EP3212932A2 - Vorrichtung zum pumpen einer flüssigkeit in einer flüssigkeitsleitung - Google Patents

Vorrichtung zum pumpen einer flüssigkeit in einer flüssigkeitsleitung

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EP3212932A2
EP3212932A2 EP15813260.5A EP15813260A EP3212932A2 EP 3212932 A2 EP3212932 A2 EP 3212932A2 EP 15813260 A EP15813260 A EP 15813260A EP 3212932 A2 EP3212932 A2 EP 3212932A2
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EP
European Patent Office
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liquid
pump
piston
pumping
line
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Withdrawn
Application number
EP15813260.5A
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English (en)
French (fr)
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Rolf Baumgarte
Ludwig Clüsserath
Werner Lesinski
Michael Linke
Michael Litzenberg
Niels Meyer
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KHS GmbH
Original Assignee
KHS Corpoplast GmbH
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
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    • F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/06—Pumps having fluid drive
    • F04B43/067—Pumps having fluid drive the fluid being actuated directly by a piston
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65B—MACHINES, APPARATUS OR DEVICES FOR, OR METHODS OF, PACKAGING ARTICLES OR MATERIALS; UNPACKING
    • B65B3/00—Packaging plastic material, semiliquids, liquids or mixed solids and liquids, in individual containers or receptacles, e.g. bags, sacks, boxes, cartons, cans, or jars
    • B65B3/04—Methods of, or means for, filling the material into the containers or receptacles
    • B65B3/10—Methods of, or means for, filling the material into the containers or receptacles by application of pressure to material
    • B65B3/12—Methods of, or means for, filling the material into the containers or receptacles by application of pressure to material mechanically, e.g. by pistons or pumps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
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    • B65B3/00—Packaging plastic material, semiliquids, liquids or mixed solids and liquids, in individual containers or receptacles, e.g. bags, sacks, boxes, cartons, cans, or jars
    • B65B3/26—Methods or devices for controlling the quantity of the material fed or filled
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    • B65B3/32—Methods or devices for controlling the quantity of the material fed or filled by volumetric measurement by pistons co-operating with measuring chambers
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    • B65B—MACHINES, APPARATUS OR DEVICES FOR, OR METHODS OF, PACKAGING ARTICLES OR MATERIALS; UNPACKING
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    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/08—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having tubular flexible members
    • F04B43/10—Pumps having fluid drive
    • F04B43/107—Pumps having fluid drive the fluid being actuated directly by a piston

Definitions

  • the present invention relates to a device for pumping a liquid in a liquid line, in particular in a bottling plant.
  • Pumping devices for pumping a liquid within a fluid line can be designed, for example, as piston pumps, diaphragm pumps, progressing cavity pumps or peristaltic pumps.
  • Such an application is e.g. the filling of liquids in containers, e.g. in the beverage industry.
  • a bottle to be filled with a well-defined volume of a drink This can be ensured in different ways, for example by measuring a volume flow or by measuring the filling level.
  • a reliable method which can be used in particular in volumetric filling, is the use of a piston pump, in which a piston in a cylinder executes strokes and displaces a defined volume of fluid with each stroke.
  • a defined volume can be conveyed through a feed line from a storage container into the piston.
  • the supply line is then shut off by a shut-off valve, which can also be designed as a check valve, so that no liquid can flow back into the reservoir.
  • the liquid within the cylinder is then displaced by a piston stroke in the opposite direction from the cylinder and fed through a conduit to the container to be filled.
  • this can be done under different pressures.
  • both an already formed container can be filled and a preform can be simultaneously shaped and filled under high pressure.
  • the problem with the use of such piston pumps is the cleaning. Strict hygiene regulations must be adhered to, especially for bottling plants for bottling beverages. This includes regular cleaning and disinfection, but this should be done as quickly as possible to avoid downtime of the affected machine.
  • the intervention in a machine such as the disassembly of parts to be cleaned and disinfected, should be largely avoided in order to prevent the contamination of a machine by externally registered germs.
  • the contents leading areas of a machine should be isolated as possible from the environment and can be cleaned without opening.
