir; wobei es sich bei dem Fluidreservoir um ein biegsames Fluidreservoir handelt, das sich ausdehnt und zusammenzieht, um den Innendruck im Fluidreservoir konstant zu halten.
  • Im Betrieb wird Fluid durch Öffnen des Füllventils aus dem Fluidreservoir in das Füllrohr übertragen. Wenn das Fluidniveau im Füllrohr eine erste vorbestimmte Höhe erreicht, wird das Füllventil geschlossen und das Austragsventil geöffnet, um das Fluid in einen Behälter auszugeben. Wenn das Fluidniveau im Füllrohr auf ein zweites vorbestimmtes Niveau fällt, wird das Austragsventil geschlossen und der Zyklus wiederholt.
  • Die vorliegende Erfindung kann auch in Zeit/Druck-Füllvorrichtungen verwendet werden. Auch diese Ausführungsform enthält ein flexibles Fluidreservoir zur Aufnahme des auszugebenden Fluids. Eine Ablaßleitung ist mit dem Auslaß des Fluidreservoirs verbunden, die ein Ablaßventil enthält. Das Ablaßventil ist für einen vorbestimmten Zeitraum geöffnet, um Fluid aus dem Reservoir in ein Behältnis auszugeben. Solange der Druck und die Öffnungsgröße konstant gehalten werden, wird das gleiche Fluidvolumen während jedes Zyklus ausgegeben.
  • Ein Hauptvorteil der Verwendung einer einem flexiblen Beutel ähnelnden Hülle besteht darin, daß das Reservoir sich ausdehnt und zusammenzieht, um einen konstanten Innendruck aufrechtzuerhalten. Ein anderer Vorteil der Verwendung einer einem flexiblen Beutel ähnelnden Hülle als Fluidreservoir ist die Ausführung für den einmaligen Gebrauch. Das Fluidreservoir 12 kann mit allen erforderlichen Verbindern versehen sein, um einen Austausch eines für einen anderen zu ermöglichen. Durch eine Ausführung des Fluidreservoirs 12 für den einmaligen Gebrauch wird in der vorliegenden Erfindung vermieden, jene Teile reinigen und sterilisieren zu müssen. Das alte Reservoir kann einfach entsorgt und an seiner Stelle ein neues installiert werden.
  • Es ist von Vorteil, wenn das biegsame Fluidreservoir in einem starren Gehäuse untergebracht ist. Das Gehäuse dient als Aufnahmegefäß für das Fluidreservoir. Darüber hinaus kann das Gehäuse luftdicht ausgeführt und mit Druck beaufschlagt werden.
  • Da mit dem Fluid keine sich bewegenden Teile in Berührung stehen, wird bei der Fluidausgabevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Gefahr einer Teilchenverunreinigung des Fluids praktisch vermieden. Darüber hinaus kann das Fluidreservoir zwischen Produktionsläufen entfernt und ausgetauscht werden, wodurch die mit Reinigung und Sterilisation verbundenen Kosten beseitigt werden. Ein anderer bedeutender Vorteil besteht darin, daß Sterilisations- oder Klärfilter mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, da das flexible Fluidreservoir immer unter konstantem Druck betrieben wird. Das heißt, Druckabfall am Filter beeinträchtigt nicht den Filterbetrieb. Das Reservoir selbst dehnt sich aus und zieht sich zusammen, um einen konstanten Druck aufrechtzuerhalten.
