EP0172385B1

EP0172385B1 - Anordnung zum Mischen von Getränken

Info

Publication number: EP0172385B1
Application number: EP85108643A
Authority: EP
Inventors: Matthias Dipl.-Ing. Aschberger; Karlheinz Dipl.-Ing. Färber; Ulrich Dipl.-Ing. Wolf; Anton Dipl.-Ing. Deininger
Original assignee: Coca Cola Co
Current assignee: BOSCH-SIEMENS HAUSGERAETE GMBH; Coca Cola Co
Priority date: 1984-08-22
Filing date: 1985-07-11
Publication date: 1990-01-03
Anticipated expiration: 2005-07-11
Also published as: KR900000265B1; KR860002067A; AU4650685A; DE3575084D1; US4665809A; EP0172385A2; EP0172385A3; ES8700634A1; AU583528B2; CA1295297C; ES546306A0

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ausgabeventil für in einem Vorratsbehälter unter Druck stehende karbonisierte Flüssigkeiten in einer Mischanordnung für Getränke, bestehend aus einem durch eine Zeitsteuereinrichtung steuerbaren Auslaß-Absperrventil und einem einen konstanten Durchfluß unabhängig vom Druck der zugeführten Flüssigkeit steuernden Durchflußregelvenül. Eine derartige Anordnung findet beispielsweise Anwendung in einem Getränkeautomaten, bei welchem ein Getränkekonzentrat oder wahlweise ein von mehreren Getränkekonzentraten mit karbonisiertem Wasser zu einem Erfrischungsgetränk unmittelbar vor dem Konsum mischbar sind.
Das zu diesem Zweck erforderliche karbonisierte Wasser wird gekühlt und unter Druck stehend bevorratet. In bekannter Weise wird dieses karbonisierte Wasser über ein Absperrventil und gegebenenfalls über ein diesem nachgeschaltetes Entspannungsventil für den Mischvorgang ausgegeben. Die Güte des Mischgetränks ist im wesentlichen Maße abhängig vom Mischungsverhältnis aus Getränkekonzentrat und karbonisiertem Wasser. Aus diesem Grunde ist es wesentlich, Maßnahmen zu ergreifen, welche geeignet sind, das erforderlich Mischungsverhältnis bei dem im Normalbetrieb üblichen unterschiedlichen Bedingungen zu gewährleisten. So ist es beispielsweise bekannt, die Getränkekonzentrats-Mengenbestimmung über Dosierkammem portionsweise vorzunehmen.
Aufgrund insbesondere der wesentlich höheren Zugabemenge des karbonisierten Wassers wird dieses aber in der angesprochenen bekannten Weise im kontinuierlichen Durchlauf ausgegeben, wobei die Mengenbestimmung, resultiert aus der Ausgabemenge je Zeiteinheit und der Ausgabezeit. Die Beherrschung der Ausgabezeit ist durch bekannte steuertechnische Maßnahmen ohne weiteres möglich. Probleme stellen sich vielmehr im Bereich der mechanischen Ausgabeeinheit und zwar in so weit, daß durch die bekannten Maßnahmen keine ausreichend genauen Durchflußmengen je_ Zeiteinheit realisierbar sind. Eine nicht unerhebliche Störgröße ist darin zu sehen, daß die Flüssigkeit der Ausgabevorrichtung unter unterschiedlichen Druckverhältnissen zugeführt wird.
Es ist eine Ausgabeventil-Anordnung bekannt geworden (US-A 36 53 548), mittels der Getränke aus Fruchtsirup und karbonisiertem Wasser dadurch gemixt wurden, daß das karbonisierte Wasser über eine mit einem Absperrventil versehene Leitung und der Fruchtsirup über einen kolbengesteuerten Durchflußregler und einem diesem nachgeordneten Absperrventil parallel miteinander einem Ausgabekanal zugeführt werden. Der Durchflußregler für den Sirup weist eine einzige fest Durchfluß-Drosselstrecke auf und steuert, abhängig vom eingangsseitigen, unmittelbar variablen Druck, ausgangsseitig Durchfluß-Drosselstrecken durch Veränderung der in der Zylinderwandung angeordneten Ausströmöffnungen über die Kolbenwandung. Die Durchflußregler-Absperrventil-Kombination ist nicht für die karbonisierte Wasserzuführung vorgesehen und für hohe Ansprüche an die Durchflußmengen-Genauigkeit von gashaltigen Flüssigkeiten auch wenig geeignet.
Der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung bereitzustellen, durch welche eine exakte Bestimmung der Ausgabemengen von Flüssigkeiten ermöglicht ist.
Eine Anordnung, welche diesen Anforderungen genügt, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß ein einen konstanten Durchfluß unabhängig vom Druck der zugeführten Flüssigkeit steuerndes Durchflußregelventil einem Auslaß-Absperrventil unmittelbar nachgeschaltet ist und daß dem Auslaß-Absperrventil eine Zeitsteuereinrichtung zugeordnet ist.