  • CIP cleaning in place
  • a device for pumping a liquid in a liquid line, in particular within a bottling plant, comprising a pump element and two valves arranged in the liquid line upstream and downstream of the pump element, the pump element having a pump piston running in a cylinder.
  • the device according to the invention is characterized in that the pump element via a closed chamber with a constant volume has a secondary fluid on which the pump piston acts. Furthermore, the chamber is connected by an elastic, liquid-impermeable element with the liquid line in communication, which can deform under the pressure of the pump piston displaced volume of the secondary fluid.
  • the device according to the invention can be pumped by movement of the piston liquid, which is located in the liquid line.
  • the volume delivered per working cycle is determined by the stroke of the piston and the diameter of the cylinder. Because the piston operates only in the secondary fluid and does not come into contact with the pumped fluid, the pump device can be used for applications in which the fluid-carrying areas must be cleaned regularly.
  • the piston pump does not have to be disassembled for cleaning. Cleaning-in-place procedures can be applied.
  • the device according to the invention combines the advantage of simple cleaning of e.g. Diaphragm pumps with the advantage of easily determined delivery volume of piston pumps.
  • an elastic element in particular a bellows or an elastic membrane can be used. It is also possible to use a rolling diaphragm or a rolling bellows.
  • One or both valves in the fluid line may be check valves.
  • FIG. 1 shows schematically an embodiment of a pump device according to the invention with a bellows
  • FIGS. 2a and 2b schematically show a further embodiment of a pump device according to the invention with a membrane.
  • FIG. 1 schematically shows an exemplary embodiment of a pumping device according to the invention.
  • the device is used to pump a fluid located in a liquid line 1, as z. B. is used in a bottling plant.
  • liquid contents to be conveyed from a reservoir not shown in the figure in the direction of the arrow V and in each case a defined volume in the direction of arrow B are introduced into a container also not shown here.
  • the pumping device has a pump element 2, which is arranged on the liquid line 1 between two valves 3, 4, which are designed here as check valves.
  • the valve 3 is located upstream of the pump element 2 and the valve 4 downstream of the pump element 2.
  • the pump element 2 has a pump piston 6 running in a cylinder 5. Further, the pump element 2 has a sealed chamber 7 which contains a constant volume of water as secondary liquid contained in the chamber 7 is included. The pump piston 6 acts on the trapped volume of water.
  • the chamber 7 also has an elastic, liquid-impermeable bellows 8a, which is in communication with the liquid line 1.
  • FIG. 2 a shows a further exemplary embodiment of the pumping device according to the invention.
  • FIG. 2b shows how the membrane 8b displaces liquid in the liquid line 1 when the piston 6 displaces the secondary liquid in the chamber 7.
  • the displaced in the liquid line 1, hatched volume shown corresponds exactly to the displaced by the piston 6 volume, which is also shown hatched.
  • the device combines the advantages of piston pumps with the advantages of diaphragm pumps.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Pumpen einer Flüssigkeit in einer Flüssigkeitsleitung, insbesondere in einer Flaschenabfüllanlage. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Pumpen einer Flüssigkeit in einer Flüssigkeitsleitung vorzuschlagen, deren flüssigkeitsführende Bereiche ohne Demontage des Kolbens oder anderer Eingriffe von Außen in die Vorrichtung gereinigt und/oder desinfiziert werden können. Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zum Pumpen einer Flüssigkeit in einer Flüssigkeitsleitung (1) vorgeschlagen, die ein Pumpenelement (2) und zwei in der Flüssigkeitsleitung stromaufwärts und stromabwärts des Pumpenelements angeordnete Ventile (3, 4) umfasst, wobei das Pumpenelement (2) einen in einem Zylinder (5) laufenden Pumpkolben (6) aufweist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenelement (2) über eine abgeschlossene Kammer (7) mit einem konstanten Volumen einer Sekundärflüssigkeit verfügt, auf die der Pumpkolben (6) wirkt. Weiterhin steht die Kammer (7) durch ein elastisches, flüssigkeitsundurchlässiges Element (8) mit der Flüssigkeitsleitung (1) in Verbindung, das sich unter dem Druck des vom Pumpkolben (6) verdrängten Volumens der Sekundärflüssigkeit verformen kann.

