PL242656B1

PL242656B1 - Układ i system dozowania cieczy

Info

Publication number: PL242656B1
Application number: PL433658A
Authority: PL
Inventors: Marek Gąsiorowski
Original assignee: Gasiorowski Marek
Priority date: 2020-04-22
Filing date: 2020-04-22
Publication date: 2023-04-03
Also published as: PL433658A1; EP3913334B1; EP3913334A1

Abstract

Układ dozowania cieczy, zawierający co najmniej jeden zbiornik (1) z dozowaną cieczą, przy czym każdy zbiornik (1) połączony jest odpowiednim pierwszym kanałem (5) z dyszą dozującą (16) za pośrednictwem odpowiedniego zaworu (6), w którym ciecz w co najmniej jednym zbiorniku znajduje się w stanie nadciśnienia, zaś układ zawiera moduł dozujący (9), znajdujący się między odpowiednim zaworem (6), a dyszą dozującą (16), obejmujący: cylinder (11) i pierwszy tłok (12) przystosowany do ruchu posuwisto zwrotnego w cylindrze (11) między położeniem górnym i położeniem dolnym; drugi kanał (8) łączący zawór (6) z cylindrem (11); kanał (16a) dyszy dozującej (16), w którym znajduje się iglica (17) przystosowana do ruchu posuwisto zwrotnego w kanale (16a) między położeniem górnym, w którym dysza (16) jest otwarta, a położeniem dolnym, w którym dysza (16) jest zamknięta, przy czym każdy zawór (6) może znajdować się w położeniu zamkniętym, w którym brak jest połączenia hydraulicznego odpowiedniego zbiornika (1) modułem dozującym (9), lub w położeniu otwartym, w którym odpowiedni zbiornik (1) jest szczelnie połączony hydraulicznie z modułem dozującym (9), zaś ciecz w stanie nadciśnienia napiera na pierwszy tłok (12) w cylindrze (11), i przy czym układ zaopatrzony jest ponadto w środek napędowy (24) przystosowany do cyklicznego poruszania pierwszego tłoka (12) w dół oraz w środek napędowy (23) przystosowany do cyklicznego poruszania iglicy (17) między jej położeniem górnym i położeniem dolnym, zaś wspomniane środki napędowe (23, 24) są tak zsynchronizowane wzajemnie i z każdym zaworem (6), że pierwszy tłok (12) porusza się w dół wypychając ciecz z układu, gdy iglica (17) znajduje się w położeniu górnym, zaś zawór (6) znajduje się w położeniu zamkniętym. Wielodyszowy system dozowania cieczy zawierający co najmniej dwa moduły dozujące (9) i co najmniej dwie dysze dozujące (16).

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ i system dozowania cieczy, który znajduje zastosowanie w szczególności (ale nie tylko) przy pakowaniu (konfekcjonowaniu) produktów branży chemii gospodarczej, chemii przemysłowej, kosmetycznej, spożywczej oraz farmacji, a zwłaszcza w przypadku niewielkich wyrobów powstałych w wyniku pakowanych w folię rozpuszczalną w wodzie jednej lub kilku substancji chemicznie czynnych, które docelowo mają być rozpuszczone w wodzie. Obecnie popularną główną grupą tych produktów są powstałe w ten sposób kapsułki do zmywarek naczyń oraz pralek. Zapakowanie takich substancji w folię rozpuszczalną w wodzie jest bardzo korzystne, ponieważ pozwala na stosowanie produktu bez jego rozpakowywania. Folia rozpuszcza się całkowicie wraz z zapakowanymi w nią składnikami nie pozostawiając odpadów. Zapakowanie substancji w folię tworzy produkt finalny i daje możliwości generowania różnych konfiguracji kształtów i kolorów o wysokich walorach estetycznych.

Maszyny do pakowania produktów w folię działają typowo jako urządzenia termo-formująco-pakujące, w których używa się dwóch lub więcej warstw folii. Przykładową maszynę tego typu opisano w publikacji zgłoszenia wynalazku PL427915. Pakowana substancja umieszczana jest w poszczególnych produktach, np. kapsułkach, za pomocą wielodyszowych układów dozowania, np. cieczy.

