NO845287L

NO845287L - TRANSPORT SYSTEM FOR MATERIALS IN POWDER, PARTICLE OR GRANULATE.

Info

Publication number: NO845287L
Application number: NO845287A
Authority: NO
Inventors: Michael John Radley Young
Original assignee: Gen Dispensing Syst
Priority date: 1984-12-28
Filing date: 1984-12-28
Publication date: 1986-06-30

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et transportsystem for materiale i form av pulver, partikler, granulat eller lignende. Oppfinnelsen har særlig, men ikke utelukkende, befatning med anordninger til fordeling av pulvere og lignende i dispensermaskiner for drikkevarer. The present invention relates to a transport system for material in the form of powder, particles, granules or the like. The invention is particularly, but not exclusively, concerned with devices for distributing powders and the like in dispensing machines for beverages.

Det har hittil i dispensermaskiner for drikkevarer vanlig-vis vært benyttet skruetransportørmekanismer for overføring av frysetørket materiale fra en trakt til et blandekammer. Slike mekanismer kan ikke avgi en nøyaktig materialdosis, fordi den materialmengde som overføres i et gitt tidsrom, er avhengig av transportørmotorens hastighet og materialstrømmen i trakten. Motorhastigheten svinger i takt med belastningen på transpor-tøren, slik at materialdosen vil variere med traktinnholdet. Until now, screw conveyor mechanisms have usually been used in beverage dispensers for transferring freeze-dried material from a funnel to a mixing chamber. Such mechanisms cannot deliver an accurate dose of material, because the amount of material transferred in a given time depends on the speed of the conveyor motor and the material flow in the hopper. The motor speed fluctuates in line with the load on the conveyor, so that the material dose will vary with the hopper content.

Det er et formål ved oppfinnelsen å frembringe et transportsystem som under drift vil kunne overføre en nøyaktig re-gulerbar materialmengde i form av pulver, partikler, granulat eller lignende, og som vil kunne benyttes for avgivelse av en nøyaktig materialdosis, eksempelvis i dispensermaskiner for drikkevarer. It is an object of the invention to produce a transport system which, during operation, will be able to transfer a precisely adjustable amount of material in the form of powder, particles, granules or the like, and which will be able to be used for dispensing an accurate dose of material, for example in dispensing machines for beverages .

Det er ifølge oppfinnelsen frembragt et transportsystem som er bestemt for materiale i pulver-, partikkel- og granulatform eller lignende, og som omfatter et element med en material-gjennomiøpskanai som er stort sett horisontal under bruk, og med et innløp for opptagelse av materialet og et utløp, i avstand fra innløpet, for avlevering av materialet, og en ultrasonisk transduktor som er tilkoplet elementet og anordnet for opprettelse av en ultrasonisk standbølge som vil forflytte materiale langs gjennomløpskanalen, fra innløpet til utløpet. According to the invention, a transport system has been produced which is intended for material in powder, particle and granule form or the like, and which comprises an element with a material through-hole channel which is largely horizontal during use, and with an inlet for receiving the material and an outlet, at a distance from the inlet, for delivering the material, and an ultrasonic transducer which is connected to the element and arranged to create an ultrasonic standing wave which will move material along the passage channel, from the inlet to the outlet.

Oppfinnelsen er nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori: Fig. 1 viser et skjematisk riss som illustrerer prinsippene for virkemåten ifølge oppfinnelsen, ved et element i form av en sylindrisk stang hvori det er opprettet en ultrasonisk stand-bølge . Fig. 2 viser et riss som illustrerer kvalitativt radial-/ bøyningsforskyvningsamplityden i et avtrappet horn med en hul utgangsseksjon. Fig. 3 viser et vertikalt lengdesnitt av en første versjon av pulverdispenseren ifølge oppfinnelsen. Fig. 4 viser et vertikalt lengdesnitt av en andre versjon av pulverdispenseren ifølge oppfinnelsen. The invention is described in more detail in the following with reference to the accompanying drawings, in which: Fig. 1 shows a schematic diagram illustrating the principles of the method of operation according to the invention, with an element in the form of a cylindrical rod in which an ultrasonic standing wave is created. Fig. 2 shows a diagram illustrating qualitatively the radial/bending displacement amplitude in a stepped horn with a hollow output section. Fig. 3 shows a vertical longitudinal section of a first version of the powder dispenser according to the invention. Fig. 4 shows a vertical longitudinal section of a second version of the powder dispenser according to the invention.

