EP3440010B1

EP3440010B1 - Entleervorrichtung für viskose stoffe sowie verfahren hierfür

Info

Publication number: EP3440010B1
Application number: EP18718801.6A
Authority: EP
Inventors: Erich Scheugenpflug
Original assignee: Scheugenpflug GmbH
Current assignee: Scheugenpflug GmbH
Priority date: 2017-04-18
Filing date: 2018-04-18
Publication date: 2020-11-18
Anticipated expiration: 2038-04-18
Also published as: US20200189905A1; KR102323915B1; DE102017108187B4; KR20190135996A; US10974954B2; JP6909864B2; CN110431104A; WO2018192943A1; DE102017108187A1; CN110431104B; EP3440010A1; JP2020516806A

Description

I. Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft das Entleeren von hochviskosen, also pastösen, Stoffen aus angelieferten Gebinden, insbesondere Fässern.

II. Technischer Hintergrund

Bei der Verarbeitung von hochviskosen Stoffen, z. B. in der Klebetechnik oder Kosmetik-Industrie, besteht häufig das Problem, dass diese Stoffe oder deren Grundmaterialien in Transportgebinden wie etwa 200 I-Fässern oder in 20 I-Eimern angeliefert werden und das viskose Material von dort zu einem Verbraucher, beispielsweise einer Dosierpistole oder einem Mischer, geliefert werden muss.
Im Folgenden ist nur noch von einem Fass die Rede, was für die Zwecke der vorliegenden Erfindung jedoch alle einseitig offenen, Behälter mit einschließen soll, denn z. B. bei einer Kartusche ist die im Prinzip offene Stirnseite in der Regel von einem in axialer Richtung bewegbaren, dicht verschließenden, Verschluss stopfen verschlossen, und zusätzlich besitzt die Kartusche auf der gegenüberliegenden Stirnseite meist eine Entnahmeöffnung.
Dabei soll die Entnahme aus dem Behälter und der Transport zu dem entfernten Verbraucher nach Bedarf und automatisch erfolgen und eine möglichst restefreie Entleerung des Fasses ohne aufwändige manuelle Nacharbeit möglich sein.
Dabei ist es häufig aufgrund der Eigenschaften des viskosen Materials nicht zulässig, dieses vor dem Entnehmen und Transportieren über Leitungen zu erwärmen, um seine Fließfähigkeit zu erhöhen.
In diesem Zusammenhang sind bereits sog. Fasspressen bekannt, bei denen auf das viskose Material im zu entleerenden Fass eine Pressplatte aufgesetzt wird, die z. B. in der Mitte ein Durchgangsöffnung besitzt, an dem eine Förderleitung für das viskose Material angeschlossen ist.
Diese Pressplatte ist an ihrem Außenumfang gegenüber dem Innenumfang des Fasses dicht anliegend ausgeführt. Durch nach Unten pressen der Pressplatte mit ausreichender Kraft und entsprechen dem Weg wird das viskose Material in die Förderleitung gepresst und auf diese Art und Weise zu dem von dem Fass entfernten Verbraucher in der gewünschten Menge und mit dem ausreichenden Druck beim Verbraucher angeliefert, wobei je nach Länge der Förderleitung in deren Verlauf zusätzlich eine oder mehrere Pumpen angeordnet sein können.
Diese Art der Fassentleerung weist mehrere Probleme auf:

Zum Einen steigt der Kraftaufwand zum Herabpressen der Pressplatte mit zunehmender Viskosität, also Zähigkeit, des zu fördernden Materials stark an, sodass gerade über weitere Förderstrecken ein Fördern von relativ zähem, hochviskosem, Material ohne eine zusätzliche Pumpe in der Entleervorrichtung oder im Verlauf der Förderstrecke kaum möglich wird.
Ein weiteres Problem besteht darin, dass beim Aufsetzen der Pressplatte auf das viskose Material unter der Pressplatte Luft eingeschlossen wird, die beim Fördern des Materials in die Förderleitung gelangt, was grundsätzlich unerwünscht ist, da das Material vom Verbraucher häufig genau dosiert ausgebracht werden soll, und diese Dosierung bei in der Förderleitung befindlichen Luftblasen nicht mehr möglich ist, und dadurch ein z. B. erzeugter Kleberauftrag lückenhaft und damit fehlerhaft werden kann.

Des Weiteren wäre es zur Verringerung der notwendigen Presskraft gerade bei hochviskosen Materialien sinnvoll, das Fließen des Materials in die Förderleitung hinein zu begünstigen durch eine kegelförmige Ausbildung der Pressplatte. Dies jedoch führt zu einer hohen Restmenge, die in dem Fass gegen Ende der Entleerung verbleibt.
Ferner muss vermieden werden, dass durch die relativ hohen Kräfte auf die Pressplatte die Pressplatte oder der Antrieb der Pressplatte beschädigt wird, wenn die Pressplatte den Boden des Fasses erreicht und der Antrieb nicht rechtzeitig abgestellt wird.
Ein weiteres Problem besteht darin, dass mit zunehmender Viskosität des Materials der Druckverlust über die Förderlänge massiv ansteigt, und aus dem in oder nahe bei der Fasspresse vorliegenden Druck in dem zu fördernden Material nicht auf den beim Verbraucher anliegenden Druck im Material geschlossen werden kann.
Entleert man einen solchen Behälter dagegen konventionell, also mittels einer Pumpe, zum Beispiel einer Kolbenpumpe, so besteht das Problem darin, dass in vielen verschiedenen Materialien sehr abrasive Füllstoffe enthalten sind, die bewirken, dass jede Pumpe innerhalb kurzer Zeit verschlissen ist.
In diesem Zusammenhang besteht ein Problem auch darin, dass der Staudruck in der Förderleitung so hoch werden kann, dass die Dichtung zwischen dem äußeren Rand der Pressplatte und der Innenumfangswand des Fasses von dem Material durchdrungen wird und Material auf die Oberseite der Pressplatte gelangt.