Znane w stanie techniki maszyny tego typu wymagają wysokiej precyzji dozowania pakowanego produktu na poziomie 1 ^ 2% wielkości dozy oraz krótkiego czasu dozowania rzędu 1 ^ 2 sekundy dla jednego dozowania. Wymogi ekonomiczne narzucają wydajność maszyn produkcyjnych na poziomie około 1500 produktów na minutę, co oznacza konieczność stosowania układów wielodyszowych zawierających 25 ^ 50 dysz. Dla zapewnienia wysokich reżimów dokładności dozowania, każda z dysz musi posiadać indywidualny układ regulacji dozy. Taki wielodyszowy system współpracujący z transporterem złożonym z modułów M przedstawiono na Rys. Ia ^ Rys. Ic. W każdym z modułów M zainstalowana jest forma z wieloma gniazdami. Nad transporterem, na belce nośnej B, umieszczony jest rząd dysz dozujących D. Stosowane są układy zawierające więcej niż jeden rząd dysz. Pojedyncza dysza D jest zasilana oddzielnym, niezależnym modułem dozującym z regulacją indywidualnej dozy. Według stanu techniki stosuje się kilka różnych rozwiązań podawania odmierzonych porcji cieczy do dysz. Transporter złożony z modułów M może pracować w trybie ruchu ciągłego lub przerywanego. Z reguły w przypadku ruchu przerywanego, dozowanie następuje podczas postoju transportera a dysze dozujące przesuwane są wraz z belką nośną skokowo od jednego rzędu gniazd do kolejnego. Z reguły, podczas pojedynczego postoju transportera napełnia się wszystkie gniazda wielogniazdowej formy w pojedynczym module M. W przypadku transportera pracującego w trybie ciągłym, dozowanie odbywa się „w locie”, w momencie gdy rząd dysz D znajduje się nad pojedynczym rzędem gniazd. W takim przypadku układ belki nośnej B z dyszami D może być nieruchomy lub też może pracować w układzie nadążnym - poruszać się w trakcie dozowania jednego rzędu gniazd wraz transporterem, a następnie cofać się do kolejnego rzędu gniazd wymagających napełnienia. Taka operacja jest wykonywana cyklicznie, wkład dozujący porusza się ruchem posuwistozwrotnym.

Jak opisano powyżej, według stanu techniki stosuje się kilka różnych rozwiązań podawania odmierzonych porcji cieczy do dysz dozujących. Jednym z rozwiązań jest zastosowanie precyzyjnych pomp wolumetrycznych napędzanych serwonapędami, gdzie jedna pompa współpracuje tylko z jedną dyszą dozującą.

Takie rozwiązanie przedstawia Rys. II. Jest to pompa śrubowa P, w której rotor obraca się ciasno we wnętrzu statora dopasowanego do kształtu rotora napędzanego serwonapędem SN. Dozowana ciecz jest zasysana do pompy P ze zbiornika Z. Serwonapęd SN działa skokowo - wykonanie jednego obrotu o zadany kąt odpowiada jednej dozie, która wypływa przez dyszę dozującą D. Wielkość dozy reguluje się wartością kąta obrotu pojedynczego skoku serwonapędu. Główną wadą przedstawionego rozwiązania jest konieczność stosowania dla każdej dyszy dozującej oddzielnej drogiej pom py z serwonapędem. W przypadku systemów wielodyszowych koszty są ogromne co z powodów komercyjnych znacznie ogranicza możliwości zastosowania.

Kolejne znane rozwiązanie przedstawia Rys. lIIa i IIIb. Na Rys. IIla dozowana ciecz jest zasysana ze zbiornika Z do cylindra C poprzez przesuwający się tłok T. Ruch tłoka realizuje się z reguły przez siłownik pneumatyczny lub siłownik elektryczny napędzany serwonapędem. Podczas zasysania cieczy, obrotowy zawór ZW łączy zbiornik Z z cylindrem C. Na rys. Illb zawór ZW jest obrócony o 90° zgodnie z kierunkiem obrotu wskazówek zegara względem położenia na rys. lIla i łączy w tym ustawieniu cylinder C z króćcem wylotowym. Rys. Illb przedstawia proces dozowania, tłok T wypycha płyn z cylindra przez króciec wylotowy. Doza jest regulowana przez wielkość skoku tłoka, czyli regulację napędu - pneumatycznego lub serwonapędu. Układ przedstawiony na Rys. lila i Illb to pojedyncza pompa tłokowa, posiadająca indywidualny napęd, współpracująca z tylko jedną dyszą dozującą. W przypadku systemów wielodyszowych przy konieczności indywidualnej regulacji dozy dla każdej dyszy zachodzi konieczność zastosowania dużej ilości takich pomp, a więc koszt wykonania takiego systemu jest bardzo duży czyli system posiada taką samą wadę jak system opisany powyżej, przedstawiony na Rys. II. Kolejna wadą tego systemu jest ograniczenie prędkości działania. Podczas zasysania cieczy przez tłok T, przy zbyt dużych prędkościach przesuwu może wystąpić zjawisko kawitacji mającej negatywny wpływ na dokładność dozy.