  • Aus dem Vorhergehenden geht hervor, daß ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung einer Fluidausgabevorrichtung besteht, bei der alle Komponenten, die das Fluid berühren, vorgereinigt und vorsterilisiert geliefert werden können. Andere Ziele, die Ausführungsformen der Erfindung zu erreichen suchen, sind:
    die Bereitstellung einer Fluidausgabevorrichtung, die die Probleme mikrobieller Teilchenverunreinigung vermeidet;
    die Bereitstellung einer Fluidausgabevorrichtung, die mit Sterilisations- und Klärfiltern verwendet werden kann, ohne daß der Betrieb der Fluidausgabevorrichtung beeinträchtigt wird;
    die Bereitstellung einer Fluidausgabevorrichtung, die Flaschen und andere Behältnisse mit einer Genauigkeit von +/– 0,5% des Füllvolumens genau füllen kann;
    die Bereitstellung einer Fluidausgabevorrichtung, die Flaschen mit Volumen in einem Bereich von 0,1 ml bis 1,0 Liter oder darüber füllen kann;
    die Bereitstellung einer Fluidausgabevorrichtung, die 300 Flaschen pro Minute füllen kann oder der Füllgeschwindigkeit mit Kolbenfüllen für wäßrige Flüssigkeiten vergleichbar ist; und
    die Bereitstellung einer Fluidausgabevorrichtung, deren Ausführung einfach und deren Betrieb zuverlässig ist.
  • Die vorliegende Erfindung wird bei näherer Betrachtung der folgenden Beschreibung und der beigefügten veranschaulichenden Zeichnungen besser verständlich; in den Zeichnungen zeigen:
  • 1 ein Schemadiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform der Fluidausgabevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 2a ein Strömungsdiagramm, das die Betriebsart der Fluidausgabevorrichtung während eines Ausgabezyklus darstellt;
  • 2b ein Strömungsdiagramm, das eine alternative Betriebsart der Fluidausgabevorrichtung während einer Ausgabestufe des Ausgabezyklus bereitstellt;
  • 2c ein Strömungsdiagramm, das eine zweite Ausführungsform der Fluidausgabevorrichtung darstellt;
  • 3 ein Schemadiagramm, das eine zweite Ausführungsform der Fluidausgabevorrichtung darstellt;
  • 4 ein Schemadiagramm, das eine dritte Ausführungsform der Fluidausgabevorrichtung darstellt;
  • 5 ein Schemadiagramm, das eine vierte Ausführungsform der Fluidausgabevorrichtung darstellt; und
  • 6 ein Schemadiagramm, das eine fünfte Ausführungsform der Fluidausgabevorrichtung darstellt.
  • Nunmehr auf die Zeichnungen und insbesondere auf 1 Bezug nehmend, wird darin die Ausgabevorrichtung der vorliegenden Erfindung gezeigt und allgemein mit der Zahl 10 bezeichnet. Die Ausgabevorrichtung 10 enthält ein Fluidreservoir 12 mit einer Füllöffnung 14, die über eine Fluidzufuhrleitung 16 mit einer Fluidzufuhr 18 verbunden ist. Ein Sterilisations- oder Klärfilter 17 ist in der Fluidzufuhrleitung 16 angeordnet. Das Fluidreservoir 12 ist eine verschlossene, flexible einem Beutel ähnelnde Hülle, die sich während des Betriebs ausdehnt und zusammenzieht, wie im folgenden beschrieben. Die Fluidzufuhrleitung 16 enthält ein Zufuhrventil 20, das durch einen Elektromagneten 21 betätigt wird. Um das Fluidniveau im Fluidreservoir 12 auf einer vorbestimmten Höhe zu halten, ist ein Fluidniveausensor 22 entlang einem Seitenrohr 23 angeordnet. Ein Ende des Meßrohrs 23 ist mit einem unteren Teil des Fluidreservoirs 12 verbunden, während das gegenüberliegende Ende mit einem oberen Teil des Fluidreservoirs 12 (der als „Luftraum" bezeichnet wird) verbunden ist, wie in 1 gezeigt. Das Fluidniveau im Meßrohr 23 ist gleich dem Fluidniveau im Fluidreservoir 12. Der Fluidniveausensor 22 ist um die Außenseite des Seitenrohrs 23 herum eingeschnappt, und seine vertikale Position bestimmt das Fluidniveau im Fluidreservoir 12. Eine (nicht gezeigte) programmierbare Steuerung ist mit dem Fluidniveausensor 22 und dem Elektromagneten 21 wirkverbunden. Wenn das Fluidniveau im Fluidreservoir 12 unter die Höhe des Sensors 22 abfällt, öffnet die programmierbare Steuerung das Zufuhrventil 20, um mehr Fluid in das Fluidreservoir 12 einzuleiten. Somit bleibt das Fluidniveau im Fluidreservoir immer konstant. Des weiteren versteht sich, daß ein oberer und ein unterer Sensor oder mehrere Sensoren 22 zusammen mit dem Seitenrohr 23 (hier auch als Meßrohr bezeichnet) verwendet werden könnten, um eine Ober- und Untergrenze zu definieren.