Aus der DE 1808241 A1 , die den nächstreichenden Stand der Technik darstellt, ist eine Entleer-Vorrichtung für Fässer bekannt, wobei sich von der Rückseite der Pressplatte aus der Presszylinder in Rückzugsrichtung erstreckt und sich in der Pressplatte ein Rückschlagventil mit einer Durchlassrichtung von der Vorderseite zur Rückseite befindet. Dabei ist der Presszylinder nicht in beide Richtungen beweglich und der Förderkolben, der dabei nicht mit seinem äußeren Rand an der Umfangswand des Presszylinders anliegt, weist keine Durchgangsöffnung auf, an deren Rückseite die Förderleitung angeschlossen werden könnte.

III. Darstellung der Erfindung

a) Technische Aufgabe

Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, eine Entleer-Vorrichtung mit einer Fasspresse zu schaffen, die auch bei hochviskosen Materialien zuverlässig funktioniert und eine ausreichende Lebensdauer besitzt, sowie ein Verfahren zum Entleeren solcher hochviskosen Materialien zur Verfügung zu stellen.

b) Lösung der Aufgabe

Hinsichtlich der Entleer-Vorrichtung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Förderleitung nicht direkt an der Durchgangsöffnung der Pressplatte befestigt ist.
Stattdessen erstreckt sich von der Rückseite, in der Regel der Oberseite, der Pressplatte aus einem Presszylinder in Rückzugsrichtung, der mit seinem vorderen, in der Regel unteren, Ende mit der Pressplatte dicht verbunden ist, die somit zum Teil dessen Boden bildet.
Denn da ja dieser Presszylinder zusammen mit der Pressplatte beim Entleeren des Behälters in den Behälter einfährt, besitzt der Presszylinder einen freien inneren Durchmesser, der geringer ist als der freie innere Durchmesser des zu leerenden Behälters, und auch darüber hinaus ist der Außenumfang des Presszylinders noch mit einem radialen Abstand gegenüber dem Außenrand der Pressplatte positioniert, also radial nach innen zurückversetzt.
In dem Presszylinder ist ein Förderkolben dicht am Innenumfang des Presszylinders anliegend axial verschiebbar, ebenso wie die Pressplatte selbst sowohl in Förderrichtung als auch in Rückzugsrichtung, und angetrieben von einem eigenen Förderantrieb, der unabhängig von dem Pressantrieb, welcher die Pressplatte axial bewegt, angesteuert werden kann.
In dem Förderkolben ist eine Durchgangsöffnung, meist zentrisch, angeordnet, an deren Rückseite die Förderleitung dicht befestigt ist, durch die das abzufördernde Material strömen kann.
Damit das Material aus dem Fass diese Durchgangsöffnung im Förderkolben erreichen kann, sind in der Pressplatte ein oder mehrere Rückschlagventile vorhanden, sodass das Material die Pressplatte nur von der Vorderseite zur Rückseite, also in der Regel von unten nach oben, also in Richtung Förderkolben, durchdringen kann, aber nicht umgekehrt.
Dabei sollen die Rückschlagventile vorzugsweise nicht über die Rückseite der Pressplatte vorstehen und/oder auch nicht über deren Vorderseite.
Mittels dieser Anordnung ist folgende Vorgehensweise möglich: Zunächst werden Pressplatte und Förderkolben in ihre Ausgangslage gebracht. Für die Pressplatte bedeutet dies, dass sie durch die offene Stirnseite des Behälters in diesen eingefahren und auf die Oberfläche des daraus zu entnehmenden Materials aufgelegt wird.
Für den Förderkolben bedeutet dies, dass er in eine axiale Ausgangslage gebracht wird, die sich meist möglichst nah an der Rückseite der Pressplatte befindet, indem er vorzugsweise auf dieser Rückseite der Pressplatte aufliegt.
Dann wird folgender Ablauf - abhängig vom Materialbedarf mehr oder weniger schnell, aber in der Regel vielfach hintereinander - durchgeführt, bis letztendlich kein Material mehr benötigt wird oder der Behälter leer ist:

a) Die Pressplatte wird zusammen mit dem daran befestigten Presszylinder weiter in Pressrichtung in den Behälter, also in Richtung des Bodens des Behälters, eingefahren. Das dadurch im Behälter unter Druck gesetzte Material strömt dementsprechend durch das eine oder die mehreren Rückschlagventile durch die Pressplatte hindurch auf deren Rückseite und beginnt, den Presszylinder zu füllen und dabei den Förderkolben im Presszylinder von seiner Ausgangslage aus in Rückzugsrichtung zurück zu schieben:
Da der freie innere Durchmesser des Behälters größer ist als der freie innere Durchmesser des Presszylinders, bedeutet ein Vorwärtsschieben der Pressplatte um eine Längeneinheit in Förderrichtung, dass der Förderkolben - um das dadurch verdrängte Material-Volumen aufzunehmen - sich um mehr als diese Längeneinheit von seiner Ausgangslage aus relativ zum Presszylinder in Rückzugsrichtung zurückgeschoben wird.
Wenn im Presszylinder auf diese Art und Weise ein vorgegebener Füllstand erreicht ist, also der Förderkolben eine vorgegebene axiale Soll-Lage erreicht hat, wird
b) die Axialbewegung der Pressplatte angehalten.
c) Bei weiterhin angehaltener, also stillstehender, Pressplatte wird nun der Förderkolben in Pressrichtung bewegt, also auf die Pressplatte zu bewegt, bis er eine vorgegebene Ziel-Position erreicht hat, meist anliegend oder unmittelbar benachbarte zur Pressplatte. Da das zwischen Förderkolben und der Rückseite der Pressplatte eingeschlossene Material durch die Rückschlagventile nicht entweichen kann, wird das Material dadurch in die Durchgangsöffnung im Förderkolben und die daran angeschlossene Förderleitung - die anschließend an den Förderkolben in der Regel zunächst aus der hohlen Kolbenstange des Förderkolbens besteht - hineingepresst und damit in Richtung Verbraucher transportiert.

