-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Betätigung einer
Flüssigkeitsabfüllvorrichtung,
um eine Flüssigkeit
in Behälter
mit einer spezifizierten Menge in jeden Behälter zu füllen.
-
Verfahren
und Vorrichtungen der genannten Art, die einen Vorrichtungskörper mit
einem Flüssigkeitskanal,
welcher an seinem einen Ende mit einem Flüssigkeitsbehälter und
an seinem anderen Ende mit einer Befüllungsdüse verbunden ist, einen Dosierzylinder,
welcher in dem Kanal zwischen dessen einander gegenüberliegenden
Enden angeordnet und mit den Enden verbunden ist, um die einzufüllende Flüssigkeit
dazu zu bringen, durch die jeweilige Einlaß- und Auslaßhube des
Kolbens, welche in dem Zylinder angeordnet sind, hinein und aus
ihm herauszufließen,
sowie ein Absperrventil, welches stromaufwärts von dem Dosierzylinder
des Flüssigkeitskanales
angeordnet ist, aufweist, sind bereits aus der EP-A-0775635 bekannt.
Das Absperrventil wird durch einen negativen Druck, der innerhalb
des Dosierzylinders durch den Einlaßhub des Kolbens erzeugt wird,
offen gehalten.
-
Die
einzufüllenden
Flüssigkeiten
beinhalten solche, die ein Gas so wie es ist oder in der Flüssigkeit
gelöst
enthalten und dazu neigen, Blasen freizusetzen. Solche Flüssigkeiten
sind beispielsweise eine Flüssigkeit,
welche heiß eingefüllt werden
muß, eine
Flüssigkeit,
welche keiner Entgasung unterzogen wurde, bevor sie der Abfüllvor richtung
zugeführt wurde,
und eine Flüssigkeit,
welche dazu neigt aufgrund einer Veränderung des Druckes die Eigenschaften
zu verändern.
Wenn solch eine Flüssigkeit einem
negativen Druck ausgesetzt wird, welcher innerhalb des Dosierzylinders
erzeugt wird, läßt sie Blasen
frei. Wenn die erzeugten Blasen innerhalb des Dosierzylinders verbleiben
und sich sammeln, nimmt die einzufüllende Flüssigkeitsmenge mit der Zeit
ab.
-
Die
Abnahme der einzufüllenden
Flüssigkeitsmenge
kann verhindert werden, indem die Blasen aus dem Dosierzylinder
bei jedem Hub des Kolbens freigesetzt werden. Für diesen Zweck ist es gängige Praxis,
innerhalb des Dosierzylinders Wirbelströme zu erzeugen, indem der Zylinder
zylindrisch ausgebildet wird, was die in dem Zylinder erzeugten
Blasen dazu bringt, aus dem Zylinder zusammen mit der einzufüllenden
Flüssigkeit
herauszufließen
und die Ausflußmenge
in einen Behälter
zu füllen.
Wenn die Blasen in den Behälter
mit der Flüssigkeit
eingebracht werden, neigt die Flüssigkeit
jedoch dazu, aufzusprudeln oder sich zu verstreuen, was zu einem
geringeren Befüllungsgehalt
führt.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Blasenbildung innerhalb
des Dosierzylinders zu verhindern und ein Verfahren zur Betätigung einer Flüssigkeitsabfüllvorrichtung
derart bereitzustellen, daß die
Probleme aufgrund des Auftretens von Blasen verhindert werden können.