Fig. 5 viser et planriss, langs linjen V-V i fig. 6, avFig. 5 shows a plan view, along the line V-V in fig. 6, of

en tredje versjon av dispenseren.a third version of the dispenser.

Fig. 6 viser et vertikalriss av en tredje versjon av pulverdispenseren. Fig. 7 viser et vertikalsnitt av en fjerde versjon av pulverdispenseren. Fig. 8 viser et vertikalt lengdesnitt av en femte versjon av pulverdispenseren. Fig. 6 shows a vertical view of a third version of the powder dispenser. Fig. 7 shows a vertical section of a fourth version of the powder dispenser. Fig. 8 shows a vertical longitudinal section of a fifth version of the powder dispenser.

Fig. 9 viser et enderiss av dispenseren ifølge fig. 8.Fig. 9 shows an end view of the dispenser according to fig. 8.

Det er i fig. 1 vist et element 1 i form av en sylindrisk stang hvori det er opprettet en kompresjons-standbølge ved hjelp av en ultrasonisk transduktor (ikke vist) som er koplet til stangen. Stangens lengde er lik standbølgens X halve bølge-lengde, idet vibrasjonsampiityden har et maksimum ved hver ende (antinoder i standbølgen) og et minimum ved midtknuteplanet, som skjematisk vist under stangen 1 i fig. 1. En partikkel som hviler mot stangytterflaten, vil eksiteres og vibrere i motsvarighet til standbølgeamplityden i det respektive punkt i stangiengderetningen. Bevegelse av partikkelen mot en av de frie stangender vil kreve økning i partikkelamplityden, mens bevegelse mot knuten vil tillate en minskning i partikkelamplityden. De frie partikler som naturlig søker den laveste energi-tilstand, vil således beveges mot knuteplanet. It is in fig. 1 shows an element 1 in the form of a cylindrical rod in which a compression standing wave is created by means of an ultrasonic transducer (not shown) which is connected to the rod. The length of the rod is equal to the X half-wave length of the standing wave, the vibration amplitude having a maximum at each end (antinodes in the standing wave) and a minimum at the mid-nodal plane, as schematically shown under rod 1 in fig. 1. A particle resting against the outer surface of the rod will be excited and vibrate in proportion to the standing wave amplitude at the respective point in the direction of the rod. Movement of the particle towards one of the free rod ends will require an increase in the particle amplitude, while movement towards the knot will allow a decrease in the particle amplitude. The free particles, which naturally seek the lowest energy state, will thus move towards the nodal plane.

Fig. 2 viset et avtrappet horn med en hul utgangsende, som primært er konstruert som en avtrappet -kvartbølgehastighets-transformator med en hul utgangsseksjon. Hornets totallengde er lik den halve bølgelengde for det valgte materiale og frek-vensen . Fig. 2 showed a stepped-down horn with a hollow output end, which is primarily constructed as a stepped-down quarter-wave speed transformer with a hollow output section. The horn's total length is equal to half the wavelength for the selected material and frequency.

Videre er inner- og ytterdiameteren slik valgt at middel-omkretsen av den hule utgangsende tilnærmelsesvis er lik en halv bølgelengde. Dette sikrer tilstedeværelsen av komplekse radial/bøyningsbølgeformer som er nødvendig for opprettelse av den korrekte amlpitydefordeling i hornets utgangsende. Furthermore, the inner and outer diameters are chosen so that the mean circumference of the hollow output end is approximately equal to half a wavelength. This ensures the presence of complex radial/bending waveforms necessary to create the correct amplitude distribution at the output end of the horn.