Dies hat den Vorteil, dass bei dem Auspressen des Materials aus dem Presszylinder in die Förderleitung hinein auch höhere Drücke aufgebracht werden können, als der für die Pressplatten-Dichtung zulässige Maximalwert.
Die Abdichtung zwischen dem exakt aufeinander abstimmbaren Außenumfang des Förderkolbens und dem Innenumfang des Presszylinders - der darüber hinaus auch stabiler als ein Fass ausgebildet werden kann - ist jedoch in der Regel wesentlich höher belastbar als die Dichtung der Pressplatte gegenüber dem großen Herstellungsungenauigkeiten unterworfenen Innenumfang des Fasses.
Auf diese Art und Weise ist auch bei sehr zähflüssigem Material eine zuverlässige Förderung des Materials möglich, ohne dass Material durch die Dichtungen durchgepresst wird.
Ausgangs-Lage, Soll-Lage und Ziel-Lage des Förderkolbens können natürlich vorzugsweise einstellbar sein, ebenso wie die Strecke, die die Pressplatte bei jedem Fördervorgang vollzieht.
Zusätzlich wird für die Steuerung des Verfahrens der Druck im Material gemessen, beispielsweise auf der Vorderseite der Pressplatte und/oder auf der Vorderseite des Förderkolbens und/oder in der Förderleitung, sei es nahe am Förderkolben und/oder nahe am Verbraucher.
Auf Basis diese Druckwerte sowie der bekannten Parameter des zu entleerenden Materials wird die Bewegung von Pressplatte und/oder Förderkolben gesteuert hinsichtlich zeitlicher Abfolge, Zeitdauer und Geschwindigkeit dieser Komponenten.
Um Lufteinschlüsse in dem zu fördernden Material zu vermeiden, wird entweder vor und vor allem während des Aufsetzens der Pressplatte auf die Oberseite des Materials im Behälter der Raum dazwischen mit Unterdruck beaufschlagt oder der gesamte zu entleerende Behälter wird wenigstens mit seiner offenen Seite dicht in einer Einhausung aufgenommen, die vor allem vor und bei dem Aufsetzen der Pressplatte auf dem Material im Innenraum mit Unterdruck beaufschlagt wird, um Lufteinschlüsse zuverlässig zu vermeiden.
Für die Durchführung dieses Verfahrens sind sinnvollerweise bei der Entleervorrichtung weitere Details vorzusehen:
Der Innendurchmesser des Presszylinders wird relativ zum Innendurchmesser des zu entleerenden Behälters, insbesondere Fasses, keineswegs so groß wie möglich gewählt, sondern vorzugsweise um mindestens 5 %, besser mindestens 10 %, besser mindestens 15 %, besser mindestens 20 %, besser mindestens 30 % kleiner gewählt, um vor allem die Umfangslänge der Dichtung zwischen Förderkolben und Presszylinder möglichst gering zu halten.
Der Pressplattenantrieb und der Förderplattenantrieb sind unabhängig voneinander steuerbar und enthalten vorzugsweise ein oder zwei parallel laufende Gewindespindeln als Antriebselement oder einen Arbeitszylinder, beispielsweise ein Hydraulikzylinder oder einen Pneumatik-Zylinder.
Als Rückschlagventile können einfache Kugelventile vorgesehen werden oder auch andere Formen von Rückschlagventilen. Vorzugsweise sollten die Rückschlagventile jedoch nicht über die Rückseite der Pressplatte vorstehen - da sonst der Förderkolben nicht ganz an die Rückseite der Pressplatte herangefahren werden könnte - und/oder nicht über die Vorderseite der Pressplatte vorstehen - da sonst die Pressplatte mit ihrer Vorderseite nicht ganz an den Boden des Fasses herangefahren werden könnte.
Deshalb sollte vorzugsweise die Pressplatte eine solche Dicke in axialer Richtung besitzen, dass das eine oder die mehreren Rückschlagventile in axialer Richtung vollständig darin Platz haben.
Um einen schnellen Durchtritt des Materials durch die Pressplatte in Richtung Förderkolben zu gewährleisten, sollte die Summe der freien Durchlässe der insgesamt vorhandenen Rückschlagventile - die sich ja alle nur im Radialbereich innerhalb des freien Durchmessers des Presszylinders befinden dürfen - in ihrem geöffneten Zustand mindestens 15 %, besser mindestens 20 %, besser mindestens 30 %, besser mindestens 40 %, besser mindestens 50 % der Bodenfläche des Presszylinders betragen.
Um kein Dichtigkeitsproblem zwischen Pressplatte und daran anschließendem Presszylinder aufkommen zu lassen, ist die sicherste Lösung, die Pressplatte einstückig zusammen mit dem Presszylinder herzustellen, was jedoch hohen Herstellungsaufwand erfordert, und in der Regel nur bei äußerst dünnflüssigen Materialien gewählt werden wird.
Vorzugsweise ist die Pressplatte dagegen am Press-Zylinder auf einfache Art und Weise lösbar, also sowohl demontierbar als auch montierbar, befestigt.
Dies hat mehrere Vorteile:
Zum einen kann zum Zwecke der Reinigung die Pressplatte vom Press-Zylinder entfernt werden.
Vor allem jedoch kann auf diese Art und Weise, angepasst an den Durchmesser des jeweils zu entleerenden Fasses, eine entsprechende Pressplatte am Press-Zylinder befestigt werden, sodass die Entleervorrichtung für Fässer unterschiedlichen Durchmessers benutzbar ist.
Zur Steuerung des Verfahrens werden einerseits, insbesondere an den zuvor erwähnten Stellen, Drucksensoren verwendet, und andererseits Positionssensoren, die entweder an der Pressplatte und/oder am Förderkolben vorhanden sind, und mit denen die axiale Position einerseits der Pressplatte innerhalb der Entleervorrichtung, also im Benutzungszustand relativ zum Fass, gemessen wird und andererseits die axiale Position des Förderkolbens relativ zum Press-Zylinder.
Um die Abförderung des Materials zu intensivieren, ist vorzugsweise in der zumindest abschnittsweise aus einem flexiblen Schlauch bestehenden Förderleitung eine von außen auf den Schlauch einwirkende Schlauchpumpe vorgesehen.
Um Lufteinschlüsse im geförderten Material zu vermeiden, kann in der Vorderseite der Pressplatte - radial abseits des Bereiches des Press-Zylinders - und/oder in der Förderleitung ein Unterdruckanschluss vorgesehen sein.
Eine andere Möglichkeit, um Lufteinschlüsse im geförderten Material zu vermeiden, besteht darin, dass das Gestell der Entleervorrichtung auch eine Einhausung umfasst, in welche entweder der ganze Behälter oder wenigstens der die offene Seite des Behälters enthaltene Teil davon eingebracht und zumindest die offene Seite dicht verschlossen werden kann. Die Einhausung besitzt einen Unterdruckanschluss, über den der Innenraum der Einhausung mit einer Unterdruckquelle verbindbar ist.
Um die Druckerhöhung durch Reibung des Materials an den Innenseiten der Förderleitung zu minimieren, kann die Innenfläche der Förderleitung eine reibungsmindernde Oberflächengestaltung aufweisen.
Da bei dem beschriebenen Verfahren keine kontinuierliche Förderung des Materials durch den Förderkolben hindurch stattfindet, ist vorzugsweise in der Förderleitung ein Puffer für Material vorhanden, um mit dem Material aus dem Puffer auch bei stillstehendem Förderkolben im Press-Zylinder den angeschlossenen Verbraucher weiterhin mit Material aus dem Puffer versorgen zu können.
Ein solcher Puffer in der Förderleitung kann beispielsweise eine Kolbenpumpe oder eine Membranpumpe mit ausreichend großem Volumen sein.
In aller Regel wird sich dann die Kolbenstange des Förderkolbens, gegebenenfalls sogar auch der Press-Zylinder, durch die Einhausung hindurch erstrecken müssen.