  • Das Fluidreservoir 12 enthält eine Ablaßöffnung 24, die mit einem Füllrohr 36 verbunden ist. Das Füllrohr 36 ist in einem unteren Teil des Fluidreservoirs 12 an einem Ende mit der Ablaßöffnung 24 verbunden. Das gegenüberliegende Ende des Füllrohrs 36 ist mit einer Lüftung 38 im oberen Teil des Fluidreservoirs 12 verbunden. Somit bildet das Füllrohr 36 eine geschlossene Schleife mit dem Fluidreservoir 12. In der geschlossenen Schleife ist ein Füllventil 30 zur Steuerung des Fluidstroms aus dem Füllreservoir 12 zum Füllrohr 36 angeordnet. Das Füllventil 30 wird durch einen Elektromagneten 31 gesteuert, der mit der programmierbaren Steuerung verbunden ist.
  • Eine Ablaßleitung 26 ist mit dem Füllrohr 36 zur Ausgabe von Fluid aus dem Füllrohr 36 in einen Behälter verbunden. Die Ablaßleitung 26 enthält ein (hier auch als Ablaßventil bezeichnetes) Ablaßventil 28 zur Ausgabe von Fluid, wie im folgenden beschrieben. Das Ablaßventil 28 wird durch einen Elektromagneten 29 gesteuert, der durch die programmierbare Steuerung aktiviert wird.
  • Ein Paar optischer Niveausensoren 32 und 34 ist entlang dem Füllrohr 36 angeordnet. Beide Sensoren 32 und 34 müssen unter dem Niveau des Fluids in dem Fluidreservoir 12 angeordnet sein. Der Sensor 34 für das obere Niveau definiert ein oberes Fluidniveau im Füllrohr 36. Der Sensor 32 für das untere Niveau definiert ein unteres Fluidniveau. Das Volumen der ausgegebenen Flüssigkeit wird durch den Abstand zwischen den Sensoren 32 und 34 für das untere bzw. obere Niveau und den Durchmesser des Füllrohrs 36 bestimmt. Beide Sensoren 32 und 34 sind mit der programmierbaren Steuerung verbunden.
  • Neben den Niveausensoren 32 und 34 oder statt dieser kann ein Meniskussensor 42 vorgesehen sein. Der Meniskussensor 42 befindet sich in einer Rohrverlängerung 40 in der Füllrohrschleife 36. Der Meniskussensor 42 ist vorzugsweise ein Laser-Sensor, der die Höhe des Meniskus im Füllrohr 36 mißt. Die Ausgabe des Meniskussensors 42 wird zur programmierbaren Steuerung weitergeleitet, die die Informationen zur Verbesserung der Genauigkeit des Füllvolumens verwendet.