Description

Vorrichtung zum Pumpen einer Flüssigkeit in einer Flüssigkeitsleitung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Pumpen einer Flüssigkeit in einer Flüssigkeitsleitung, insbesondere in einer Flaschenabfüllanlage.
Pumpvorrichtungen zum Pumpen einer Flüssigkeit innerhalb einer Flüssigkeitsleitung können beispielsweise als Kolbenpumpen, Membranpumpen, Exzenterschneckenpumpen oder Peristaltikpumpen ausgestaltet sein. Bei verschiedenen Anwendungen ist es erforderlich, ein genau definiertes Volumen pro Arbeitstakt zu fördern. Eine solche Anwendung ist z.B. die Abfüllung von Flüssigkeiten in Behältern, wie z.B. in der Getränkeindustrie. Hier soll eine Flasche mit einem genau definierten Volumen eines Getränks gefüllt werden. Dies kann auf unterschiedliche Weise sichergestellt werden, etwa durch die Messung eines Volumenstroms oder durch die Messung der Füllhöhe.
Eine zuverlässige Methode, die insbesondere beim volumetrischen Füllen zum Einsatz kommen kann, ist die Verwendung einer Kolbenpumpe, bei der ein Kolben in einem Zylinder Hubbewegungen ausführt und mit jedem Hub ein definiertes Flüssigkeitsvolumen verdrängt. So kann bei einer ersten Hubbewegung des Kolbens ein definiertes Volumen durch eine Zuleitung aus einem Vorratsbehälter in den Kolben gefördert werden. Die Zuleitung wird dann durch ein Absperrventil, das auch als Rückschlagventil ausgebildet sein kann, abgesperrt, so dass keine Flüssigkeit in den Vorratsbehälter zurückfließen kann.
Die Flüssigkeit innerhalb des Zylinders wird anschließend durch einen Kolbenhub in die entgegengesetzte Richtung aus dem Zylinder verdrängt und durch eine Leitung dem zu füllenden Behälter zugeführt. Je nach Form- und Füllverfahren und abzufüllendem Füllgut kann dies unter unterschiedlich hohem Druck erfolgen. Mit diesem Verfahren kann sowohl ein bereits ausgeformter Behälter befüllt als auch ein Vorformling unter hohem Druck gleichzeitig geformt und gefüllt werden. Problematisch bei der Verwendung von solchen Kolbenpumpen ist die Reinigung. Es müssen insbesondere bei Flaschenabfüllanlagen zur Abfüllung von Getränken strenge Hygienevorschriften eingehalten werden. Hierzu gehört eine regelmäßige Reinigung und Desinfektion, die allerdings zur Vermeidung von Standzeiten der betroffenen Maschine so schnell wie möglich durchgeführt werden sollen. Außerdem soll der Eingriff in eine Maschine, etwa durch die Demontage von zu reinigenden und zu desinfizierenden Teilen, weitestgehend vermieden werden, um die Kontamination einer Maschine durch von außen eingetragene Keime zu verhindern. Die Füllgut führenden Bereiche einer Maschine sollen möglichst von der Umgebung isoliert sein und ohne Öffnung gereinigt werden können.
Für die Reinigung und Desinfektion solcher Maschinen weitgehend ohne Demontage sind verschiedene Verfahren zum sogenannten „Cleaning in Place" (CIP) entwickelt worden, wobei die Bauteile an ihrem Platz verbleiben.
