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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Fluidausgabevorrichtung
und insbesondere eine volumetrische Fluidausgabevorrichtung ohne
mit dem Fluid in Berührung
stehende sich bewegende Teile.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
vorliegende Erfindung wird bei näherer Betrachtung
der folgenden Beschreibung und der beigefügten veranschaulichenden Zeichnungen
besser verständlich;
in den Zeichnungen zeigen:
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1 ein
Schemadiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform der Fluidausgabevorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt;
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2a ein
Strömungsdiagramm,
das die Betriebsart der Fluidausgabevorrichtung während eines Ausgabezyklus
darstellt;
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2b ein
Strömungsdiagramm,
das eine alternative Betriebsart der Fluidausgabevorrichtung während einer
Ausgabestufe des Ausgabezyklus bereitstellt;
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2c ein
Strömungsdiagramm,
das eine zweite Ausführungsform
der Fluidausgabevorrichtung darstellt;
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3 ein
Schemadiagramm, das eine zweite Ausführungsform der Fluidausgabevorrichtung darstellt;
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4 ein
Schemadiagramm, das eine dritte Ausführungsform der Fluidausgabevorrichtung
darstellt;
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5 ein
Schemadiagramm, das eine vierte Ausführungsform der Fluidausgabevorrichtung
darstellt; und
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6 ein
Schemadiagramm, das eine fünfte Ausführungsform
der Fluidausgabevorrichtung darstellt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.