c) Ausführungsbeispiele

Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben.
Eine Fasspresse gemäß dem Stand der Technik mit geöffnetem Vakuumbehälter zeigen

Fig. 1a:: in der Frontansicht,
Fig. 1b:: in der Seitenansicht,
Fig. 1c:: in der Aufsicht von oben,
Fig. 2:: im Vertikalschnitt in Blickrichtung von vorne und

Eine erfindungsgemäße Fasspresse zeigen

Figur 3:: im gleichen Vertikalschnitt wie Figur 2,
Figuren 4a bis e:: in unterschiedlichen Funktionsstellungen der Fasspresse gemäß der Figur 3

Die Figuren 1a , b, c und 2 zeigen eine Entleervorrichtung in Form einer Fasspresse in Außenansichten und in Schnittdarstellungen:
Dabei soll Material 52 aus dem in den Figuren 1a und 2 dargestellten, oben offenen, Fass 50 gefördert werden, indem die Pressplatte 2, die in den Innen-Umfang des Fasses 50 von oben dicht eingeschoben werden kann, und mit ihrer Druckseite 2a Druck auf das Material 52 ausübt, so dass dieses - wie am besten in Fig. 2 zu erkennen - dann durch die von der gegenüberliegenden Rückseite 2b abragenden hohlen Kolbenstange 17 nach oben gedrückt wird und durch die daran angeschlossene Förderleitung 4 zu dem lediglich in der Fig. 2 angedeuteten Verbraucher 53 geschoben wird.
Da dieser Vorgang unter Unterdruck, also im Idealfall unter Vakuum, erfolgen soll, wird das Fass 50 zunächst in eine Einhausung 6 eingestellt, die aus einem massiven Gehäuse 6a sowie der hier im aufgeschwenkten Zustand dargestellten Tür 6b besteht, die im geschlossenen Zustand die Einhausung 6 abdichtet, in deren Innenraum 9 der gewünschte Unterdruck erzeugt wird. Zu diesem Zweck verfügt die Einhausung 6 über einen Unterdruckanschluss 7, über den die Einhausung 6 mit einer Unterdruckquelle 8 verbunden ist.
Als einziges Element erstreckt sich die Kolbenstange 17, an deren vorderen Ende die Pressplatte 2 befestigt ist und die die Pressplatte 2 bewegt, durch die Oberseite der Einhausung 6 in deren Innenraum 9, wobei der Durchgang entsprechend abgedichtet ist, um keine Luft von außen in den unter Unterdruck stehenden Innenraum 9 eindringen zu lassen.
Da bei hochviskosen Materialien hierfür auf die Pressplatte 2 bzw. die sie antreibende Kolbenstange 17 sehr hohe Kräfte von bis zu 100 Tonnen aufgebracht werden müssen, befindet sich die Einhausung 6 in einem massiven Gestell 1, in deren oberen Bereich nebeneinander zwei vertikal angeordnete und parallel verlaufende Gewindespindeln 15 oder auch Kugelrollspindeln angeordnet sind, die gemeinsam auf ein querstehendes Joch 12 wirken, welches mit dem hinteren, oberen Ende der hohlen Kolbenstange 17 verbunden ist, die sich bis zur Pressplatte 2 erstreckt.
Damit durch den mittels der Pressplatte 2 auf das Material 52 im Fass 50 ausgeübte Druck das Fass 50 nicht radial deformiert wird oder gar platzt, wird um das Fass 50 herum im Stand der Technik meist eine stabile Umfassung 13 - siehe Figur 1a - angebracht, die eng an den Außenseiten des Fasses 50 anliegt und dem darin herrschenden Druck standhält.
Dennoch ist auch in diesem Fall die Pressplatten-Dichtung aufgrund Verformung des Fasses nicht vollständig dicht, und darüber hinaus stellt eine solche stabile Umfassung 13 nicht nur einen Aufwand bei der Herstellung der Maschine her, sondern je nach Dimension des Fasses 50, damit meist auch für die Fässer unterschiedlicher Hersteller, wird eine separate darauf abgestimmte Umfassung 13 benötigt.
Auch beim Einstellen eines neuen Fasses 50 in eine Einhausung mit einer solchen stabilen Umfassung für das Fass macht dies den Einstell-Vorgang jedes Fasses umständlich und fehleranfällig.
Ein weiterer Nachteil ist die Tatsache, dass Fässer eine relativ große Schwankungsbreite ihrer tatsächlichen Abmessungen, gerade hinsichtlich Wandstärke, Innendurchmesser und Außendurchmesser, besitzen.
Erfindungsgemäß wird daher eine Ausbildung der Entleervorrichtung gemäß Fig. 3 vorgeschlagen, die die gleiche Ansicht wie Fig. 2 benutzt:
