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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Getränkeabgabevorrichtungen und
genauer auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung einer Pumpe.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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Eine
Getränkeabgabevorrichtung
benötigt typischerweise
reines Wasser, um mit Kohlensäure versetztes
Wasser auszubilden und dieses entweder alleine oder zusammen mit
einem Sirup abzugeben, damit ein nicht mit Kohlensäure versetztes
Getränk erzeugt
wird. Wie in 1 illustriert empfängt ein Wasserzufuhrsystem 50 reines
Wasser aus einer Wasserquelle 51 wie z.B. aus einer städtischen
Wasserleitung. Unglücklicherweise
befördert
eine derartige Wasserquelle 51 reines Wasser normalerweise bei
einem Druck von weniger als 2,76 bar (40 psi), der unter demjenigen
Druckpegel liegt, der von dem Wasserzufuhrsystem 50 benötigt wird.
Folglich beinhaltet das Wasserzufuhrsystem 50 eine Wasserpumpe 52,
die den Wasserdruck auf annähernd
9,66 bar (140 psi) erhöht.
Die Wasserpumpe 52 führt
das reine Wasser Abgabeventilen 55 und 56 und
einem Kohlensäureerzeuger 53 über ein
Ventil 54 zu.
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Der
Kohlensäureerzeuger 53,
der typischerweise auf 5,17 bar (75 psi) aufgedrückt wird, steht mit einer Kohlendioxidquelle
in Verbindung, die das Kohlendioxidgas bereitstellt. Das Kohlendioxidgas
diffundiert in das Wasser oder löst
sich in diesem, wodurch mit Kohlensäure versetztes Wasser ausgebildet
wird. Das Ventil 54, das bei einem Druck von 75 psi geschlossen
gehalten wird, ist ein Einwege-Rückschlagventil,
das ein Eindringen von Kohlendioxidgas und/oder mit Kohlensäure versetztem
Wasser in die Wasserquelle 51 verhindert.
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Der
Kohlensäureerzeuger 53 beinhaltet
eine Sonde zum Regulieren des darin befindlichen Wasserpegels. Die
Sonde ist mit einem Relais 57 verbunden, das die Leistungsabgabe
von der Leistungsquelle 58 zu der Wasserpumpe 52 erleichtert.
Wenn die Sonde registriert, dass der Wasserpegel unter einem vorgegebenen
Pegel liegt, gibt sie ein Signal aus, welches das Relais 57 schließt. Die
Leistungsquelle 58 führt
Leistung zu der Wasserpumpe 52, die Wasser bei näherungsweise
9,66 bar (140 psi) von der Wasserquelle 51 in den Kohlensäureerzeuger 53 pumpt.
Registriert die Sonde, dass der Kohlensäureerzeuger 53 voll
ist, deaktiviert sie ihr Signal, wodurch die Wasserpumpe 52 geschlossen
wird.
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Ebenfalls
sind die Abgabeventile 55 und 56 mit dem Relais 57 verbunden.
Bei einer Aktivierung gibt das Abgabeventil 55 und/oder 56 ein
Signal aus, welches das Relais 57 schließt, sodass
die Leistungsquelle 58 Leistung zu der Wasserpumpe 52 führt. Die
Wasserpumpe 52 pumpt reines Wasser zu dem aktivierten Abgabeventil 55 und/oder 56,
und es wird entweder direkt abgegeben oder zur Ausbildung eines
nicht mit Kohlensäure
versetzten Getränks
mit einem Sirup vermischt. Nach der Deaktivierung des Abgabeventils 55 und/oder 56 wird
das Relais 57 geöffnet,
um Leistung von der Wasserpumpe 52 abzuziehen.
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Obgleich
das Wasserzufuhrsystem 50 auf angemessene Weise arbeitet,
um den Kohlensäureerzeuger 53 zu
befüllen
und die Abgabeventile 55 und 56 mit reinem Wasser
zu versorgen, weist es einen signifikanten Nachteil auf. Wenn die
innerhalb des Kohlensäureerzeugers 53 befindliche
Sonde das Relais 57 steuert, arbeitet das Wasserzufuhrsystem normal,
da die Abgabeventile 55 und 56 geschlossen bleiben.
Wenn jedoch ein Abgabeventil 55 und/oder 56 das
Relais 57 steuert, wird der Kohlensäureerzeuger 53 unabhängig von
seinem aktuellen Wasserpegel befüllt.