Schwierig ist jedoch nach wie vor die Reinigung und Desinfektion von Kolben und Zylinder in einer Kolbenanordnung zum Pumpen einer Flüssigkeit, bei der der Kolben im Regelfall demontiert werden muss, um Verunreinigungen zwischen dem Kolben und dem Zylinder zu entfernen. Insbesondere können bei Kolben, die mit einer Dichtung zur Zylinderlaufbahn versehen sind, ohne Demontage Verunreinigungen im Bereich der Dichtung nur unzureichend entfernt werden.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Pumpen einer Flüssigkeit in einer Flüssigkeitsleitung vorzuschlagen, deren flüssigkeitsführende Bereiche ohne Demontage des Kolbens oder anderer Eingriffe von Außen in die Vorrichtung gereinigt und/oder desinfiziert werden können.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zum Pumpen einer Flüssigkeit in einer Flüssigkeitsleitung, insbesondere innerhalb einer Flaschenabfüllanlage, vorgeschlagen, die ein Pumpenelement und zwei in der Flüssigkeitsleitung stromaufwärts und stromabwärts des Pumpenelements angeordnete Ventile umfasst, wobei das Pumpenelement einen in einem Zylinder laufenden Pumpkolben aufweist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenelement über eine abgeschlossene Kammer mit einem konstanten Volumen einer Sekundärflüssigkeit verfügt, auf die der Pumpkolben wirkt. Weiterhin steht die Kammer durch ein elastisches, flüssigkeitsundurchlässiges Element mit der Flüssigkeitsleitung in Verbindung, das sich unter dem Druck des vom Pumpkolben verdrängten Volumens der Sekundärflüssigkeit verformen kann.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann durch Bewegung des Kolbens Flüssigkeit, die sich in der Flüssigkeitsleitung befindet, gepumpt werden. Das pro Arbeitstakt geförderte Volumen wird dabei durch den Arbeitsweg des Kolbens und den Durchmesser des Zylinders bestimmt. Dadurch, dass der Kolben lediglich in der Sekundärflüssigkeit arbeitet und nicht mit der geförderten Flüssigkeit in Berührung kommt, ist die Pumpvorrichtung für Anwendungen einsetzbar, in denen die flüssigkeitsführenden Bereiche regelmäßig gereinigt werden müssen. Die Kolbenpumpe muss für die Reinigung nicht zerlegt werden. Cleaning-in-Place- Verfahren können angewendet werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung vereinigt dabei den Vorteil der einfachen Reinigung von z.B. Membranpumpen mit dem Vorteil des einfach zu bestimmenden Fördervolumen von Kolbenpumpen.
Als elastisches Element können insbesondere ein Faltenbalg oder eine elastische Membran eingesetzt werden. Es können auch eine Rollmembran oder ein Rollbalg eingesetzt werden.
Als Sekundärflüssigkeit eignen sich unter anderem Wasser und Öl.
Ein oder beide Ventile in der Flüssigkeitsleitung können Rückschlagventile sein.
Zur Reinigung und/oder Desinfektion können übliche Reinigungs- und/oder Desinfektionsmittel durch die Flüssigkeitsleitung zugeführt werden, insbesondere flüssige oder gasförmige Reinigungsmittel, wie z.B. auch Wasserdampf. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann sowohl für das Befüllen von bereits geformten Behältern eingesetzt werden als auch für die gleichzeitige Formung und Füllung von Behältern aus Vorformlingen. Der erforderliche Druck kann einfach durch die auf den Kolben ausgeübte Kraft angepasst werden. Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Abbildungen näher erläutert, die Folgendes darstellen:
Fig. 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer erfindungs- gemäßen Pumpvorrichtung mit einem Faltenbalg;
Fig. 2a und 2b zeigen schematisch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpvorrichtung mit einer Membran. Es versteht sich für den Fachmann von selbst, dass die hier dargestellten Zeichnungen lediglich zur Veranschaulichung des Prinzips der Erfindung dienen sollen und nur schematisch und nicht maßstabsgerecht wiedergegeben sind. Insbesondere dienen die dargestellten Abmessungen nur der Veranschaulichung. Die tatsächlichen Abmessungen und Größenverhältnisse kann der Fachmann frei aufgrund seiner Fachkenntnisse bestimmen.
In Figur 1 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Pumpvorrichtung dargestellt. Die Vorrichtung dient zum Pumpen einer in einer Flüssigkeitsleitung 1 befindlichen Flüssigkeit, wie sie z. B. in einer Flaschenabfüllanlage Verwendung findet. Bei dieser Anwendung soll flüssiges Füllgut aus einem in der Figur nicht dargestellten Vorratsbehälter in Richtung des Pfeiles V gefördert und jeweils ein definiertes Volumen in Richtung des Pfeiles B in einen hier ebenfalls nicht dargestellten Behälter eingebracht werden. Die Pumpvorrichtung verfügt über ein Pumpenelement 2, das an der Flüssigkeitsleitung 1 zwischen zwei Ventilen 3, 4 angeordnet ist, die hier als Rückschlagventile ausgebildet sind. Somit ist das Ventil 3 stromaufwärts des Pumpenelements 2 und das Ventil 4 stromabwärts des Pumpenelements 2 angeordnet.