Eine nach diesen Merkmalen der Erfindung aufgebaute Anordnung folgt dem Konzept, unterschiedlichen Funktionsanforderungen unterschiedliche Funktionseinheiten zuzuordnen und diese möglichst funktionsnah zueinander anzuordnen. Eine Funktionsanforderung ist dadurch gegeben, daß die durch die Zeitsteuerung vorgegebene Öffnungszeit des Ausgabeventils möglichst exakt realisiert wird. Aus diesem Grunde ist ein Auslaß-Absperrventil angeordnet, welches eben dieser Aufgabe in hervorragendem Maße gerecht werden kann. Für die Durchflußmengen-Regelung ist diese Baueinheit jedoch nicht verantwortlich. Dazu ist das einen konstanten Durchfluß unabhängig vom Druck der zugeführten Flüssigkeit steuerndes Durchfluß-Regelventil angeordnet. Dieses wiederum kann der ihm gestellten Aufgabe in hervorragendem Maße gerecht werden. Es ist aber auch wesentlich, daß beide Funktionseinheiten in unmittelbarer Nachbarschaft angeordnet sind, da somit weitestgehend ein unkontrolliertes Ausfließen der Flüssigkeit während der Schaltphasen des Auslaß-Absperrventils vermieden wird.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist die erfindungsgemäße Anordnung dadurch gekennzeichnet, daß das druckunabhängig wirkende Durchfluß-Regelventil eine Kolbenkammer mit einem mit Rückstellkraft beaufschlagten verschieblichen Kolben aufweist, welche die Kolbenkammer in zwei Teilbereiche unterteilt, daß zwischen diesen beiden Teilbereichen eine Strömungsdrosseistrecke liegt und daß der erste Kammer-Teilbereich, in Richtung dessen die Rückstellkraft wirkt, eine unveränderliche Strömungs-Eintrittsöffnung aufweist und der zweite Kolbenkammer-Teilbereich eine durch die Kolbenstellung im Querschnitt veränderliche Strömungs-Austrittsdrossel aufweist. Durch eine derartig ausgestaltete Anordnung wird eine besonders gleichförmige Durchflußmenge realisiert, da die getroffenen Maßnahmen äußerst feinfühlig in der Lage sind, insbesondere auf Druckschwankungen zu reagieren und in Abhängigkeit davon das Drosselverhalten zu verändern.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung ist die Strömungs-Eintrittsöffnung in das druckbhängig wirkende Durchfluß-Regelventil als Drosselstrecke ausgestaltet. Dadurch wird bereits in diesem Bereich eine Druckherabsetzung durchgeführt, so daß das Regelverhalten näher in einen dem Ausgabedruck sich nähernden Bereich gelegt ist.
Nach einer besonderen Ausgestaltung ist die erfindungsgemäße Anordnung dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Bohrungen am Umfang der Drosselkammer im Verschiebebereich des Kolbens angeordnet sind. Durch leichte Versetzung dieser Bohrungen in Kolbenhub-Richtung ist eine besonders günstige Regelcharakteristik für die Durchflußmenge erzielbar.
Für die Bereitstellung der Rückstellkraft an den Kolben wird zweckmäßigerweise eine Feder anzuordnen sein. Zur Nachregelung der Durchflußmenge auf ein bestimmtes gewünschtes Quantum und zur Nachjustierung der Anordnung ist es zweckmäßig, für eine Verstellbarkeit der Rückstellkraft Sorge zu tragen. Dazu kann eine auf die Rückstellfeder wirkende Druckschraube dienen.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist bevorzugterweise dahingehend weitergebildet, daß die Rückstellkraft für den Steuerkolben über einen Temperatur-Kompensationsstab geführt ist.
Bei einem Durchflußmengen-Regelventil mit Maßnahmen nach diesen die Erfindung weiterbildenden Merkmalen kann beispielsweise für das Regelventil-Gehäuse Kunststoff Verwendung finden, während der Steuerkolben aus Metall besteht. Sowohl herstellungstechnisch als auch gleittechnisch ist diese Materialwahl vorteilhaft. Durch die Verwendung des Temperatur-Kompensationsstabes sind die unterschiedlichen temperaturbedingten Ausdehnungen dieser Funktionsteile kompensierbar, und zwar nicht nur bezüglich der durch die Längenänderung veränderten Verhältnisse, sondern auch im Hinblick auf unterschiedliche Durchmesser-Gegebenheiten. Die entsprechende Materialwahl für den Temperatur-Kompensationsstab wird zweckmäßigerweie empirisch zu ermitteln sein.
Eine besonders einfache Anordnung des Temperatur-Kompensationsstabes ergibt sich, wenn. dieser in den Stellschrauben-Mechanismus integriert ist.
Ein nach den Merkmalen der Erfindung ausgestaltetes Ausführungsbeispiel ist anhand der Zeichnung im folgenden näher beschrieben. Es zeigen :

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Mischeinrichtung für einen Getränneautomaten und
Fig. 2 eine Anordnung zur Ausgabe von karbonisiertem Wasser mit gleichförmiger Durchflußmenge.