  • Die programmierbare Steuerung steuert den Betrieb der Fluidausgabevorrichtung 10, wie in 2A gezeigt. Der Ausgabezyklus enthält eine Füllstufe, während der das Füllrohr 36 mit Fluid gefüllt wird, und eine Ausgabestufe, während der das Fluid in einen Behälter ausgegeben wird. Zu Beginn einer Füllstufe befindet sieh das Fluidniveau im Füllrohr 36 auf Höhe des ersten optischen Sensors 32. Das Ablaßventil 28 ist geschlossen, und das Füllventil 30 ist geöffnet, so daß Fluid aus dem Fluidreservoir 12 in das Füllrohr 36 strömt. Das Fluid steigt im Füllrohr 36 so weit an, bis es die Höhe des zweiten optischen Sensors 34 erreicht. Nachdem das Fluid diese Höhe erreicht hat, schließt die programmierbare Steuerung das Füllventil 30 und öffnet das Ablaßventil 28. Dies zeigt das Ende der Füllstufe und den Beginn der Ausgabestufe an. Dann wird das Fluid im Füllrohr 36 durch die Ablaßleitung 26 in einen Behälter abgelassen. Das Fluid geht im Füllrohr 36 zurück, bis es das Niveau des ersten optischen Sensors 32 erreicht, zu welchem Zeitpunkt dann das Ablaßventil 28 schließt und der Zyklus wiederholt wird.
  • Während der Ausgabestufe des Zyklus können Höhenänderungen des Meniskus zu einer Abweichung des ausgegebenen Fluidvolumens führen. Der Meniskussensor 42 kann dazu verwendet werden, Füllvolumen, die außerhalb des Wertebereiches liegen, zurückzuweisen oder Höhenänderungen des Meniskus auszugleichen. Zu Beginn der Ausgabestufe des Zyklus wird die Höhe des Meniskus im Füllrohr 36 durch den Sensor 42 gemessen und im Speicher der programmierbaren Steuerung gespeichert. Das Ablaßventil 28 öffnet sich, bis das Fluid auf das Niveau des Sensors 32 abfällt. Wenn der Sensor 32 den zurückgehenden Meniskus erfaßt, wird das Austragsventil 28 geschlossen und beendet somit den Austragszyklus. Nach dem Schließen des Austragsventils wird die Endposition des Meniskus durch den Sensor 42 bestimmt, der es der programmierbaren Steuerung gestattet, das tatsächlich ausgegebene Volumen zu berechnen. Durch Berechnen des tatsächlich ausgegebenen Volumens können außerhalb des Wertebereichs liegende Füllvolumen bei ihrem Auftreten online zurückgewiesen werden.
  • Durch Kenntnis der Höhe des oberen Meniskus vor Beginn der Ausgabestufe des Zyklus kann die programmierbare Steuerung auch das Schließen des Ablaßventils 28 verzögern, nachdem der Sensor 32 den zurückgehenden Meniskus sieht, wenn ein oberer Meniskus erfaßt wird, der kleiner als normal ist. Dadurch wird ein Füllvolumen, das sonst kleiner als normal ist, ausgeglichen. Durch Messen der Position des Meniskus zu Beginn der Ausgabestufe und dann Bestimmen, wie lange es dauert, bis die Position des Sensors 32 erreicht ist, kann durch die Steuerung eine Verzögerung berechnet werden, die es dem Ablaßventil 28 ermöglicht, für eine zusätzliche Zeitspanne geöffnet zu bleiben, um das korrekte Füllvolumen zu ergeben.
  • Des weiteren kann der Meniskussensor 42 dazu verwendet werden, den unteren Sensor 32 zu ersetzen. Die 2B und 2C zeigen alternative Betriebsarten während der Ausgabestufe, die das Erfordernis eines Niveausensors 32 beseitigt. Nunmehr auf 2B Bezug nehmend, wird zu Beginn der Ausgabestufe die Höhe des Meniskus im Füllrohr 36 gemessen und das Austragsventil 28 geöffnet. Während Fluid ausgegeben wird, überwacht die Steuerung kontinuierlich die Höhe des Meniskus auf ähnliche Weise wie ein Doppler-Radar, während er zurückgeht, und berechnet das ausgegebene Fluidvolumen. Wenn der berechnete Wert des ausgegebenen Fluids gleich dem vorbestimmten Füllvolumen ist, das durch den Benutzer eingestellt wird, dann wird das Ablaßventil 28 geschlossen. Der Ausgabezyklus wird dann unendlich wiederholt, bis die Vorrichtung abgeschaltet wird.