-
Die
vorliegende Erfindung sieht ein Verfahren zur Betätigung einer
Flüssigkeitsabfüllvorrichtung vor,
welche eine Befüllungsdüse, einen
Vorrichtungskörper
mit einem Flüssigkeitskanal,
der mit seinem einen Ende mit einem Flüssigkeitsbehälter und
an seinem anderen Ende mit der Befüllungsdüse verbunden ist, einen Dosierzylinder
sowie einen Kolben, welcher in den Zylinder eingelassen ist, umfaßt, wobei
der Zylinder in dem Flüssigkeitskanal
zwischen dessen einander gegenüberliegenden
Enden angeordnet und mit den Enden verbunden ist, um die einzufüllende Flüssigkeit
dazu zu bringen, durch Hübe des
Kolbens in den Flüssigkeitskanal
hinein- und aus ihm herauszufließen, und ein Absperrventil
aufweist, welches stromaufwärts
von dem Dosierzylinder des Flüssigkeitskanals
angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß während der Betätigung das
Absperrventil mechanisch durch Ventilöffnungs- und Schließmittel betätigt wird, um das Ventil während des
Einlaßhubes
des Kolbens zu öffnen
und das Ventil während
des Auslaßhubes
des Kolbens zu schließen.
-
Bei
der Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird kein negativer Druck innerhalb des Dosierzylinders durch den
Einlaßhub
des Kolbens erzeugt, mit dem Ergebnis, daß die einzufüllende Flüssigkeit
daran gehindert wird, Blasen freizusetzen. Die Abwesenheit von Blasen
bringt die folgenden Vorteile mit sich. Erstens ist die einzufüllende Flüssigkeitsmenge
stabilisiert. Zweitens kann die Flüssigkeit in einem zufriedenstellenden
Zustand eingefüllt
werden, was einen Hochgeschwindigkeits-Befüllungsbetrieb zuläßt. Drittens
kann selbst wenn die Flüssigkeit
unzureichend entlüftet
wurde, wenn sie der Abfüllvorrichtung
zugeführt
wird, die Flüssigkeit zufriedenstellend
eingefüllt
werden, um die Freiheit der Anlagenausrüstung zu steigern. Viertens
kann, da keine Begrenzung bezüglich
der Kapazität
oder der Form des Dosierzylinders ausgeschlossen ist, die Abfüllvorrichtung
mit einer größeren Freiheit
konstruiert werden.
-
Vorzugsweise
wird für
das Einstellen das Absperrventil entweder mit einem großen oder
einem schmalen Öffnungsgrad
durch ein Einstellmittel eingestellt.
-
Entsprechend
eines Ausführungsbeispiels der
Erfindung, in dem das Absperrventil einen Ventilsitz, welcher an
einer Außenwand,
die den Flüssigkeitskanal
definiert, in deren Bereich stromaufwärts des Dosierzylinders angeordnet
ist, und das Absperrventil auf dessen stromabwärtigen Seite in Bezug auf die
Fließrichtung
auch eine Ventilscheibe umfaßt,
die zu dem Ventilsitz hin und von ihm weg bewegbar ist, sowie eine
Feder aufweist, um die Ventilscheibe in Richtung des Ventilsitzes
vorzuspannen, wobei das Ventil-Öffnungs-Schließmittel
mittels eines Fluiddruckzylinders betätigt wird, welcher eine Kolbenstange
aufweist und derart angeordnet ist, daß er die Ventilscheibe durch
einen vorrückenden
Hub der Kolbenstange von dem Ventilsitz weg bewegt; wobei das Einstellmittel
mittels eines beweglichen Eingriffselementes arbeitet, welches mit
der Kol benstange in Eingriff bringbar und von ihr wieder lösbar ist,
und ein Aktuator das Eingriffselement bewegt, so daß das Lösen des
Eingriffselements von der Kolbenstange und der Verbindung des Elementes
mit der Kolbenstange jeweils einer großen und einer kleinen Hubdistanz
der Kolbenstange, welche mit dem großen und kleinen Öffnungsgrad
des Absperrventils übereinstimmt,
entspricht.
-
Das
Eingriffselement kann sich gradlinig entlang des Bewegungsweges
der Kolbenstange bewegen, wobei das Eingriffselement mittels eines
Fluiddruckzylinders mit einer Kolbenstange betätigt wird.
-
Der
Innenraum des Flüssigkeitskanals
wird gereinigt oder entlüftet,
indem das Absperrventil auf den großen Öffnungsgrad eingestellt wird,
und die Vorrichtung zur Befüllung
betätigt
wird, indem das Absperrventil auf den kleinen Öffnungsgrad eingestellt wird.