Nach der Aktivierung eines Abgabeventils 55 und/oder 56 gibt
die Wasserpumpe reines Wasser bei 9,66 bar (140 psi) ab. Folglich
wird der Kohlensäureerzeuger 53 befüllt, da
das mit 9,66 bar (140 psi) abgegebene reine Wasser das Ventil 54 überwindet,
sodass der Kohlensäureerzeuger 53 sogar
dann reines Wasser empfängt,
wenn er bereits eine ausreichende Wassermenge enthält. Infolgedessen
wird der Kohlensäureerzeuger 53 überfüllt, was
ein Problem darstellt, da zumindest das Verhältnis von Kohlendioxid und
reinem Wasser verändert
und dadurch die Getränkequalität beeinträchrigt wird.
Im schlimmsten Fall wird dadurch der Kohlensäureerzeuger 53 beschädigt bzw.
es wird eine mögliche
gefährliche
Situation erzeugt, in welcher der Kohlensäureerzeuger 53 platzen
kann.
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Die
Patentschrift
US 5 553
746 A offenbart ein Wasserzufuhrsystem gemäß des Oberbegriffs von
Anspruch 1, das einen mit dem Pumpenauslass verbundenen Druckregler
verwendet.
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Dementsprechend
stellen eine Vorrichtung und ein Verfahren, die/das eine Überfüllung des
Kohlensäureerzeugers
während
der Zufuhr von reinem Wasser zu Abgabeventilen beseitigt, eine Verbesserung
gegenüber
derzeit verfügbaren
Reinwasser-Pumpensteuerungen dar.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Eine
Pumpensteuerungsvorrichtung beinhaltet eine Pumpe, die an einem
Einlass zu einer Wasserquelle und an einem Auslass zu einem ersten
Abgabeventil und einem Kohlensäureerzeuger über ein Rückschlagventil
gekoppelt ist. Eine Leistungsquelle ist mit der Pumpe verkoppelt
und eine Steuerung steuert die Leistungsabgabe von der Leistungsquelle zu
der Pumpe. In Ansprechen auf ein von dem Kohlensäureerzeuger empfangenes Füllsignal
aktiviert die Steuerung die Leistungsquelle, damit bei einem ersten
vorbestimmten Leistungsniveau Leistung zu der Pumpe geführt wird.
Wahlweise aktiviert die Steuerung die Leistungsquelle, um in Ansprechen auf
ein von dem ersten Abgabeventil empfangenen Abgabesignal der Pumpe
Leistung mit einem zweiten vorbestimmten Leistungsniveau zuzuführen, das
sich von dem ersten vorbestimmten Leistungsniveau unterscheidet.
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Weiterhin
ist der Auslass der Pumpe mit einem zweiten Abgabeventil gekoppelt,
und in Ansprechen auf ein von dem zweiten Abgabeventil empfangenes
Abgabesignal aktiviert die Steuerung die Leistungsquelle, um Leistung
zu der Pumpe mit dem zweiten vorbestimmten Leistungsniveau zu führen. Wahlweise
aktiviert die Steuerung die Leistungsquelle, um Leistung in Ansprechen
auf sowohl von den ersten wie von den zweiten Abgabeventilen empfangene
Abgabesignale zu der Pumpe mit einem dritten vorbestimmten Leistungsniveau
zu führen.
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Ein
Verfahren zur Steuerung einer Pumpe beinhaltet das Verkoppeln der
Leistungsquelle an eine Pumpe und das Verkoppeln der Pumpe mit einem
Einlass zu einer Wasserquelle und mit einem Auslass zu einem ersten
Abgabeventil und einem Kohlensäureerzeuger
durch ein Rückschlagventil. Der
Kohlensäureerzeu ger
wird hinsichtlich eines Kohlensäureerzeuger-Füllsignals überwacht,
und in Ansprechen auf dieses Füllsignal
wird die Leistungsquelle gesteuert, um Leistung mit einem ersten
vorbestimmten Leistungsniveau der Pumpe zuzuführen. Das erste Abgabeventil
wird bezüglich
eines Abgabesignals überwacht
und in Ansprechen auf dieses Abgabesignal wird die Leistungsquelle
gesteuert, um der Pumpe Leistung mit einem zweiten vorbestimmten
Leistungsniveau zuzuführen,
das sich von dem ersten vorbestimmten Leistungsniveau in Ansprechen
auf das Abgabesignal unterscheidet.