  • Bei einer dritten Betriebsart, die in 2C gezeigt wird, wird ein erstes vorbestimmtes Volumen (V) ausgegeben, das ca. 95% des gewünschten Füllvolumens entspricht. Nach Ausgabe des ersten vorbestimmten Volumens (V1), berechnet die Steuerung auf Grundlage der Position des Meniskus die tatsächlich ausgegebene Menge und bestimmt das verbleibende Volumen (VR), das zur Entsprechung des Gesamtfüllvolumens erforderlich ist. Das Austragsventil 28 wird wieder geöffnet, um das verbleibende Volumen (VR) das ca. 5% des Gesamtfüllvolumens entspricht, auszugeben. Während der Ausgabe der verbleibenden 5% wird die Höhe des Meniskus kontinuierlich gemessen und das ausgegebene Volumen (V2) berechnet. Wenn die ausgegebene Menge (V2) dem durch die Steuerung berechneten verbleibenden Volumen entspricht, wird das Austragsventil 28 geschlossen. Als Alternative dazu könnten die verbleibenden 5% auch durch Öffnen des Austragsventils 28 für eine vorbestimmte Zeitdauer, die durch die Steuerung auf Grundlage des Drucks im Fluidreservoir 12 und der spezifischen Dichte des Fluids berechnet wird, ausgegeben werden. Dieses alternative Verfahren zur Ausgabe der verbleibenden 5% wird in 2C gestrichelt gezeigt. Der Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, daß die Fehlergefahr stark reduziert wird und er somit ein äußerst genaues Füllen erreicht. Der Nachteil besteht darin, daß er die Zeit verlängert, die zur Ausgabe eines gegebenen Fluidvolumens erforderlich ist.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung löst das in der Vergangenheit aufgetretene Problem durch Verwendung von Klärfiltern in volumetrischen Füllvorrichtungen. Da das Fluidreservoir 12 flexibel ist, kann es sich während der Verwendung ausdehnen und zusammenziehen, um den Innendruck des Fluidreservoirs 12 konstant zu halten. Es ist keine externe Druckquelle erforderlich. Die Fluidausgabevorrichtung 10 ist selbstregulierend und hält einen Innendruck aufrecht, der gleich dem Außendruck ist der gewöhnlich atmosphärischer Druck ist. Da die Fluidausgabevorrichtung selbstregulierend ist, beeinträchtigt der Druckabfall am Klärfilter nicht ihren Betrieb.
  • 3 zeigt eine zweite Ausführungsform, die der Ausführungsform in 1 teilweise ähnelt. Die in 3 gezeigte Ausführungsform ist jedoch für Zeit/Druck-Füllung konfiguriert. Das Füllrohr 36 der ersten Ausführungsform und seine zugehörigen Sensoren 32 und 34 sind weggelassen. Stattdessen ist mit dem Elektromagneten 29 ein Zeitglied 27 verbunden, das das Ablaßventil 28 steuert. Wenn eine Flasche unter der Ablaßleitung 26 positioniert ist, wird das Ablaßventil 28 geöffnet, und das Fluid wird aus dem Fluidreservoir 12 in die Flasche ausgegeben. Nach Ablauf des vorbestimmten Zeitraums bewirkt das Zeitglied 27 das Schließen des Ablaßventils 28, um den Fluidstrom aus dem Fluidreservoir 12 zu stoppen. Wie bei der ersten Ausführungsform kann diese Ausführungsform mit einem Klärfilter 17 verwendet werden, da sich das Fluidreservoir 12 ausdehnt und zusammenzieht, um den Druck konstant zu halten. Somit behindert der Druckabfall am Klärfilter 17 nicht den Betrieb der Fluidausgabevorrichtung 10.