Ein Getränkeautomat zum wahlweisen Mischen von unterschiedlichen Getränkekonzentraten mit gekühltem C0₂-Wasser zu einem Mischgetränk enthält als wesentliche Bestandteile eine Mischrinne 1, in welcher der Mischvorgang eingeleitet bzw. durchgeführt wird, Getränkekonzentrats-Behälter 2, aus denen über Dosiereinrichtungen 3 die Getränkekonzentrate portionsweise der Mischrinne 1 zugeführt werden und einen Vorratsbehälter 4 für gekühltes CO₂-Wasser, welches über ein Ausgabeventil 5 in die Mischrinne bedarfsweise einfließen kann. Die Getränkemischung verläßt die Mischrinne 1 über einen Auslauftrichter 6. Der CO₂-Wasŝervorrat wird gekühlt durch Kältemittel, welche über eine um den Vorratsbehälter 4 gewickelte Rohrleitung 7 geleitet sind. Ergänzt wird der CO₂-Wasservorrat innerhalb des Behälters 4 um die über das Ausgabeventil 5 entnommenen Mengen dadurch, daß über eine Rohrleitung 8 - gesteuert über ein Ventilsystem 9 - Frischwasser zugeführt wird und über eine Rohrleitung 10 aus einem Behälter 11 mit 00₂-Gasfüllung - gesteuert durch ein Ventilsystem 12 - Co₂-Gas zugeführt wird. Die Güte des erzielbaren Mischgetränks ist in hohem Maße abhängig vom Mischungsverhältnis aus Getränkekonzentrat und karbonisiertem Wasser. Die Getränkekonzentrats-Mengenbestimmung ist durch bekannte Ausgestaltungen der Dosiereinrichtungen 3 mit genügend großer Genauigkeit durchführbar. Den jeweiligen Getränkekonzentrats-Mengen ist nunmehr eine entsprechende Menge von karbonisiertem Wasser zuzumischen. Zur Ausgabesteuerung dieses karbonisierten Wassers aus dem Vorratsbehälter 4 dient das Ausgabeventil 5, welches in der Fi^g.2 im Schnitt dargestellt ist. Die Zeitzteuerung erfolgt über eine nicht näher zu erläuternde Ansteuerschaltung 13.
Das Ausgabeventil 5 nach Rg. 2 besteht prinzi-piell aus zwei Funktionseinheiten, und zwar aus einem elktromagnetisch ansteuerbaren Durchfluß/Absperrvenfli 14 und einem unabhängig vom zugeführten Flüssigkeitsdruck die Durchflußmengen steuernden Durchfluß-Regelventil 15. Das Durchfluß/Abspemrentil 14 enthält eine Elektromagnetspule 16. Bei deren Erregung durch Stromdurchfluß wird ein Magnetanker 17 entgegen der Kraft einer Feder 18 angezogen. Dabei hebt eine mit diesem Tauchanker 17 verbundene Membrane 19 von ihrem Ventilsitz 20 ab, so daß das aus dem Vorratsbehälter 4 über die Leitung 21 zugeführte karbonisierte Wasser dieses Absperrventil im wesentlichen ungehindert passieren kann. Durch Kanäle 22 und eine Gehäusebohrung 23 gelangt dieses in den Bereich des Durchfluß-Regelventils 15, und zwar in den eingangsseitigen Teilbereich 24 einer Kolbenkammer dieses Durchfluß-Regelventils. Ein in dieser Kolbenkammer angeordneter Kolben 25 ist mit der Kraft einer Feder 26 beaufschlagt, und zwar in Richtung auf den Einströmbereich 24 des karbonisierten Wassers. In der Stirnfläche des Kolbens ist eine Drosselbohrung 27 eingebracht, so daß das zugeführte karbonisierte Wasser vom ersten Teilbereich 24 der Kolbenkammer in deren zweiten Teilbereich 28 gelangen kann. Bei Strömung findet an dieser Drosselbohrung 27 ein Druckabbau statt.
Am Umfang des zweiten Teilbereichs 28 der Kolbenkammer sind eine Mehrzahl von Bohrungen 29 in der Zylinderbuchse 30 angeordnet, welche über eine Ringleitung 35 in der Gehäusewandung zu einem Ausflußkanal 31 führen. Diese Bohrungen 29 liegen im Hubbereich des Kolbenmantels 25. Bei hohem Druck im ersten Teilbereich 24 wird der Kolben in verstärktem Maße gegen die Kraft der Feder 26 gedrückt, so daß die Austrittsöffnungen 29 durch den Kolbenmantel verstärkt überdeckt werden. Dabei tritt an diesen Stellen eine erhöhte Drosselwirkung auf. Liegt im Bereich des ersten Teilbereichs 24 der Drosselkammer weniger Druck an, so folgt entsprechend der Kolben 25 der Kraft der Feder 26 und die Austrittsöffnungen 29 werden verstärkt freigegeben. Die Drosselwirkung auf die durchströmende Flüssigkeit in diesem Bereich nimmt demgemäß ab. Durch entsprechende Dimensionierung ist nunmehr erreichbar, daß die Drosselwirkung im Bereich der Austrittsöffnungen 29 proportional zu den in dem ersten Teilbereich 24 der Kolbenkammer auftretenden Flüssigkeitsdrucks sich verändert. Damit läßt sich aber die Durchflußmenge des karbonisierten Wassers unabhängig vom über die Leitung 21 zugeführten Flüssigkeitsdruck konstant regeln.
Durch eine entsprechende Zeitsteuerung ist damit die ausgegeben Menge von karbonisiertem Wasser äußerst genau bestimmbar.
Um die Durchflußmenge ein- und nachjustieren zu können, ist die Kraft der Feber 26 durch Veränderung ihrer Vorspannung über eine Verstellschraube 32 variierbar. In diese Schraube 32 ist ein Temperatur-Ausdehnungs-Kompensationsstab 33 integriert, auf welchen eine Hülse 34 aufgesetzt ist. Gegen diese Hülse 34 stützt sich die Rückstellfeder 26, also mittelbar gegenüber dem Ventilgehäuse ab. Durch Anwendung dieser Maßnahme ist es möglich, das Ventilgehäuse des Durchflußregelventils 15, die Zylinderbuchse 30, den Kolben 25 und die Verstellschraube 32 aus unterschiedlichen Materialien mit abweichenden Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten zu fertigen. Mit Hilfe dieses Temperatur-Ausdehnungs-Kompensationsstabes 33 wird erreicht, daß unterschiedliche Betriebstemperaturen sich dennoch nicht auf das Durchflußmengen-Regelventil des Systems auswirken.