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Das
Verfahren beinhaltet weiterhin das Verkoppeln des Auslasses der
Pumpe mit einem zweiten Abgabeventil. Das zweite Abgabeventil wird
bezüglich
eines Abgabesignals überwacht
und in Ansprechen auf dieses Abgabesignal wird die Leistungsquelle
gesteuert, um Leistung mit dem zweiten vorbestimmten Leistungsniveau
zu der Pumpe zu führen. Wenn
Abgabesignale sowohl von den ersten wie von den zweiten Abgabeventilen
empfangen werden, wird die Leistungsquelle gesteuert, um Leistung
mit einem dritten vorbestimmten Leistungsniveau zu der Pumpe zu
führen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Blockdiagramm und illustriert eine Pumpensteuerungsvorrichtung
vom Stand der Technik.
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2 ist
ein Blockdiagramm und stellt eine Pumpensteuerungsvorrichtung gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
dar.
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3 ist
ein Ablaufdiagramm und illustriert die Entscheidungs- und Steuerschritte,
die von der Pumpensteuerungsvorrichtung der bevorzugten Ausführungsform
ausgeführt
werden.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
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Wie
in 2 illustriert beinhaltet eine Pumpensteuerungsvorrichtung 10 eine
Steuerung 11, welche die Menge an Leistung steuert, die
eine Leistungsquelle 12 einer Wasserpumpe 13 zuführt. Die Wasserpumpe 13 ist
mit einer Wasserquelle 14 verbunden, um reines Wasser über ein
Ventil 16 zu einem Kohlensäureerzeuger 15 und
zu Reinwasserventilen 17 und 18 zu leiten. In
dieser bevorzugten Ausführungsform
ist die Wasserpumpe 13 eine beliebige Standardwasserpumpe
wie z.B. eine Gleichstrommotorpumpe oder eine Wechselstrominduktionsmotorpumpe.
Die Wasserquelle 14 ist eine typische städtische öffentliche
Wasserleitung, die Wasser bei einem Druck von weniger als 2,76 bar
(40 psi) befördert.
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Der
Kohlensäureerzeuger 15 ist
ein Standard-Kohlensäureerzeuger,
der ihn ihm enthaltenes reines Wasser und Kohlendioxidgas einzieht,
um mit Kohlensäure
versetztes Wasser zu erzeugen. Der Kohlensäureerzeuger 15 beinhaltet
eine Reinwasserpegel-Sonde, die mit der Steuerung 11 verbunden ist,
um der Steuerung 11 ein Signal bereitzustellen, das anzeigt,
wann die Wasserpumpe 13 aktiviert und deaktiviert werden
sollte. In dieser bevorzugten Ausführungsform ist das Ventil 16 ein
Standard-Einwege-Rückschlagventil,
das sich bei einem Druckdifferential von 0,07 bar (1 psi) öffnet, welches
wiederum bei einem Druckpegel des Kohlensäureerzeugers von 5,17 bar (75
psi) einsetzt.
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Die
Reinwasserventile 17 und 18 sind Standardabgabeventile,
welche reines Wasser entweder alleine oder mit einem Sirup vermischt
abgeben, um ein nicht mit Kohlensäure versetztes Getränk wie z.B. Limonade
zu erzeugen. Die Reinwasserventile 17 und 18 beinhalten
jeweils einen Schalter, der im geschlossenen Zustand der Steuerung 11 ein
Signal zuführt,
um anzuzeigen, wann die Wasserpumpe 13 aktiviert werden
sollte.
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In
dieser bevorzugten Ausführungsform
ist die Steuerung 11 jeder Standardmikroprozessor oder -mikrocontroller,
der die Leistungsabgabe von der Leistungsquelle 12 steuert.