  • 4 zeigt eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die in 4 gezeigte Ausführungsform ist als eine volumetrische Füllvorrichtung konfiguriert und ähnelt der in 1 gezeigten Ausführungsform. Jedoch enthält die in 4 gezeigte Ausführungsform ein Gehäuse 40, das das Fluidreservoir 12 umschließt. Es versteht sich, daß das Fluidreservoir 12 der flexiblen, biegsamen oder verformbaren Art ist. Das Gehäuse 40 kann in zwei Teilen, zum Beispiel Hälften, ausgeführt sein, die sich in Längsrichtung erstrecken und so ein leichtes Einführen und Entfernen des Fluidreservoirs 12 aus dem Gehäuse 40 gestatten. Das Gehäuse 40 kann einfach als Aufnahmegefäß für das Fluidreservoir dienen oder kann selbst mit Druck beaufschlagt werden. Wenn das Gehäuse 40 als Aufnahmegefäß verwendet wird, wie in 4 gezeigt, sollte in dem Gehäuse 40 eine kleine (nicht gezeigte) Lüftung ausgebildet werden, um der Ausdehnung des Fluidreservoirs 12 Rechnung zu tragen. Als Alternative dazu könnte das Gehäuse 40 aus einem porösen Material hergestellt sein.
  • Wenn das Gehäuse 40 mit Druck beaufschlagt wird, wie in 5 gezeigt, sollten luftdichte Dichtungen zwischen dem Gehäuse 40 und dem Fluidreservoir an der Füllöffnung 14 um das Seitenrohr 23 herum, an der Lüftung 38 und an der Ablaßöffnung 24 verwendet werden. Das Fluidreservoir 12 kann auch mit Druck beaufschlagt werden, zum Beispiel mit Stickstoff (bei 52), wie in 6 gezeigt. Sowohl das Gehäuse 40 als auch das Reservoir 12 können gleichzeitig mit Druck beaufschlagt werden.
  • Ein Druckmesser wird bei 54 gezeigt. Wenn das Gehäuse 40 oder das Fluidreservoir 12 mit Druck beaufschlagt werden, sollte der Klärfilter 17, der in den Ausführungsformen nach den 1, 3 und 4 zu sehen ist, vorzugsweise entfernt werden, um sich aus dem Druckabfall am Filter ergebende Fehler zu vermeiden.
  • Es ist ersichtlich, daß die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Fluidausgabevorrichtung bereitstellen, bei der alle Komponenten, die mit dem ausgegebenen Fluid in Berührung kommen, vorgereinigt und sterilisiert werden können. Diese Komponenten lassen sich leicht und schnell austauschen, wodurch Ausfallzeit beseitigt wird, während Komponenten gereinigt werden. Des weiteren kann die vorliegende Erfindung mit Klärfiltern verwendet werden, ohne daß mit Vorrichtungen nach dem Stand der Technik verbundene Fehler eingeführt werden.

Claims (12)

  1. Fluidausgabevorrichtung (10) zur Ausgabe eines vorbestimmten Fluidvolumens, wobei die Vorrichtung folgendes umfaßt: a) eine Fluidzufuhr (18); b) ein Fluidreservoir (12) mit einem mit der Fluidzufuhr (18) verbundenen Fluideinlaß (14); c) einen Fluidauslaß (24) im Reservoir (12) zur Ausgabe von Fluid aus dem Fluidreservoir (12); d) ein mit dem Fluidauslaß (24) verbundenes Austragsventil (28) zur Ausgabe von Fluid aus dem Fluidreservoir (12), wenn das Ventil (28) geöffnet ist; und e) eine elektronische Steuerungseinrichtung zum wahlweisen Öffnen und Schließen des Austragsventils (28) zur Ausgabe eines vorbestimmten Fluidvolumens aus dem Fluidreservoir (12); wobei es sich bei dem Fluidreservoir um ein biegsames Fluidreservoir handelt, das sich ausdehnt und zusammenzieht, um den Innendruck im Fluidreservoir (12) konstantzuhalten.