Der Flüssigkeitskanal
kann dann schnell, leicht und effektiv gereinigt oder entlüftet werden, während die
Auslaß-
und Einlaßhübe des Kolbens einfach
mit dem Öffnen
und Schließen
des Absperrventils abgestimmt werden können.
-
GENAUE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist ein vertikaler Querschnitt
durch eine erfindungsgemäße Abfüllvorrichtung;
-
2 ist eine vergrößerte Teildarstellung
eines Ausschnittes aus der 1;
-
3 ist eine Draufsicht des
in der 2 gezeigten Bereiches;
und
-
4 ist ein Hubdiagramm, welches
die Kolbenhübe
eines Dosierzylinders und die Betätigung eines Absperrventils,
welche auf die Hübe
abgestimmt ist, zeigt.
-
BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
-
Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird unten mit Bezugnahme auf die Zeichnungen
beschrieben.
-
Die 1 zeigt eine Befüllungsvorrichtung, welche
eine Befüllungsdüse 12,
die oberhalb des Transportweges des Behälterförderers 11 angeordnet
ist, einen Dosierzylinder 13, um die einzufüllende Flüssigkeit
in einer spezifizierten Menge gleichzeitig der Düse 12 zuzuführen, sowie
einen Behälter 14 umfaßt, um die
dem Dosierzylinder 13 zuzuführende Flüssigkeit zu enthalten.
-
Die
Befüllungsdüse 12 umfaßt einen
vertikalen, rohrförmigen
Düsenkörper 21,
ein Maschenwerk 22, welches an dem unteren Ende des Düsenkörpers 21 vorgesehen
ist, um die Oberflächenspannung
der Flüssigkeit
innerhalb des Düsenkörpers 21 dazu
zu bringen, die Flüssigkeit
daran zu hindern, unter Gravitätseinfluß herunter
zufließen,
ein unteres Absperrventil 23, welches innerhalb des Düsenkörpers 21 nahe
des Mittelbereichs seiner Höhe
angeordnet ist, um den Durchtritt der Flüssigkeit nach unten frei zuzulassen,
und einen ersten Fluiddruckzylinder 24, welcher nach unten
gerichtet an dem oberen Ende des Düsenkörpers 21 angebracht
ist, um das untere Absperrventil 23 zu öffnen, indem er es herunterdrückt.
-
Der
Düsenkörper 21 hat
einen unterseitigen Auslaß 31 an
seinem unteren Ende und einen lateralen Einlaß 32, welcher oberhalb
des Absperrventils 23 und nahe des oberen Endes des Körpers angeordnet
ist.
-
Das
untere Absperrventil 23 umfaßt einen Ventilsitzring 33,
der an der Innenfläche
des Düsenkörpers 21 an
dem Mittelbereich seiner Höhe
vorgesehen ist, ein Tellerventil 34, welches unterhalb
und in sehr gutem Kontakt mit dem Ventilsitzring 33 angeordnet
ist, und eine Feder 35, um das Tellerventil 34 nach
oben vorzuspannen.
-
Der
Fluiddruckzylinder 24 hat eine Stange 36, die
sich in den Düsenkörper 21 erstreckt
und tragend mit dem oberen Ende des Fußes des Tellerventils 34 verbunden
ist.
-
Der
Dosierzylinder 13 umfaßt
einen horizontalen Zylinderkörper 41 mit
einem verschlossenen Ende und einen Kolben 42, welcher
in dem Zylinderkörper 41 eingesetzt
ist.
-
Der
Zylinderkörper 41 hat
nahe seines verschlossenen Endes einen Einlaß 51, welcher nach oben
gerichtet ist, und einen Auslaß 52,
der nach unten gerichtet ist. Der Kantenbereich des Einlasses 51 ist
mit einem verbindenden rohrförmigen
Bereich 53 versehen, welcher ein verschlossenes oberes
Ende aufweist und mit dem Einlaß kommuniziert.