Dabei ist erkennbar, dass sich von der Rückseite 2b der Pressplatte 2 aus nach oben, also in der Rückzugsrichtung 10b der axialen Richtung 10, ein Presszylinder 22 erstreckt, und im Querschnitt der Pressplatte 2 innerhalb des Innenumfanges dieses Presszylinders 22 für das zu fördernde Material 52 mindestens eine, in der Regel mehrere, Durchgangsöffnungen 3 vorhanden sind, die nunmehr jedoch jeweils als Rückschlagventile 19 ausgebildet sind, in diesem Fall mit einer Kugel 19a als Ventilkörper. Die Durchlassrichtung dieses wenigstens einen Rückschlagventils 19 ist ausschließlich die Richtung von unten nach oben, also in das Innere des Presszylinders 22 hinein, und nicht umgekehrt.
Die Pressplatte 2 liegt über meist mehrere in axialer Richtung 10 hintereinander angeordnete Pressplatten-Dichtungen 14 am Innenumfang der Wandung 50b des Fasses 50 verschiebbar an.
Der Presszylinder 22 ist in axialer Richtung 10 hohl und in ihm ist ein Presskolben 24 in axialer Richtung verfahrbar dicht geführt, abgedichtet durch in der Regel in axialer Richtung mehrere hintereinander angeordnete Förderkolben-Dichtungen 23.
Der Förderkolben 24 besitzt eine zentrale Durchgangsöffnung 3', die in die sich von dem Presskolben 24 nach oben, also in Rückzugsrichtung 10b erstreckende, in axialer Richtung hohle Kolbenstange 17 mündet, an der die Förderleitung 4 in deren oberen, stromabwärtigen Endbereich angeschlossen ist, die zum Verbraucher 53 führt.
Die Pressplatte 2 einerseits und der Förderkolben 24 andererseits können in axialer Richtung 10 sowohl in Pressrichtung 10a als auch in Rückzugsrichtung 10b unabhängig voneinander bewegt werden.
Die Positionen von Förderkolben 24 und Pressplatte 2 können von je einem oder einem gemeinsamen Positionssensor 55 überwacht werden, von denen gemäß Figur 3 der eine an der Einhausung 6 neben der Durchgangsöffnung für die Kolbenstange 17 angeordnet ist und der andere an der Kolbenstange 17. Auch ein Drucksensor 54 kann vorhanden sein, beispielsweise in der Unterseite des Förderkolbens 24, um den Druck im Material 52 darunter zu messen.
Die Bewegung geschieht entweder mittels eines gemeinsamen Antriebs 5, aber dennoch unabhängig voneinander insofern, als mit diesem gemeinsamen Antrieb 5 wahlweise entweder der Presszylinder 22, also die Kolbenstange der Pressplatte 2, oder die Kolbenstange 17 des Förderkolbens 24 oder auch beide gleichzeitig gekoppelt werden können.
Der Presszylinder 22 ist in axialer Richtung gleitend abgedichtet im Durchlass in der Oberseite der Einhausung 6 verschiebbar, wie dies bei der Lösung gemäß Stand der Technik bei der Kolbenstange 17 der Pressplatte 2 ebenfalls der Fall war.
Selbstverständlich ist auch möglich, die Pressplatte 2 einerseits und den Förderkolben 24 andererseits mittels getrennter Antriebe in axialer Richtung anzutreiben, also je einen Antrieb einerseits mit dem Presszylinder 22 und andererseits mit der Kolbenstange 17 zu koppeln.
Mit dieser Ausführungsform der Entleervorrichtung ist es möglich, die Pressplatte 2 in die nach oben weisende offene Seite des Fasses 50 einzuführen, auf dem zu entnehmenden Material 52 aufzusetzen und durch weiteres nach unten fahren der Pressplatte 2 das Material 52 durch die Durchgangsöffnungen 3 der Pressplatte 2 - der Durchlässigkeitsrichtung 19' der Rückschlagventile 19 - in dem Bereich oberhalb der Pressplatte 2 und damit in den Presszylinder 22 einströmen zu lassen. Voraussetzung ist hierfür, dass der Förderkolben 24 dem bei Erreichen durch das Material 52 keinen großen Widerstand entgegensetzt, sondern lediglich die Gleitreibung zwischen der Förderkolben-Dichtung 23 und dem Presszylinder 22 überwunden werden muss sowie das Eigengewicht des Förderkolbens 24 und dessen Kolbenstange 17.
Bei einem gemeinsamen Antrieb von Pressplatte 2 und Förderkolben 24 darf also bei diesem Niederdrücken der Pressplatte 2 mittels des gemeinsamen Antriebes 5 der Förderkolben 24 nicht mit diesem Antrieb gekoppelt sondern frei beweglich gegenüber diesem Antrieb sein.
Um das Material dagegen durch die Kolbenstange 17 hindurch und die angeschlossene Förderleitung 4 bis zum Verbraucher zu pressen, ist ein erheblich höherer Druck notwendig. Dieser wird aufgebracht, indem nach ausreichender Füllung des Inneren des Presszylinders 22 mit Material 52 die Vorwärtsbewegung, also Abwärtsbewegung, der Pressplatte 2 beendet wird und bei stillstehender Pressplatte 2 der Förderkolben 24 nach unten gepresst wird. Bei einem gemeinsamen Antrieb 5 bedeutet dies, dass hierfür die Pressplatte 2 vom Antrieb 5 abgekoppelt und stattdessen der Förderkolben 24 mit diesem direkt verbunden werden muss.