Amplitydefordelingen i hornet er kvalitativt fastlagt ved anvendelse av to piezokeramiske følere. Karakteristikkene i en rekke skjematiske forskyvningsprofiler som er tatt med mellom-rom langs hornet, er vist i fig. 2. En radial maksimumsampii- tyde som opptrer ved trinnet d, avtar til en minimumsverdi nær utgangsenden a. Lengderetningsposisjonen for bøyningsknuten i utgangsenden varierer rundt hornomkretsen, og vil praktisk talt sammenfalle med utgangsfasen 180° fra innløpsåpningen. The amplitude distribution in the horn is qualitatively determined using two piezoceramic sensors. The characteristics in a number of schematic displacement profiles taken at intervals along the horn are shown in fig. 2. A radial maximum amplitude occurring at step d decreases to a minimum value near the exit end a. The longitudinal position of the bending node at the exit end varies around the horn circumference, and will practically coincide with the exit phase 180° from the inlet opening.

Størrelsen og posisjonen av innløpsåpningen har en fun-damental effekt på bøyningsforskyvningens amplitydefordeling ved hornets utgangsende. Dette fremgår tydelig av det angjel-dende forskyvningsprofiltverrsnitt ifølge fig. 2. Det resulte-rer i en nesten ideell forskyvningsgradient i den nedre halvdel av hornets utgangsende. De nøyaktige årsaker til denne egen-skap er ikke fullstendig klarlagt, men antas å ha forbindelse med den rørveggdiskontinuitet som forårsakes av og rundt inn-løpsåpningen . The size and position of the inlet opening has a fundamental effect on the bending displacement amplitude distribution at the output end of the horn. This is clear from the respective displacement profile cross-section according to fig. 2. It results in an almost ideal displacement gradient in the lower half of the output end of the horn. The exact reasons for this feature have not been fully elucidated, but are believed to be related to the pipe wall discontinuity caused by and around the inlet opening.

I tillegg til bøyningsbølgeformen er det selvsagt tilstede en betydelig, lengderettet standbølge. Forskyvninger vinkel-rett mot hornsideveggen synes imidlertid å være mer effektive, ved forflytting av partikkelmateriale, enn tilsvarende forskyvninger parallelt med hornsideveggen. Nettoresultatet av den målte forskyvningsgradient i den hule utgangsende gir en betydelig kraft som bevirker at hornets innhold blir forflyttet fra innløpsåpningen mot utgangsplanet og slynget videre en viss strekning fra dette punkt. In addition to the bending waveform, there is of course a significant, longitudinal standing wave present. However, displacements perpendicular to the horn side wall seem to be more effective, when moving particulate material, than corresponding displacements parallel to the horn side wall. The net result of the measured displacement gradient in the hollow exit end gives a significant force which causes the horn's contents to be moved from the inlet opening towards the exit plane and hurled a certain distance from this point.

Det er i fig. 3 vist en pulverdispenser med en ytterdel 10 av aluminiumlegering i form av et avtrappet horn hvis ene ende er forbundet med en ultrasonisk transduktor 12, mens hornets annen ende er åpen og danner en fordeleråpning 11. Transduktoren 12 omfatter to piezokeramiske krystaller som er plassert mellom en aluminiumlegeringsdel 14 og en bløtståldel 16, hvor de to sylindriske deler sammenholdes av en aksial bolt 17, og hvor en høystrekkfast ståltapp 18 forbinder delen 14 med den ende av ytterdeien 10 som har den største ytterdiameter og minste inner-diameter. En kjeglestumpformet overgangsdel 20 er plassert med sin nedre og smale ende i en åpning i hornseksjonen med den minste ytterdiameter, umiddelbart ved midtavtrapningen, og den øvre ende av overgangsdelen 20 opptar en trakt (av tynn alumi-nium) . It is in fig. 3 shows a powder dispenser with an outer part 10 of aluminum alloy in the form of a tapered horn, one end of which is connected to an ultrasonic transducer 12, while the other end of the horn is open and forms a distribution opening 11. The transducer 12 comprises two piezoceramic crystals which are placed between a aluminum alloy part 14 and a mild steel part 16, where the two cylindrical parts are held together by an axial bolt 17, and where a high tensile steel pin 18 connects the part 14 with the end of the outer dough 10 which has the largest outer diameter and smallest inner diameter. A truncated cone-shaped transition part 20 is placed with its lower and narrow end in an opening in the horn section with the smallest outer diameter, immediately at the central taper, and the upper end of the transition part 20 occupies a funnel (of thin aluminium).