Inny przykład dozowania cieczy znany ze stanu techniki przedstawiono na Rys. IV. Dozowana ciecz znajdująca się w zbiorniku Z i jest pobierana przez układ pompowo-buforowy PB, który dostarcza ją do elektrozaworu ZW. Bez względu na to, czy elektrozawór jest zamknięty czy otwarty układ pompowo buforowy wytwarza stałe ciśnienie cieczy zasilającej elektrozawór. Dozowanie odbywa się podczas otwarcia elektrozaworu, wówczas ciecz wypływa przez króciec wylotowy. Wielkość dozy określa się i reguluje czasem otwarcia elektrozaworu. Zarówno układ pompowo-buforowy, jak elektrozawór to precyzyjne drogie podzespoły. Każda pojedyncza dysza dozująca wymaga własnego, oddzielnego układu tych podzespołów. Jak widać ten przykład jest obarczony taką sama wadą jak opisane wcześn iej dwa systemy. Przy niezbędnej dużej ilości dysz cena takiego rozwiązania również jest bardzo wysoka.

Celem wynalazku było opracowanie układu dozowania cieczy z indywidualną regulacją dozy dla każdej dyszy, który byłby pozbawiony powyżej opisanych wad systemów dozowania cieczy znanych ze stanu techniki.

Ponadto, celem wynalazku było także opracowanie wielodyszowego systemu dozowania cieczy ze wspólnym dla wszystkich dysz układem napędowym realizującym proces podawania dozy do produktów, który to układ napędowy obejmuje jeden wspólny ciśnieniowy układ zasilający oraz jeden wspólny system wypychający.

Celem wynalazku było także opracowanie układu dozowania cieczy z indywidualną regulacją dozy dla każdej dyszy, w którym wyeliminowany byłby problem tworzenia się kropel cieczy na końcu dyszy.

Według wynalazku opracowano układ dozowania cieczy, zawierający co najmniej jeden zbiornik z dozowaną cieczą, przy czym każdy zbiornik połączony jest odpowiednim pierwszym kanałem z dyszą dozującą za pośrednictwem odpowiedniego zaworu.

Układ dozowania cieczy według wynalazku charakteryzuje się tym, że ciecz w co najmniej jednym zbiorniku znajduje się w stanie nadciśnienia, zaś układ zawiera moduł dozujący, znajdujący się między odpowiednim zaworem a dyszą dozującą, zaś układ obejmuje:

i. cylinder i pierwszy tłok przystosowany do ruchu posuwisto zwrotnego w cylindrze między położeniem górnym i położeniem dolnym;

ii. drugi kanał łączący zawór z cylindrem;

iii. kanał dyszy dozującej, w którym znajduje się iglica przystosowana do ruchu posuwisto zwrotnego w kanale między położeniem górnym, w którym dysza dozująca jest otwarta, a położeniem dolnym, w którym dysza dozująca jest zamknięta, przy czym każdy zawór może znajdować się w położeniu zamkniętym, w którym brak jest połączenia hydraulicznego odpowiedniego zbiornika z modułem dozującym, lub w położeniu otwartym, w którym odpowiedni zbiornik jest szczelnie połączony hydraulicznie z modułem dozującym, zaś ciecz w stanie nadciśnienia napiera na pierwszy tłok w cylindrze, i przy czym układ zaopatrzony jest ponadto w środek napędowy przystosowany do cyklicznego poruszania pierwszego tłoka w dół oraz w środek napędowy przystosowany do cyklicznego poruszania iglicy między jej położeniem górnym i położeniem dolnym, zaś wspomniane środki napędowe pie rwszego tłoka i iglicy są tak zsynchronizowane wzajemnie i z każdym zaworem, że pierwszy tłok porusza się w dół wypychając ciecz z układu, gdy iglica znajduje się w położeniu górnym, zaś zawór znajduje się w położeniu zamkniętym.