Der notwendige hohe Druck tritt nun jedoch nur zwischen der nach oben gewandten Rückseite der Pressplatte 2 einschließlich der Rückschlagventile 19 - die in Richtung von oben nach unten für das Material 52 nicht durchlässig sind - und dem Förderkolben 24 und somit auch in der Kolbenstange 17 auf, nicht jedoch in dem Bereich zwischen dem Boden 50a des Fasses 50 und der Pressplatte 2. Damit wirkt dieser hohe Druck auch nicht auf die Pressplatten-Dichtung 14 zwischen Pressplatte 2 und Fass 50, deren Dichtungswirkung damit wesentlich geringer sein kann als die der Förderkolben-Dichtung 23.
Des Weiteren ist der zwischen Pressplatte 2 und Förderkolben 24 entstehende Druck - bei Beaufschlagung mit der gleichen Kraft wie bei der bekannten Lösung gemäß der Fig. 1 und 2 - deutlich höher wegen der geringeren Querschnittsfläche des Förderkolbens 24 gegenüber der Querschnittsfläche der Pressplatte 2, wie sie bei der bekannten Lösung relevant ist. Dies bedeutet, dass bei der erfindungsgemäßen Lösung für das Erzeugen desselben Druckes ein schwächerer Antrieb 5 ausreicht.
Auf diese Art und Weise kann nun ein Fass in einem oder meist mehreren Schritten geleert werden, wie an Hand der Fig. 4a - e erkennbar:
Im ersten Schritt gemäß Fig. 4a wird die Pressplatte 2 in das Fass 50 eingefahren, auf der Oberfläche des darin befindlichen Materials 52 aufgesetzt, und so weit nach unten gefahren, bis sich eine ausreichende Füllmenge an Material im Presszylinder 22 unterhalb des Förderkolbens 24 befindet, der dadurch entweder hochgedrückt wurde oder sich bereits in einer hochgefahrenen Position relativ zur Pressplatte 2 befand.
Anschließen wird gemäß Fig. 4b die Pressplatte 2 angehalten und durch Herabfahren, also Bewegen in Vorwärtsrichtung, des Förderkolbens 24 das zwischen der stillstehenden Pressplatte 2 und dem Förderkolben 24 befindliche Material weitestgehend in die Kolbenstange 17 und damit letztendlich in die Förderleitung 4 und zum Verbraucher 53 gedrückt. Die Vorwärtsbewegung des Förderkolbens 24 endet spätestens bei Kontaktieren der Rückseite 2b, also der Oberseite, der Pressplatte 2.
Dieser Vorgang kann gemäß der Figuren 4c und d ein- oder mehrmals wiederholt werden.
In einem letzten Entleerungsschritt wird dann die Pressplatte 2 nach unten gefahren, bis sie auf dem Boden 50a des Fasses 50 aufsitzt, dann angehalten und der Förderkolben 24 herabgefahren, bis er auf der Rückseite 2b, der Oberseite, der Pressplatte 2 aufsitzt.
Damit ist das Fass entleert, die Pressplatte 2 kann nach oben aus dem Fass 50 herausbewegt werden und das leere Fass 50 gegen ein volles ausgetauscht werden.
Sowohl im Stand der Technik als auch bei der erfindungsgemäßen Lösung kann sich ortsfest im Gestell 1 montiert jeweils eine Spindelmutter 25 befinden, durch welche sich die Gewindespindel 15 hindurcherstreckt. Jede der beiden Gewindespindeln 25 wird vorliegend durch einen separaten Elektromotor 16 angetrieben, wobei die Drehungen der beiden Spindelmuttern 25, die die Axialbewegung der Gewindespindeln 15 bewirken, mechanisch synchronisiert sind durch eine zwischen den beiden Spindelmuttern 25 wirkende und mit beiden wirkverbundene Synchronverbindung, insbesondere in Form einer Kupplung.
Um die jeweilige Position der Pressplatte 2 in Vorschubrichtung zu kennen, ist am Gestell ein Positionssensor 21 angeordnet, bestehend beispielsweise aus einer Sensorleiste 21a, die an der Innenseite des Gestells 1 befestigt ist und einem Positionsgeber, beispielsweise einem Positionsmagneten 21b, bei einem magnetostriktiven Sensor, die sich in vertikale, also axialer, Richtung bei Verfahrung der Einheit aus Gewindespindeln 15, Joch 12, Kolbenstange 17 und Pressplatte 2 nach unten entlang der Sensorleiste 21a bewegt und damit die Position der Pressplatte 2 detektiert, so dass die Pressplatte 2 angehalten werden kann, wenn sie den Boden des Fasses 50 erreicht hat und dieses somit geleert ist.
Die das Material abfördernde Förderleitung 4 ist an einem entsprechenden Anschlussstutzen des Joches 12 befestigt, so dass die Förderleitung 4 in der Regel aus einem flexiblen, aber hochfesten, Schlauch besteht, der von der Rückseite des Gestells 1 aus weggeführt wird, wie in den Figuren 1b und 2 dargestellt.