Den ultrasoniske transduktor oppretter en standbølge i hornet i overensstemmelse med de ovennevnte prinsipper. Bølgen har en bøyningsantinode ved trinnsonen og en knute ved hornets utløpsende, og hornets totallengde er i realiteten lik stand-bølgens halve bølgelengde. Delen 14 har en aksiallengde som representerer 1/4 av bølgelengden for bølgen som overføres gjennom delen. Standbølgen fremmer pulverstrømmen i hornets aksiale innerkanal, fra innløpet til fordelerutløpet. Videre vil de ultrasoniske vibrasjoner lette pulverinnstrømningen i trakten, og forebygge "brodannelse". Den pulverdosis som transporteres langs gjennomløpskanalen og avgis fra utløpet, står nøyaktig i forhold til pulveret som tilføres den ultrasoniske transduktor, og varighetsperioden for pulvertilførselen. Denne dosis kan følgelig gjentas eller velges med nøyaktighet. The ultrasonic transducer creates a standing wave in the horn in accordance with the above principles. The wave has a bending antinode at the step zone and a node at the outlet end of the horn, and the total length of the horn is in reality equal to half the wavelength of the standing wave. The part 14 has an axial length which represents 1/4 of the wavelength of the wave transmitted through the part. The standing wave promotes the powder flow in the axial inner channel of the horn, from the inlet to the distributor outlet. Furthermore, the ultrasonic vibrations will facilitate the inflow of powder into the funnel, and prevent "bridging". The powder dose that is transported along the flow channel and emitted from the outlet is exactly in relation to the powder that is supplied to the ultrasonic transducer, and the duration of the powder supply. This dose can therefore be repeated or selected with precision.

Det er i fig. 4 vist en dispenser hvor ytterdelen 30 omfatter en rørformet seksjon av en diameter som er betydelig mindre enn en halv bølgelengde, og en konisk hornseksjon for tilkopling til en "sandwich"-transduktor 31 av type som vist i fig. 3. En trakt 32 er innført i en overgangsdel 34 som opptas i den rørformede dels åpne ende, og en utløpsåpning 36 er anordnet halvveis langs den rørformede del. Transduktoren oppretter en stående trykkbølge i elementet 30, med en antinode ved trakt-enden av den rørformede del og en knute ved utløpet 36. I den viste anordning har elementet 30 en lengde som er lik den halve bølgelengde for standbølgen, og den rørformede del har en totallengde som er lik en halv bølgelengde. It is in fig. 4 shows a dispenser where the outer part 30 comprises a tubular section of a diameter which is considerably less than half a wavelength, and a conical horn section for connection to a "sandwich" transducer 31 of the type shown in fig. 3. A funnel 32 is introduced into a transition part 34 which is accommodated in the open end of the tubular part, and an outlet opening 36 is arranged halfway along the tubular part. The transducer creates a standing pressure wave in the element 30, with an antinode at the funnel end of the tubular part and a node at the outlet 36. In the device shown, the element 30 has a length equal to half the wavelength of the standing wave, and the tubular part has a total length equal to half a wavelength.

Den viste dispenser ifølge fig. 5 og 6 omfatter et hori-sontalt, skiveformet element 4 0 hvori det opprettes en stand-bølge av torsjonstype ved hjelp av en transduktor 42 som er tilkoplet gjennom et horn 4 4 som er tangentialt forbundet med elementet 40. En trakt 46 er slik montert på oversiden av elementet 40, at elementets midtpunkt sammenfaller med traktaksen. Den nedre ende av traktveggen er forsynt med en åpning 4 8 for innføring av pulver i en utfrest sporkanal 50 i oversiden av elementet 40. Kanalen 50 forløper i en bue stort sett radialt utenfor en fordelerutløpsåpning 52 som utmunner i ytterveggen av elementet 40. The shown dispenser according to fig. 5 and 6 comprise a horizontal disc-shaped element 40 in which a standing wave of torsion type is created by means of a transducer 42 which is connected through a horn 44 which is tangentially connected to the element 40. A funnel 46 is thus mounted on the upper side of the element 40, that the middle point of the element coincides with the tractive axis. The lower end of the funnel wall is provided with an opening 48 for the introduction of powder into a milled groove channel 50 in the upper side of the element 40. The channel 50 extends in an arc largely radially outside a distributor outlet opening 52 which opens into the outer wall of the element 40.