-
Wie
genau in der 2 gezeigt,
ist ein oberes Absperrventil 61 in dem inneren unteren
Teil des verbindenden rohrförmigen
Bereichs 53 vorgesehen, um es der Flüssigkeit zu ermöglichen,
durch den Einlaß 51 nach
unten zu fließen.
Der rohrförmige
Bereich 53 hat eine laterale Verbindungsöffnung 62 nahe
seines Mittelbereichs. Der Innenraum des rohrförmigen Bereichs 53 ist
in einen oberen Teil und in einen unteren Teil durch eine elastische
Membran 63 aufgeteilt, die sich quer zu dem rohrförmigen Bereich 53 erstreckt
und unmittelbar oberhalb der Öffnung 62 angeordnet
ist. Mit dem zentralen Bereich der Oberseite der Membran 63 ist
das untere Ende der vertikalen Anhebestange 64 verbunden.
Eine horizontale Tragplatte 65 ist an dem Deckel des verbindenden rohrförmigen Bereichs 53 freitragend
angebracht. Die Tragplatte 65 ist an ihrer Oberfläche mit
einem Paar vertikaler stangenartiger Distanzstücke 66 versehen, welche
näher zu
ihrem fixierten Ende positioniert sind. Ein zweiter Fluiddruckzylinder 68,
welcher vertikal nach unten gerichtet ist, ist an den oberen Enden
der Distanzstücke 66 mittels
einer horizontalen Montageplatte 67 angebracht. Ein dritter
Fluiddruckzylinder 69, welcher horizontal lateral ausgerichtet
ist, ist an dem freien Ende der Tragplatte 65 angebracht.
-
Das
obere Absperrventil 61, welches den gleichen Aufbau aufweist
wie das untere Absperrventil 23, umfaßt einen Ventilsitzring 71,
welcher an dem Kantenbereich des Einlasses 51 angebracht
ist, einen Teller 72, welcher unterhalb und in sehr gutem Kontakt
mit dem Ventilsitzring 71 positioniert ist, und eine Feder 73,
um das Ventil 72 nach oben vorzuspannen. Das Tellerventil 72 hat
eine obere Endfläche,
die dem zentralen Bereich der Unterseite der Membran 63 gegenüberliegt
und mit einem kleinen Zwischenraum von ihr beabstandet ist.
-
Die
Anhebestange 64 hat einen Verschiebungsbereich 74 in
der Form eines runden Schiebers und erstreckt sich durch den Deckel
des verbindenden rohrförmigen
Bereiches 53, um von diesem nach oben vorzustehen. Der
Verstellbereich 74 ist an seinem oberen Ende mit einem
Flansch 75 versehen.
-
Der
zweite Fluiddruckzylinder 68 hat eine Kolbenstange 76,
welche mit dem oberen Ende des Verstellbereichs 74 verbunden
ist. Der zweite Zylinder 68 hat einen Kolbenhub, der gleich
dem des ersten Zylinders 24 ist.
-
Der
dritte Fluiddruckzylinder 69 hat eine Kolbenstange 77,
die in Richtung der Anhebestange 64 vorsteht. Ein Eingriffselement 78 ist
mit dem äußeren Ende
der Kolbenstange 77 verbunden. Das Eingriffselement 78 ruht
verschiebbar auf der Oberfläche
der Tragplatte 65 und hat einen vertieften Eingriffsbereich 79,
welcher in Richtung einer dem stangenverbundenen Ende des Elements 78 gegenüberliegenden
Richtung geöffnet
ist. Die Breite der Öffnung
ist leicht größer als
der Außendurchmesser
des Ver stellbereichs 74 aber kleiner als der Außendurchmesser des
Flansches 75.