Położenie górne pierwszego tłoka może być wyznaczone przez regulowany środek blokujący ograniczający ruch trzonka pierwszego tłoka w górę.

Iglica korzystnie zaopatrzona jest w środkowej części w zgrubienie stanowiące drugi tłok poruszający się podczas ruchu iglicy w otaczającym go szczelnie cylindrze, przy czym cylinder ten jest nad drugim tłokiem połączony hydraulicznie z drugim kanałem, zaś pod drugim tłokiem połączony jest trzecim kanałem z otoczeniem.

Korzystnie, powierzchnia czynna drugiego tłoka będąca w kontakcie z cieczą jest co najmniej równa powierzchni przekroju poprzecznego iglicy.

Środek napędowy iglicy i środek napędowy pierwszego tłoka korzystnie stanowią napędy pneumatyczne, hydrauliczne albo elektryczne.

Korzystnie, w co najmniej jednym zbiorniku nad cieczą znajduje się sprężone powietrze powodujące stan nadciśnienia cieczy.

Ewentualnie, w co najmniej jednym zbiorniku nad cieczą znajduje się trzeci tłok wywierający stały nacisk na ciecz powodujący stan nadciśnienia cieczy.

Układ może zawierać dwa zbiorniki, każdy połączony odpowiednim pierwszym kanałem, i z każdego zbiornika ciecz doprowadzana jest przez odpowiedni zawór naprzemiennie.

Według wynalazku opracowano także wielodyszowy system dozowania cieczy zawierający co najmniej jeden zbiornik z dozowaną cieczą, przy czym każdy zbiornik połączony jest odpowiednim pierwszym kanałem z co najmniej dwiema dyszami dozującymi za pośrednictwem odpowiedniego zaworu oraz rozgałęzionego kolektora.

Wielodyszowy system według wynalazku charakteryzuje się tym, że dozowana ciecz w co najmniej jednym zbiorniku znajduje się w stanie nadciśnienia, zaś system zawiera co najmniej dwa moduły dozujące, z których każdy znajduje się między odpowiednim zaworem a odpowiednią dyszą dozującą i każdy obejmuje:

iv. cylinder i pierwszy tłok przystosowany do ruchu posuwisto zwrotnego w cylindrze między położeniem górnym i położeniem dolnym;

v. drugi kanał łączący zawór z cylindrem;

vi. kanał dyszy dozującej, w którym znajduje się iglica przystosowana do ruchu posuwisto zwrotnego w kanale dyszy dozującej między położeniem górnym, w którym dysza jest otwarta, a położeniem dolnym, w którym dysza jest zamknięta, przy czym każdy zawór może znajdować się w położeniu zamkniętym, w którym brak połączenia hydraulicznego odpowiedniego zbiornika z modułami dozującymi, lub w położeniu otwartym, w którym odpowiedni zbiornik jest szczelnie połączony hydraulicznie z modułami dozującymi, zaś ciecz w stanie nadciśnienia napiera na pierwsze tłoki w cylindrach, i przy czym system zaopatrzony jest ponadto we wspólny środek napędowy przystosowany do cyklicznego i jednoczesnego poruszania wszystkich pierwszych tłoków w dół oraz we wspólny środek napędowy przystosowany do cyklicznego i jednoczesnego poruszania wszystkich iglic między położeniem górnym i położeniem dolnym każdej iglicy, zaś wspomniane środki napędowe są tak zsynchronizowane wzajemnie i z zaworami, że pierwsze tłoki poruszają się w dół wypychając ciecz z systemu, gdy iglice znajdują się w położeniu górnym, zaś oba zawory znajdują się w położeniu zamkniętym.

Korzystnie, w każdym module dozującym położenie górne każdego pierwszego tłoka wyznaczone jest przez regulowany środek blokujący ograniczający ruch trzonka pierwszego tłoka w górę.

W każdym module dozującym położenie górne każdego pierwszego tłoka może być wyznaczone przez regulowany środek blokujący na takiej samej lub na innej wysokości.

Korzystnie, w każdym module dozującym iglica zaopatrzona jest w środkowej części w zgrubienie stanowiące drugi tłok poruszający się podczas ruchu iglicy w otaczającym go szczelnie cylindrze, przy czym cylinder ten jest nad drugim tłokiem połączony hydraulicznie z drugim kanałem, zaś pod drugim tłokiem połączony jest trzecim kanałem z otoczeniem.