Dispenseren ifølge fig. 7 omfatter et skiveformet element 60 som vibreres radialt ved hjelp av en transduktor 6 2 og derved begunstiger den radialtrettede pulverinnstrømningen langs elementoversiden til et midtre fordelerutløp 64. Elementet 60 danner bunnen i en sylindrisk trakt 66. En gjennomløpskanal for pulveret strekker seg i radialretning under en konisk lede-plate 68 som er montert ovenfor elementet 60, med klaring rundt kanten såvel mot traktinnerveggen som mot oversiden av elementet 60. The dispenser according to fig. 7 comprises a disk-shaped element 60 which is vibrated radially by means of a transducer 6 2 and thereby favors the radially directed powder inflow along the upper side of the element to a central distribution outlet 64. The element 60 forms the bottom of a cylindrical funnel 66. A through channel for the powder extends in the radial direction under a conical guide plate 68 which is mounted above the element 60, with clearance around the edge both towards the inner wall of the tract and towards the upper side of the element 60.

En ytterligere versjon av det ultrasoniske doseringssystem er vist i fig. 8 og 9. Den er basert på de tidligere omtalte hovedprinsipper, men innbefatter dessuten en modifikasjon. A further version of the ultrasonic dosing system is shown in fig. 8 and 9. It is based on the previously mentioned main principles, but also includes a modification.

Innerveggen av hornet 71 er konisk med en hellingsvinkel av eksempelvis 1,5 grader, og forbundet med en innmontert hylse 72 av rustfritt stål og av motsvarende, konisk form. The inner wall of the horn 71 is conical with an inclination angle of, for example, 1.5 degrees, and is connected to a fitted sleeve 72 of stainless steel and of a corresponding, conical shape.

Den koniske hylse 72 som er innpresset i hornets utgangsende, tjener to funksjoner. Da det bare er hylsens yttervegg som er konisk, vil for det første veggtykkelsen variere fra et maksimum ved utgangsenden til praktisk talt null ved innløps-åpningen. Hornet 71 er tilvirket av en aluminiumsbasert lege-ring som har lavere egenvekt og elastisitetsmodul enn rustfritt stål. Denne relativt stive foring bevirker en differensiert reduksjon av bøyningsforskyvningen med derav følgende, hurtigere avtagende gradient nær utgangsplanet. Det rustfrie stålmateria-let kan alternativt erstattes av annet materiale med tilsvarende egenskaper, f.eks. bronse eller wolframkarbid. For det andre vil den rustfrie stålflate hurtig anta høyglans og derved lette pulverstrømmen. The conical sleeve 72 which is pressed into the output end of the horn serves two functions. As only the sleeve's outer wall is conical, firstly the wall thickness will vary from a maximum at the outlet end to practically zero at the inlet opening. The Hornet 71 is made from an aluminum-based alloy ring that has a lower specific weight and modulus of elasticity than stainless steel. This relatively rigid lining causes a differentiated reduction of the bending displacement with the consequent, faster decreasing gradient near the exit plane. The stainless steel material can alternatively be replaced by another material with similar properties, e.g. bronze or tungsten carbide. Secondly, the stainless steel surface will quickly take on a high gloss and thereby facilitate the powder flow.

I dette tilfelle er en kjeglestumpformet trakt 73 fast-gjort ved hjelp av en sirkelrund plate 74 umiddelbart ved den langsgående knute i hornets massive inngangsende. Den korte trakt 7 3 som er forbundet med innløpsåpningen, kan sammenkoples med en større trakt (ikke vist) som ikke nødvendigvis vibreres. In this case, a truncated cone-shaped funnel 73 is fixed by means of a circular plate 74 immediately at the longitudinal knot in the massive entrance end of the horn. The short funnel 7 3 which is connected to the inlet opening can be connected to a larger funnel (not shown) which is not necessarily vibrated.