Das Pumpenelement 2 weist einen in einem Zylinder 5 laufenden Pumpkolben 6 auf. Weiter verfügt das Pumpenelement 2 über eine abgeschlossene Kammer 7, die ein konstantes Volumen Wasser als Sekundärflüssigkeit enthält, das in der Kammer 7 eingeschlossen ist. Der Pumpkolben 6 wirkt auf das eingeschlossene Wasservolumen.
Die Kammer 7 verfügt außerdem über einen elastischen, flüssigkeitsundurchlässigen Faltenbalg 8a, der mit der Flüssigkeitsleitung 1 in Verbindung steht.
Verdrängt der Pumpkolben 6 Flüssigkeit in der Kammer 7, so verformt sich der elastische Faltenbalg 8a und überträgt den Druck auf die Flüssigkeit in der Flüssigkeitsleitung 1 , wobei das vom Faltenbalg 8a in der Flüssigkeitsleitung 1 verdrängte Volumen dem vom Pumpkolben 6 verdrängten Volumen entspricht. Die volumetrische Kontrolle der von der Vorrichtung geförderten Flüssigkeit entspricht also derjenigen einer Kolbenpumpe. Gleichzeitig lassen sich die Füllgut führenden Bereiche der Vorrichtung ohne Demontage mit CIP-Reinigungsverfahren ohne Probleme reinigen und/oder desinfizieren. Der Faltenbalg 8a lässt sich vollständig aus der Flüssigkeitsleitung 1 heraus mit einem Reinigungs- und/oder Desinfektionsmedium beaufschlagen. In Figur 2a ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Pumpvorrichtung dargestellt. Abweichend von dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel findet hier als elastisches, flüssigkeitsundurchlässiges Element eine Membran 8b Verwendung. Figur 2b zeigt, wie die Membran 8b Flüssigkeit in der Flüssigkeitsleitung 1 verdrängt, wenn der Kolben 6 die Sekundärflüssigkeit in der Kammer 7 verdrängt. Das in der Flüssigkeitsleitung 1 verdrängte, schraffiert dargestellte Volumen entspricht exakt dem von dem Kolben 6 verdrängten Volumen, das ebenfalls schraffiert dargestellt ist.
Auch bei dieser Vorrichtung lassen sich alle Füllgut führenden Bereichen ohne Demontage mit CIP- Verfahren reinigen und/oder desinfizieren. Die Vorrichtung vereinigt die Vorteile von Kolbenpumpen mit den Vorteilen von Membranpumpen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Vorrichtung zum Pumpen einer Flüssigkeit in einer Flüssigkeitsleitung (1 ), insbesondere innerhalb einer Flaschenabfüllanlage, umfassend ein
Pumpenelement (2) und zwei in der Flüssigkeitsleitung stromaufwärts und stromabwärts des Pumpenelements (2) angeordnete Ventile (3, 4), wobei das Pumpenelement (2) einen in einem Zylinder (5) laufenden Pumpkolben (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenelement (2) über eine
abgeschlossene Kammer (7) mit einem konstanten Volumen einer
Sekundärflüssigkeit verfügt, auf die der Pumpkolben (6) wirkt, und dass die Kammer (7) durch ein elastisches, flüssigkeitsundurchlässiges Element (8) mit der Flüssigkeitsleitung (1) in Verbindung steht, das unter dem Druck des vom Pumpkolben (6) verdrängten Volumens der
Sekundärflüssigkeit verformbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element eine Membran (8b) oder eine Rollmembran ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element ein Faltenbalg (8a) oder ein Rollbalg ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärflüssigkeit Wasser oder Öl ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eines oder beide Ventile (3, 4) Rückschlagventile sind.
EP15813260.5A 2014-10-30 2015-10-30 Vorrichtung zum pumpen einer flüssigkeit in einer flüssigkeitsleitung Withdrawn EP3212932A2 (de)

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Inventor name: CLUESSERATH, LUDWIG

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