Powierzchnia czynna drugiego tłoka będąca w kontakcie z cieczą jest korzystnie co najm niej równa powierzchni przekroju poprzecznego iglicy.

Środek napędowy iglicy i środek napędowy pierwszego tłoka mogą stanowić popychacze, które są ruchome skokowo tam i z powrotem od górnego do dolnego położenia, a każdy zawieszony jest na swoich przeciwległych końcach na odpowiednim liniowym mechanizmie prowadzącym.

Wielodyszowy system według wynalazku może zawierać dwa zbiorniki, każdy połączony odpowiednim pierwszym kanałem, i z każdego zbiornika ciecz doprowadzana jest przez odpowiedni zawór naprzemiennie.

Według wynalazku opracowano układ i system, w których wiele prostych w budowie elementów może z dużą prędkością odmierzać i podawać pojedyncze dozy cieczy.

Szczególną zaletą wynalazku jest możliwość zastosowania jednego zbiornika do zasilania cieczą wielu modułów dozujących oraz jednego, wspólnego dla wszystkich modułów dozujących układu napędowego, który może by napędem pneumatycznym, hydraulicznym lub elektrycznym np. serwonapędem.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym:

fig. 1a przedstawia w przekroju pierwszy przykład wykonania układu dozowania cieczy według wynalazku z jedną dyszą dozującą w trakcie napełniania modułu dozującego;

fig. 1b przedstawia w przekroju układ z fig. 1 a, po napełnianiu modułu dozującego, przed rozpoczęciem dozowania;

fig. 1c przedstawia w przekroju układ z fig. 1a w trakcie dozowania;

fig. 1d przedstawia w przekroju drugi przykład wykonania układu według wynalazku w trakcie po zakończeniu dozowania, w trakcie zamykania dyszy dozującej przez iglicę;

fig. 2a przedstawia w widoku z boku pierwszy przykład wykonania wielodyszowego systemu dozowania cieczy według wynalazku;

fig. 2b przedstawia widok z góry systemu z fig. 2a;

fig. 2c przedstawia widok z przodu systemu z fig. 2a;

fig. 2d przedstawia widok aksonometryczny systemu z fig. 2a;

fig. 3a i 3b ilustrują sposób regulacji dozy w trzech modułach dozujących systemu według wynalazku;

fig. 4a przedstawia widoku z boku i w przekroju miejscowym drugi przykład wykonania systemu według wynalazku;

fig. 4b przedstawia widoku z góry i w przekroju miejscowym trzeci przykład wykonania systemu według wynalazku.

Układ dozowania cieczy według pierwszego przykładu wykonania wynalazku pokazany jest na fig. 1a. Układ ten zawiera zbiornik ciśnieniowy 1, który jest wypełniony w górnej części sprężonym powietrzem 2 doprowadzanym poprzez króciec 3 i wywierającym nacisk na ciecz 4. Zbiornik ciśnieniowy 1 połączony jest pierwszym kanałem 5 z zaworem odcinającym 6, który ma trzon 7. Za zaworem 6 ciecz płynie przez drugi kanał 8 modułu dozującego 9. Gdy zawór 6 znajduje się w położeniu otwartym zbiornik ciśnieniowy 1 jest więc szczelnie połączony hydraulicznie z modułem dozującym 9. Moduł dozujący 9 mający wewnętrzny kanał 10 obejmuje ponadto cylinder 11, w którym znajduje się pierwszy tłok 12 poruszający się ruchem posuwisto zwrotnym między położeniem górnym i położeniem dolnym. Ciecz wpływająca do modułu dozującego 9, wskutek panującego w niej stanu nadciśnienia, wypełnia cylinder 11 pod pierwszym tłokiem 12 napierając na pierwszy tłok 12, którego trzonek zaopatrzony jest w porzeczkę 13. Napełnianie cylindra 11 w taki sposób jest korzystne, ponieważ eliminuje kawitację, która powstaje w przypadku szybkiego napełniania cylindra metodą zasysania cieczy przez tłok. Taki proces odmierzania dozy, w którym pierwszy tłok 12 porusza się ku górze napędzany naporem cieczy 4 może być zatem bardzo szybki, a niezbędnym elementem takiego działania jest, aby ciecz 4 w zbiorniku znajdowała się w stanie nadciśnienia.