BEZUGSZEICHENLISTE

1: Gestell
2: Pressplatte
2a: Druckseite
2b: Rückseite
3, 3': Durchgangsöffnung
4: Förderleitung
5: Antrieb
6: Einhausung
6a: Gehäuse
6b: Tür
7: Unterdruck-Anschluss
8: Unterdruck-Quelle
9: Innenraum
10: axiale Richtung, Vertikale
10a: Pressrichtung
10b: Rückzugsrichtung
11: Querrichtung, Horizontale
12: Joch
13: Umfassung
14: Pressplatten-Dichtung
15: Gewindespindel
16: Elektromotor
17: Kolbenstange
18: Federpaket, Kraftspeicher
19: Rückschlagventil
19': Durchlässigkeitsrichtung
19a: Kugel
20: Steuerung
21a, b: Positionssensor
22: Presszylinder
23: Förderkolben-Dichtung
24: Förderkolben
25: Spindelmutter
26: Kupplung
50: Fass
50a: Boden
50b: Umfangswand
52: Material
53: Verbraucher
54: Drucksensor
55: Positionssensor

Claims

Entleervorrichtung zum Versorgen eines Verbrauchers (53) mit viskosem Material (52) aus einem Behälter (50) mit einer offenen Seite (50a) und einer in der axialen Richtung (10) verlaufenden Umfangswand (50b), insbesondere einem Fass (50), wobei die Entleervorrichtung umfasst
- ein Gestell (1) zum Aufnehmen des Behälters (50),

- eine bewegbare Pressplatte (2), die
- sowohl in Pressrichtung (10a) als auch in Rückzugsrichtung (10b) von einem Pressplatten-Antrieb (5) antreibbar ist,

- die von der offenen Seite her in den Behälter (50) passt und dabei mit ihrem äußeren Rand dicht an der Innenfläche der Umfangswand (50b) des Behälters (50) anliegt,

- eine an einer Durchgangsöffnung (3) der Pressplatte (2) angeschlossene Förderleitung (4) für das abzufördernde Material (52),
dadurch gekennzeichnet, dass

- sich von der Rückseite der Pressplatte (2) aus ein Presszylinder (22) in Rückzugsrichtung (10b) erstreckt,

- sich in der Pressplatte (2) im radialen Bereich innerhalb des Presszylinders wenigstens ein Rückschlagventil (19) mit einer Durchlassrichtung (19') von der Vorderseite (2a) zur Rückseite (2b) der Pressplatte (2) befindet,

- im Presszylinder ein sowohl in Pressrichtung (10a) als auch in Rückzugsrichtung (10b) von einem Förder-Antrieb (5') bewegbarer Förderkolben (24) vorhanden ist,

- der Förderkolben (24) dabei mit seinem äußeren Rand dicht an der Innenfläche der Umfangswand (50 b) des Presszylinders (22) anliegt,

- der Förderkolben (24) eine Durchgangsöffnung (3') aufweist, an deren Rückseite die Förderleitung (4) angeschlossen ist.
Entleervorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
- der Innendurchmesser des Presszylinders (22) kleiner ist als der freie innere Durchmesser der Umfangswand (50b) des Behälters (50) und