Die Leistungsquelle 12 ist mit einer Standard-110/120 V-Wechselstromleitung verbunden
und in dieser bevorzugten Ausführungsform
ist sie vom Typ eines Gleichstrom-Spannungsreglers einschließlich eines
von der Steuerung 11 gesteuerten schaltbaren Widerstandsrelais
zwecks einer Versorgung der Wasserpumpe 13 mit variabler Leistung,
vom Typ eines Gleichstromspannungsreglers mit von der Steuerung 11 modulierter
Impulsbreite zwecks einer Versorgung der Wasserpumpe 13 mit variabler
Leistung, oder vom Typ eines Wechselstromspannungsreglers mit von
der Steuerung 11 modulierter Impulsbreite zwecks einer
Zufuhr von variabler Wechselstromleistung zu der Wasserpumpe 13,
die eine Wechselstrominduktionsmotorpumpe wäre. Das schaltbare Widerstandsrelais
beinhaltet eine AUS- sowie drei AN-Stellungen, welche die Menge
an Leistung variieren, die der Wasserpumpe 13 durch die
Leistungsquelle 12 zugeführt wird.
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Im
Betrieb und wie in 3 illustriert überprüft die Steuerung 11 in
einem Schritt 20, ob der Wasserpegel in dem Kohlensäureerzeuger 15 unter der
unteren Pegelgrenze liegt. Wenn die Sonde des Kohlensäureerzeugers 15 ein
Signal ausgibt, das anzeigt, dass der Wasserpegel unter der unteren
Pegelgrenze liegt, fährt
die Steuerung 11 mit einem Schritt 21 fort und
aktiviert die Leistungsquelle 12 mit einem ersten vorbestimmten
Leistungsniveau (in dieser bevorzugten Ausführungsform beträgt das Leistungsniveau
die volle Leistung). In dem Fall des schaltbaren Widerstandsrelais
aktiviert die Steuerung 11 das Relais und bringt es in
eine AN-Stellung, bei welcher der Wasserpumpe 13 die volle
Leistung zugeführt
wird. In dem Falle von entweder der Gleich- oder der Wechselstrom-Impulsbreitenmodulation
versorgt die Steuerung 11 die Leistungsquelle 12 mit
einem Signal eines 100 %igen Arbeitszyklus, das die Zufuhr der vollen
Leistung zu der Wasserpumpe 13 ermöglicht. In einem Schritt 26 hält die Steuerung 11 die Wasserpumpe 13 bei
der vollen Leistung, wodurch der Kohlensäureerzeuger 15 mit
einer maximalen Durchflusskapazität und Entwurfsauslassdruck
durch das Ventil 16 versorgt wird, das sich auf Grund des Druckdifferentials
geöffnet
hat. Nachdem der Kohlensäureerzeuger 15 befüllt worden
ist, hört
die Sonde damit auf, an die Steuerung 11 ein Signal abzugeben, was
die Leistungsquelle 12 deaktiviert, wodurch wiederum die
Wasserpumpe 13 abgeschaltet wird.
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Wenn
der Kohlensäureerzeuger 15 keine Befüllung benötigt oder
wenn seine Sonde damit aufhört,
ein Signal abzugeben, schreitet die Steuerung 11 mit einem
Schritt 22 fort und bestimmt, ob eines der beiden Reinwasserventile 17 oder 18 aktiviert worden
ist. Wenn eines der beiden Reinwasserventile 17 oder 18 aktiviert
worden ist, jedoch nicht beide zusammen, fährt die Steuerung 11 mit
einem Schritt 23 fort und aktiviert die Leistungsquelle 12 mit
einem zweiten vorbestimmten Leistungsniveau (in dieser bevorzugten
Ausführungsform
eine 50 %ige Leistung). In dem Fall des schaltbaren Widerstandsrelais aktiviert
die Steuerung 11 das Relais und bringt es in eine AN-Stellung,
die 50 % Leistung zu der Wasserpumpe 13 führt. In
dem Fall von entweder einer Gleichstrom- oder einer Wechselstrom-Impulsbreitenmodulation
versorgt die Steuerung 11 die Leistungsquelle 12 mit
einem Signal eines 50 %-Arbeitszyklus, das die Zufuhr einer 50 %igen
Leistung zu der Wasserpumpe 13 ermöglicht. In einem Schritt 27 hält die Steuerung 11 die
Wasserpumpe 13 bei 50 %iger Leistung, wodurch eines der
beiden Reinwasser-Abgabeventile 17 oder 18 mit
einer 50 %igen Durchflusskapazität
für den
vorgesehenen Auslassdruck (in dieser bevorzugten Ausführungsform
190 l/h bei 4,14 bar (50 Gallonen/h bei 60 psi)) versorgt wird. Nach
der Deaktivierung des aktivierten Reinwasser-Abgabeventils 17 oder 18 deaktiviert
die Steuerung 11 die Leistungsquelle 12, wodurch
die Wasserpumpe 13 abgeschaltet wird. Somit gibt die Wasserpumpe 13 reines
Wasser an eines der beiden Reinwasserventile 17 oder 18 ab;
jedoch ist der Wasserdruck bei einer 50 %igen Durchflusskapazität unzureichend,
um das Ventil 16 zu öffnen,
was dazu führt, dass
der Kohlensäureerzeuger 13 während der
Verwendung eines der beiden Reinwasserventile 17 oder 18 nicht
befüllt
wird.