Układ według innego przykładu wykonania może mieć zamiast zbiornika ciśnieniowego 1 zbiornik 1' w postaci cylindra z trzecim tłokiem 27, na który wywierany jest nacisk ze stałą siłą przez siłownik pneumatyczny, siłownik hydrauliczny lub siłownik elektryczny n.p. serwonapęd. Taki przykład pokazany jest na fig. 4a omówionej w dalszym tekście.

Nieruchomo względem cylindra 11 zamocowany jest nad nim korpus 14, w którym umieszczony jest regulowany środek blokujący, którym w tym przykładzie jest śruba regulacyjna 15. Można też w tym celu zastosować inny odpowiedni środek blokujący, np. przestawialny zderzak blokowany zaciskiem w wymaganym położeniu. Pierwszy tłok 12 porusza się ku górze aż do momentu oparcia się trzonka tłoka 12a o śrubę regulacyjną 15. Sytuacja, gdy pierwszy tłok 12 znajduje się w swoim górnym położeniu, a jego trzonek 12a oparty jest o śrubę regulacyjną 15 pokazana została na fig. 1b.

Moduł dozujący 9 obejmuje ponadto dyszę dozującą 16 i kanał 16a dyszy dozującej 16. W kanale 16a dyszy dozującej znajduje się iglica 17 poruszająca się ruchem posuwisto zwrotnym między położeniem górnym i położeniem dolnym. Iglica 17 znajdująca się w położeniu dolnym zamyka dyszę dozującą 16. W dyszy dozującej 16 znajduje się niewielka ilość cieczy 4' pozostałej z cyklu dozowania, utrzymywana siłami napięcia powierzchniowego dzięki odpowiednio małej średnicy wewnętrznej dyszy 16. Dysza jest korzystnie wykonana tak, aby ilość pozostającej w niej cieczy 4' była jak najmniejsza.

Na fig. 1b przedstawiony jest pierwszy przykład wykonania układu według wynalazku, w sytuacji po napełnianiu modułu dozującego 9, przed rozpoczęciem dozowania.

Na fig. 1c przedstawiony jest pierwszy przykład układu według wynalazku podczas procesu dozowania cieczy. Poprzedza go obrócenie trzonu 7 zaworu 6 o 90°, co powoduje odcięcie cieczy w zbiorniku ciśnieniowym 1 od modułu dozującego 9. Jak wspomniano powyżej, iglica 17 porusza się cyklicznie ruchem posuwisto-zwrotnym a podczas dozowania znajduje się w swoim górnym położeniu.

Na fig. 1d przedstawiony jest drugi przykład wykonania układu według wynalazku, w sytuacji po zakończeniu dozowania. Ten przykład wykonania różni się od przykładu przedstawionego na fig. 1a tylko tym, że zastosowano w nim elementy zapobiegające niekorzystnemu tworzeniu się kropel cieczy 4 na końcu dyszy 16, które mogą się odrywać zakłócając pracę układu. W tym przykładzie iglica 17 ma więc w swej środkowej części zgrubienie w postaci drugiego tłoka 20 poruszającego się podczas ruchu iglicy 17 w szczelnie otaczającym drugi tłok 20 cylindrze 21. Cylinder 21 jest nad drugim tłokiem 20 połączony hydraulicznie z drugim kanałem 8, zaś pod drugim tłokiem 20 połączony jest z otoczeniem za pośrednictwem trzeciego kanału 18. W związku z tym, że górna część cylindra 21 jest czwartym kanałem 22 połączona hydraulicznie z drugim kanałem 8 modułu dozującego 9, ciecz 4 podczas ruchu iglicy 17 do dołu jest korzystnie zasysana do cylindra 21, co kompensuje efekt wypychania cieczy 4 przez dyszę dozującą 16. Dzięki temu, że pod drugim tłokiem 20 znajduje się przestrzeń połączona trzecim kanałem 18 z otoczeniem, podczas ruchu tłoka 20 do góry powietrze swobodnie wpływa pod drugi tłok 20, a podczas ruchu do dołu swobodnie wypływa na zewnątrz.

Jak widać na fig. 1a-1d, ruch iglicy 17 jest wymuszany przez związany z nią środek napędowy 23 w postaci popychacza. Po odcięciu dopływu cieczy 4 spowodowanym zamknięciem zaworu 6, iglica 17 zostaje uniesiona przez popychacz 23 do górnego położenia, co powoduje otwarcie dyszy dozującej 16.