- insbesondere Innendurchmesser des Presszylinders (22) um mindestens 5 %, besser mindestens 10 %, besser mindestens 15 %, besser mindestens 20 %, besser mindestens 30 % kleiner ist als der freie innere Durchmesser der Umfangswand (50b) des Behälters (50).
Entleervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Pressplatten-Antrieb (5) und/oder der Förder-Antrieb (5'), die auch zu einem einzigen Antrieb funktionsbedingt sein können, eine oder zwei parallel laufende Gewindespindeln oder einen Arbeitszylinder, insbesondere einen Hydraulikzylinder oder einen Pneumatikzylinder, umfassen.
Entleervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
- das wenigstens eine Rückschlagventil (19) ein Kugel-Ventil ist
und/oder

- die Summe der freien Durchlässe der vorhandenen Rückschlagventile (19) in ihrem geöffneten Zustand mindestens 15 %, besser mindestens 20 %, besser mindestens 30 %, besser mindestens 40 %, besser mindestens 50 % der Bodenfläche des Presszylinders (22) beträgt.
Entleervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Pressplatte (2) mit dem Presszylinder (22) einstückig ausgeführt ist
und/oder

- die Pressplatte (2) am Presszylinder (22) demontierbar und montierbar befestigt ist.
Entleervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
- wenigstens ein Drucksensor (54) am Förderkolben (24) und/oder nahe am Verbraucher vorhanden ist, der den Druck im Material (52) misst,
und/oder

- wenigstens ein Positionssensor (55) an der Pressplatte (2) und/oder am Förderkolben (24) vorhanden ist, der die axiale Position entweder der Pressplatte (2) in der Entleervorrichtung misst oder die axiale Position des Förderkolbens (24) im Presszylinder (22) misst.
Entleervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Förderleitung (4) wenigstens abschnittsweise aus einem flexiblen Schlauch besteht und an dem flexiblen Schlauch eine von außen auf den Schlauch einwirkende Schlauchpumpe angeordnet ist,
und/oder

- in der Vorderseite (2a) der Pressplatte (2) radial abseits des Presszylinders (22) und/oder in der Förderleitung (4) an oder nahe dem Verbraucher ein Unterdruckanschluss (7) vorhanden ist,
und/oder

- die Innenfläche der Förderleitung (4) eine reibungsmindernde Oberfläche aufweist.
Entleervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
- in der Förderleitung (4) ein Puffer für Material (52) vorhanden ist, insbesondere in Form einer Kolbenpumpe oder einer Membranpumpe , mit ausreichend großem Volumen, um bei Stillstand der Entleerung des Behälters (50) den Verbraucher aus dem Puffer weiterhin mit Material (52) versorgen zu können.
Entleervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
- das Gestell (1) eine Einhausung (6) umfasst, welche dicht verschlossen und oder geöffnet werden kann zum Einbringen wenigstens des Teils des Behälters mit der offenen Seite oder zum Einbringen des gesamten Behälters (50),

- die Einhausung (6) einen Unterdruckanschluss (7) aufweist, über den der Innenraum (9) der Einhausung (6) mit einer Unterdruck-Quelle (8) verbindbar ist,

- die Kolbenstange (17) des Förderkolbens (24) und der Presszylinder (22) sich durch die Wandung der Einhausung (6) hindurch erstrecken.
Verfahren zum Entleeren von viskosem Material (52) aus einem einseitig offenen Behälter (50), insbesondere einem Fass (50), mittels einer Entleervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, indem
- die Pressplatte (2) auf der Oberfläche des Materials (52) im Behälter (50) aufgelegt wird, wobei der Förderkolben eine axiale Ausgangslage relativ zur Pressplatte (2) innehat und dabei insbesondere an der Rückseite (2b) der Pressplatte (2) anliegt, und danach
a) die Pressplatte (2) weiter in Förderrichtung (10a) in den Behälter (50) eingefahren wird, bis das das wenigstens eine Rückschlagventil durchlaufende Material (52) den Presszylinder bis zu einem vorgegebenen Füllstand gefüllt hat und dadurch insbesondere den Förderkolben im Presszylinder in Rückzugsrichtung (10b) zurückgeschoben hat,

b) die Pressplatte (2) angehalten wird,

c) bei stillstehender Pressplatte (2) der Förderkolben weiter in Förderrichtung (10a) in den Presszylinder eingefahren wird, bis er eine vorgegebene Ziellage relativ zur Pressplatte (2) erreicht hat.
Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schritte a) bis c) mehrfach hintereinander wiederholt werden, insbesondere bis die Pressplatte (2) den Boden des Behälters (50) erreicht hat.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ausgangslage und/oder die Ziellage des Förderkolbens (24) einstellbar sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Druck im Material (52) auf der Vorderseite (2a) der Pressplatte (2) und/oder auf der Vorderseite des Förderkolbens und/oder in der Förderleitung (4) nahe am Verbraucher gemessen und an eine Steuerung gemeldet wird und abhängig davon der Pressplatten-Antrieb (5) und/oder der Förderkolben-Antrieb (5') von einer Steuerung gesteuert wird, insbesondere unter Berücksichtigung des Zeitersatzes des Druckfortschritts entlang der Förderleitung (4).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
- vor und während des Aufsetzens der Pressplatte (2) auf der Oberseite des Materials (52) im Behälter (50) der Raum dazwischen mit Unterdruck beaufschlagt wird,

- insbesondere indem der einseitig offene Behälter (50) ganz oder wenigstens mit seiner offenen Seite in eine Einhausung (6) eingebracht wird,

- die Einhausung (6) dicht geschlossen wird und danach der Innenraum (9) der Einhausung (6) mit Unterdruck beaufschlagt wird.