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Wenn
die Steuerung 11 nicht erfasst, dass nur eines der beiden
Reinwasser-Abgabeventile 17 oder 18 aktiviert
worden ist, fährt
sie mit einem Schritt 24 fort und bestimmt, ob beide Reinwasserventile 17 und 18 aktiviert
worden sind. Sind die beiden Reinwasserventile 17 und 18 aktiviert
worden, geht die Steuerung 11 zu einem Schritt 25 über und
aktiviert die Leistungsquelle 12 mit einem dritten vorbestimmten
Leistungsniveau (in dieser bevorzugten Ausführungsform eine 75 %ige Leistung).
In dem Fall des schaltbaren Widerstandsrelais aktiviert die Steuerung 11 das
Relais und bringt es in eine AN-Stellung, bei welcher der Wasserpumpe 13 eine
75 %ige Leistung zugeführt
wird. In dem Fall von entweder einer Gleich- oder Wechselstrom-Impulsbreitenmodulation versorgt
die Steuerung 11 die Leistungsquelle 12 mit einem
Signal eines 75 %igen Arbeitszyklus, dass die Zufuhr von 75 % Leistung
zu der Wasserpumpe 13 ermöglicht. In einem Schritt 28 hält die Steuerung 11 die
Wasserpumpe 13 bei einer Leistung von 75 %, wodurch die
beiden Reinwasser-Abgabeventile 17 und 18 mit
der Durchflusskapazität
für den
vorgesehenen Auslassdruck versorgt werden (in dieser bevorzugten
Ausführungsform
380 l/h bei 4,19 bar (100 Gallonen/h bei 60 psi)). Nach der Deaktivierung
der Reinwasser-Abgabeventile 17 und 18 deaktiviert
die Steuerung 11 die Leistungsquelle 12, wodurch
die Wasserpumpe 13 abgeschaltet wird. Somit führt die Wasserpumpe 13 reines
Wasser zu den Reinwasserventilen 17 und 18, jedoch
ist der Wasserdruck bei einer 75 %igen Durchflusskapazität unzureichend,
um das Ventil 16 zu öffnen,
was dazu führt,
dass der Kohlensäureerzeuger 13 während der
Verwendung der Reinwasserventile 17 und 18 nicht
befüllt
wird. Nach einer Deaktivierung der Leistungsquelle 12 oder
dem Ausfall einer Erfassung der Aktivierung von beiden Reinwasserventilen 17 und 18 kehrt
die Steuerung 11 zu dem Schritt 20 zurück und fährt damit
fort, den Kohlensäureerzeuger 15 und
die Reinwasserventile 17 und 18 zu überwachen.
Für den
Fachmann versteht sich, dass die 50 %igen, 75 %igen, und 100 %igen
Leistungspegel lediglich als Beispiele angeführt wurden und dass die zu
der Wasserpumpe 13 geführte
Leistung je nach Notwendigkeit zwischen 1 % und 100 % variiert werden
kann, um Wasser mit einem ausreichenden Druck für den Betrieb des Kohlensäureerzeugers 15 oder
der Reinwasserventile 17 und/oder 18 bereitzustellen.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung bezüglich der
oben angeführten
bevorzugten Ausführungsform beschrieben
worden ist, diente eine derartige Beschreibung lediglich beispielhaften
Zwecken und wie sich für
den Fachmann versteht, fallen viele Alternativen, Äquivalente
und Variationen in unterschiedlichem Ausmaß in den Rahmen der vorliegenden
Erfindung. Dementsprechend wird dieser Rahmen in keiner Weise durch
die obige Beschreibung bestimmt, sondern wird ausschließlich durch
die nachfolgenden Ansprüche
definiert.