  2. Fluidausgabevorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin einen starren Mantel (40) beinhaltet, in dem das biegsame Fluidreservoir untergebracht ist.
  3. Fluidausgabevorrichtung nach Anspruch 2, bei der das Fluidreservoir (12) aus dem starren Mantel (40) entfernt werden kann.
  4. Fluidausgabevorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin ein Fluidniveaureguliermittel beinhaltet, um das Fluidniveau im Fluidreservoir auf einem vorbestimmten Niveau zu halten.
  5. Fluidausgabevorrichtung nach Anspruch 4, bei der das Fluidniveaureguliermittel ein Meßrohr (23), das mit dem Fluidreservoir (12) einen geschlossenen Kreislauf bildet, einen entlang dem Meßrohr (23) befindlichen Fluidniveausensor (22), um das Niveau des Fluids im Meßrohr (23) zu ermitteln, sowie ein auf den Zustand des Fluidniveausensors (22) reagierendes Steuerungsmittel zum wahlweisen Öffnen und Schließen eines mit dem Fluideinlaß (14) verbundenen Zufuhrventils (20) beinhaltet, um die Fluidströmung aus der Fluidzufuhr (18) in das Fluidreservoir (12) zu regulieren.
  6. Fluidausgabevorrichtung nach Anspruch 5, bei der das Fluidniveaureguliermittel zwei entlang dem Meßrohr befindliche Niveausensoren beinhaltet, die die obere bzw. die untere Grenze des Fluidniveaus im Fluidreservoir definieren.
  7. Fluidausgabevorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin einen mit dem Einlaß des Fluidreservoirs verbundenen Klärfilter (17) beinhaltet.
  8. Fluidausgabevorrichtung nach Anspruch 5, bei der sich der Fluidniveausensor (22) außerhalb des Meßrohrs (23) befindet.
  9. Fluidausgabevorrichtung nach Anspruch 5, bei der es sich bei dem Fluidniveausensor (22) um einen photooptischen Sensor handelt.
  10. Fluidausgabevorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin ein Füllrohr (36), das eine geschlossene Schleife mit dem Fluidreservoir (12) bildet, wobei das Füllrohr (36) an einem Ende mit dem Fluidauslaß (24) verbunden ist, ein im Füllrohr (36) befindliches Füllventil (30) zur Steuerung der in das Füllrohr (36) hinein erfolgenden Fluidströmung, ein Sensormittel zur Ermittlung des Fluidniveaus im Füllrohr (36), eine mit dem Füllrohr (36) verbundene Ablaßleitung (26) sowie ein in der Ablaßleitung (26) befindliches Ablaßventil (28) beinhaltet.
  11. Fluidausgabevorrichtung nach Anspruch 10, bei der das Sensormittel einen ersten optischen Sensor (34), um eine Füllung des Füllrohrs (36) bis zu einem vorbestimmten Niveau zu ermitteln, und einen zweiten optischen Sensor (32) umfaßt, um ein Absinken des Fluidniveaus im Füllrohr (36) auf ein zweites vorbestimmtes Niveau zu ermitteln, das niedriger als das erste vorbestimmte Niveau ist, wobei die Steuerungseinrichtung auf den Zustand des ersten optischen Sensors (36) reagiert, um das Ablaßventil zu öffnen, und auf den Zustand des zweiten optischen Sensors (32) reagiert, um das Ablaßventil zu schließen.
  12. Fluidausgabevorrichtung nach Anspruch 10, bei der das Sensormittel einen Meniskussensor (42) zur kontinuierlichen Messung der Höhe des Meniskus im Füllrohr (36) während der Ausgabe des Fluids beinhaltet, und wobei die Steuerungseinrichtung dazu dient, die ausgegebene Fluidmenge kontinuierlich auf der Basis der gemessenen Höhe des Meniskus zu berechnen und das Ablaßventil (26) zu schließen, wenn das berechnete Volumen des ausgegebenen Fluids dem vorbestimmten Füllvolumen entspricht.
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