Claims

1. Ausgabeventil für in einem Vorratsbehälter (4) unter Druck stehende karbonisierte Flüssigkeiten in einer Mischanordnung für Getränke, bestehend aus einem durch eine Zeitsteuereinrichtung steuerbaren Auslaß-Absperrventil (14)- und einem einen konstanten Durchfluß unabhängig vom Druck der zugeführten Flüssigkeit steuernden Durchflußregelventil (15), wobei das druckabhängige Durchfluß-Regelventil (15) eine Kolbenkammer mit einem mit Rückstellkraft beaufschlagten verschieblichen Kolben (25) aufweist, welcher die Kolbenkammer in zwei Teilbereiche (24, 28) unterteilt, zwischen diesen beiden Teilbereichen eine Strömungs-Drosselstrecke (27) liegt, und der erste Kolbenkammer-Teilbereich (24), in dessen Richtung die Rückstellkraft wirkt, eine unveränderliche, als Drosselstrecke wirkende Strömungs-Eintrittsöffnung (23) aufweist und der zweite Kolbenkammer-Teilbereich eine durch die Kolbenhubstellung im Querschnitt veränderliche Strömungs-Austrittsdrossel (29) aufweist und dieses Durchfluß-Regelventil (15) in Durchflußrichtung nach dem Auslaß-Absperrventil (14) unmittelbar nachgeordnet ist.

2. Ausgabeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungs-Austrittsdrossel eine Mehrzahl von am Umfang der Kolbenkammer angeordneten Bohrungen (29) ist.

3. Ausgabeventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellkraft durch ein Federelement (26) ausgeübt wird.

4. Ausgabeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Kolben (26) wirkende Rückstellkraft einstellbar ist.

5. Ausgabeventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung der Rückstellkraft eine auf ein Federelement (26) wirkende Verstellschraube (32) angeordnet ist.

6. Ausgabeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gegen den Zuführungsdruck des Strömungsmittels wirkende Rückstellkraft für den Steuerkolben (25) über einen Temperatur-Kompensationsstab (33) geführt ist.

7. Ausgabeventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatur-Kompensationsstab (33) in die Verstellschraube (32) integriert ist.

8. Ausgabeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse aus Kuntstoff und der Steuerkolben (25) aus Metall besteht.