-
Die 2 zeigt die Kolbenstange 76 des zweiten
Zylinders 68 in zurückgezogener
Position und die Kolbenstange 77 des dritten Zylinders 69 in vorgeschobener
Position, wobei der vertiefte Bereich 79 des Eingriffselementes 78 in
den Verstellbereich 74 eingesetzt ist. In diesem Stadium
ist ein kleiner Zwischenraum C1 zwischen dem Flansch 75 und dem
Eingriffselement 78 geschaffen. Wenn die Kolbenstange 76 des
zweiten Zylinders 68 vorgeschoben ist, kommt der Flansch 75 in
Berührung
mit dem Eingriffselement 78, wobei die Kolbenstange 76 angehalten
wird. Entsprechend ist der Hub der Kolbenstange 76 des
zweiten Zylinders 68 gleich dem schmalen Zwischenraum C1.
Dieser Hub wird als „kleine
Hubdistanz" bezeichnet.
Die kleine Hubdistanz beträgt
beispielsweise ungefähr
1 bis 2 mm.
-
Wenn
die Kolbenstange 77 des dritten Zylinders 69 von
der in der 2 gezeigten
Position zurückgezogen
wird, wird der vertiefte Bereich 79 des Eingriffselements 78 mit
dem Verschiebungsbereich 74 aus dem Eingriffseinsatz bewegt,
wodurch ein großer
Zwischenraum C2 zwischen der Tragplatte 65 und dem Flansch 75 geschaffen
wird. Dieser Zwischenraum entspricht einer großen Hubdistanz der Kolbenstange 76 des
zweiten Zylinders 68. Die große Hubdistanz beträgt beispielsweise
ungefähr
8 mm.
-
Der
Einlaß 32 der
Befüllungsdüse 12 wird
mit dem Auslaß 52 des
Dosierzylinders 13 mittels eines unteren Verbin dungsrohres 81 kommunizierend
gehalten. Der Flüssigkeitsbehälter 14 ist
mit der Öffnung 62 des
verbindenden rohrförmigen
Bereichs 53 durch ein oberes Verbindungsrohr 82 kommunizierend
verbunden. Diese Anordnung stellt einen kontinuierlichen Flüssigkeitskanal
bereit, welcher sich von dem Flüssigkeitsbehälter 14 über den
Dosierzylinder 13 zu dem Auslaß 31 der Befüllungsdüse 12 erstreckt.
-
Die
Abfüllvorrichtung
ist des weiteren mit einer Reinigungsvorrichtung (nicht in ihrer
Gesamtheit gezeigt) versehen, um den Innenraum der Vorrichtung zu
reinigen, wenn ein Befüllungsvorgang
gestartet werden soll, oder um die einzufüllende Flüssigkeit auszuwechseln. Die
Vorrichtung hat einen Adapter 83, der lösbar an den Auslaß 31 der
Befüllungsdüse 12 anbringbar
ist.
-
Für den Befüllungsvorgang
wird die Kolbenstange 76 des zweiten Zylinders 68 um
die kleine Hubdistanz bewegt, wobei das Tellerventil 72 nach oben
und nach unten mit einer Hubdistanz nahezu gleich der kleinen Hubdistanz
bewegt wird, um das obere Absperrventil 61 zu öffnen und
zu schließen.
-
Wenn
der Kolben 42 in der 1 nach
links bewegt wird, während
das obere Absperrventil 61 offengelassen wird, fließt die einzufüllende Flüssigkeit aus
dem Behälter 14 durch
den Einlaß 51 in
den Dosierzylinder 13. Das obere Absperrventil 61 wird
dann geschlossen und der Kolben 42 wird nach rechts bewegt,
wobei die Flüssigkeit
innerhalb des Dosierzylinders 13 durch den Auslaß 52 in
die Befül lungsdüse 12 geleitet
wird, wobei sie durch das Ventil 61 davon abgehalten wird,
nach oben zu fließen.
Die eingeleitete Flüssigkeit
hält das
untere Absperrventil 23 offen, um den Düsenkörper 21 herunterzufließen und wird
dann aus dem Auslaß 31 durch
das Maschenwerk 22 freigesetzt.