EKSEMPELEXAMPLE

De oppnådde strømningsmengder ved anvendelse av doserings-anordningen ifølge fig. 7 og 8 for transportering av noen av de vanligste fordelingsprodukter ble målt, og resultatene er sammenfattet i nedenstående tabell 1. The achieved flow quantities when using the dosing device according to fig. 7 and 8 for the transport of some of the most common distribution products were measured, and the results are summarized in table 1 below.

De største strømningsmengdene ble som ventet oppnådd med pulverne av høyest egenvekt. Strømningsmengden er stort sett proporsjonal med kvadratet på egenvekten, og ikke direkte proporsjonal med egenvekten. Strømningsvolumet er derfor også en funksjon av egenvekten. Dette kan skyldes den forventede, økede samvirkning mellom pulver og horn som oppstår ved de tettere materialer. Nøyaktigere uttrykt er et partikkelmateriales kinetiske energi en funksjon av masse og hastighet, og for en gitt hastighetsamplityde i tilknytning til en bestemt sone i hornet vil derfor den drivende kraft som bringer partiklene i bevegelse mot soner med lavere amplityde, være større for partikler av høyere egenvekt. As expected, the largest flow rates were achieved with the powders of the highest specific gravity. The flow rate is largely proportional to the square of the specific gravity, and not directly proportional to the specific gravity. The flow volume is therefore also a function of the specific gravity. This may be due to the expected, increased interaction between powder and horn that occurs with the denser materials. Expressed more precisely, the kinetic energy of a particulate material is a function of mass and velocity, and for a given velocity amplitude associated with a specific zone in the horn, the driving force that brings the particles in motion towards zones with lower amplitude will therefore be greater for particles of higher specific gravity .

De beskrevne transportsystemer har fordeler i form av høy fremføringshastighet for pulver eller annet materiale, og nøy-aktig regulering av materialmengden som overføres. Det er videre en fordel at fordelerutløpet er atskilt fra traktutløpet. Systemet er uten bevegelige deler, og er derfor meget drifts-sikkert og billig i vedlikehold. The described transport systems have advantages in the form of a high delivery speed for powder or other material, and precise regulation of the amount of material that is transferred. It is also an advantage that the distributor outlet is separate from the tract outlet. The system has no moving parts, and is therefore very reliable and cheap to maintain.

Claims

1. Transport system for material in the form of powder, particles, granules or the like, characterized in that it comprises an outer part with a material flow channel which is largely horizontal during use and provided with an inlet for introducing the material and an outlet separate from the inlet, for delivery of the material, and an ultrasonic transducer which is connected to the outer part and arranged to create an ultrasonic standing wave which will cause the material to move along the flow channel, from the inlet to the outlet.

2. Transport system in accordance with claim 1, characterized in that the ultrasonic standing wave is created with a knot in or at the outlet.

3. Transport system in accordance with claim 1 or 2, characterized in that the ultrasonic standing wave is created with an antinode in or at the inlet.

4. Transport system in accordance with one of the preceding requirements, characterized in that the distance between inlet and outlet is largely equal to 1/4 of the wavelength of the ultrasonic standing wave.

5. Transport system in accordance with one of the preceding claims, characterized in that the mean value of the inner and outer circumference of the outer part surrounding the outlet is largely equal to half the wavelength of the ultrasonic standing wave.

6. Transport system in accordance with one of the preceding claims, characterized in that the ultrasonic standing wave is produced in a stepped horn by activation of a piezo-ceramic "sandwich" transducer.

7. Transport system in accordance with one of the preceding requirements, characterized in that the material is advanced to the inlet by drop feeding from a storage hopper.

8. Transport system in accordance with one of the preceding requirements, characterized in that the through channel occupies an insert of a material with a higher specific gravity and a higher modulus of elasticity than the material in the outer part.

9. Transport system in accordance with requirement 8, characterized by the insert's outer wall sloping conically to a maximum piece of ice at the outlet.

10. Transport system for material in powder, particle and granule form or the like, characterized in that it is essentially as described in the above in connection with one of the accompanying drawings.