-
Die 4 zeigt die Abstimmung der
Kolbenhübe
und der Abstimmung des Öffnen-Schließens des
oberen Absperrventils. Der Kolben 42 und der zweite Fluiddruckzylinder 68 werden
dadurch miteinander abgestimmt betätigt.
-
Zur
Reinigung wird die Kolbenstange 76 des zweiten Zylinders 68 über die
große
Hubdistanz bewegt. In diesem Fall wird das untere Absperrventil 23 auch
durch die Betätigung
des ersten Fluiddruckzylinders 24 mechanisch offengehalten.
-
Anstelle
der einzufüllenden
Flüssigkeit
wird eine Reinigungsflüssigkeit
dem Flüssigkeitsbehälter 14 zugeführt. Die
Reinigungsflüssigkeit,
welche der Abfüllvorrichtung
zugeführt
wird, wird durch den Adapter 81 gesammelt, nachdem sie
die Vorrichtung durchflossen hat.
-
Es
ist wahrscheinlich, daß Luft
in dem Befüllungs-Flüssigkeitskanal
beispielsweise vor dem Beginn des Abfüllbetriebes eingeschlossen
wird. Es ist wünschenswert,
diese Luft aus dem Kanal zu entfernen. Die Luft kann leicht freigesetzt
den werden, indem die Kolbenstange 76 des zweiten Zylinders 68 über die
große
Hubdistanz auch in diesem Fall bewegt wird.
-
Die
Kolbenstange 76 des zweiten Zylinders 68 (Ventil-Öffnungs-Schließmittel)
und das beschriebene obere Absperrventil 61 werden separat
vorgesehen, und die Bewegung der Zylinderkolbenstange 76 (Ventil-Öffnungs-Schließmittel)
nur eingesetzt, wenn das obere Absperrventil 61 geöffnet wird,
wobei es dem oberen Absperrventil 61 ermöglicht,
zu öffnen
und zu schließen,
wobei es der Bewegung des Kolbens 42 des Dosierzylinders 41 im
wesentlichen folgt und wobei Fehler bei der Betätigung der Zylinder-kolbenstange 76 (Ventil-Öffnungs-Schließmittel) verhindert
werden können,
die direkt zu Fehlern bezüglich
der einzufüllenden
Flüssigkeitsmenge
zu führen.
-
Des
weiteren macht das Vorsehen der Kolbenstange 76 (Ventil-Öffnungs-Schließmittel)
und des oberen Absperrventils 61, welche voneinander getrennt
sind, es möglich,
den Innenraum des verbindenden rohrförmigen Bereichs 53 in
die oberen und unteren Teile durch die Membran 63 zu teilen,
was den Befüllungs-Flüssigkeitskanal
sauberer hält.
Obwohl die Zylinderkolbenstange 76 (Ventil-Öffnungs-Schließmittel)
und das obere Absperrventil 61 alternativ als miteinander
verbunden vorgesehen sein können,
ist es dann notwendig, den Betrieb der Zylinderkolbenstange 76 (Ventil-Öffnungs-Schließmittel)
und deren Hubdistanz zu steuern, da sogar ein kleiner Fehler in
dem Betrieb der Zylinderkolbenstange 76 (Ventil-Öffnungs- Schließmittel)
direkt zu einem Fehler bezüglich
der einzufüllenden
Flüssigkeitsmenge
führt.
-
Ein
Servomotor kann als Ventil-Öffnungs-Schließmittel
anstelle des Fluiddruckzylinders 68 eingesetzt werden.
Der Einsatz des Motors verbessert die Genauigkeit und die Geschwindigkeit
der Betätigung.
-
Die
vorliegende Erfindung ist nicht nur in dem Verfahren zur Betätigung einer
Flüssigkeitsabfüllvorrichtung
wie oben beschrieben einsetzbar sondern auch in anderen Verfahren
zur Betätigung
einer Flüssigkeitsabfüllvorrichtung,
welche vor allem in dem Bereich des Gegenstandes der beigefügten Ansprüche fallen.