Pierwszy tłok 12 zaopatrzony jest w środek napędowy 24 w postaci popychacza, przystosowany do cyklicznego poruszania pierwszego tłoka 12 do dołu. Podczas dozowania popychacz 24 napiera więc na porzeczkę 13 przesuwając pierwszy tłok 12 do dołu co powoduje wypływ cieczy 4 z dyszy dozującej 16. Popychacz 24 przesuwa pierwszy tłok 12 do maksymalnego dolnego położenia, które jest zawsze takie samo. Osiągnięcie tego położenia oznacza zakończenie pojedynczego dozowania. Wielkość dozy określa odległość pomiędzy górnym położeniem pierwszego tłoka 12 a dolnym, a ponieważ dolne położenie się nie zmienia, więc regulacja dozy odbywa się poprzez ustawienie śruby regulacyjnej 15.

Środki napędowe 23 i 24 w postaci popychaczy mogą być napędzane np. pneumatycznie, hydraulicznie albo elektrycznie i mogą być zawieszone w typowy sposób znany specjalistom.

Środki napędowe 23 i środki napędowe 24 są tak zsynchronizowane wzajemnie i z zaworem 6, by pierwszy tłok 12 poruszał się w dół wypychając ciecz 4 z układu, gdy iglica 17 znajduje się w jej położeniu górnym, zaś zawór 6 znajduje się w położeniu zamkniętym. Synchronizacja może być zrealizowana w dowolny, znany specjalistom sposób odpowiedni dla tego rodzaju układu, np. za pomocą układu automatycznego sterowania PLC, pokazanego symbolicznie na figurach.

Po zakończeniu pojedynczego dozowania cykl się powtarza. Iglica 17 przesuwana jest przez popychacz 23 do jej dolnego położenia, co powoduje zamknięcie dyszy dozującej 16, a trzon 7 zaworu 6 ponownie obraca się o 90° powracając do poprzedniego położenia i otwierając drogę cieczy 4 do ponownego napełnienia cylindra 11. Podczas zamykania dyszy dozującej 16, iglica 17 przesuwając się w dół ma tendencję do wypychania cieczy 4 na zewnątrz, poprzez dyszę dozującą 16. Jak wspomniano powyżej, skutkuje to niekorzystnym tworzeniem się kropel cieczy 4 na końcu dyszy, które mogą się odrywać zakłócając pracę systemu. Dla uzyskania pełnej kompensacji wypierania cieczy 4 podczas zamykania dyszy 16 przez iglicę 17, powierzchnia czynna 20a drugiego tłoka 20 będąca w kontakcie z cieczą 4 znajdującą się nad nim, powinna być równa powierzchni przekroju iglicy 17. Ewentualnie, dla uzyskania dodatkowego efektu podsysania powierzchnia 20a powinna być większa od powierzchni przekroju iglicy 17.

Z reguły, zarówno iglica 17 jak i drugi tłok 20 mają kształt walca, czyli ich przekrój poprzeczny jest kołem. W takim przypadku, jeżeli przyjmiemy że - skok iglicy 17 jest równy „S”, średnica iglicy 17 jest równa „d”, średnica drugiego tłoka 20 jest równa „D”, objętość cieczy 4 wypychanej przez iglicę 17 jest równa V1 a objętość cieczy 4 zasysanej przez drugi tłok 20 jest równa V2, wówczas:

V1 = S nd²/4 V2 = S nD²/4 - S nd²/4

Jeżeli kompensacja ma wynosić 100%, czyli V1 = V2 to po przekształceniu powyższych zależności uzyskuje się:

D = d ^2

Jeżeli zastosuje się tłok 20 o średnicy D > d ύ2 to efekt zassania będzie większy niż efekt wypychania cieczy 4. Takie rozwiązanie może być stosowane korzystnie w celu uniknięcia efektu tworzenia się kropli i niekontrolowanego kapania w przypadku cieczy 4 o małej lepkości.

Na fig. 2a - fig. 2d pokazane są widoki pierwszego przykładu wykonania wielodyszowego systemu dozowania cieczy według wynalazku. W tym przykładzie system według wynalazku ma sześć modułów dozujących 9 z sześcioma dyszami dozującymi 16, które są zasilane z jednego zbiornika ciśnieniowego 1 poprzez jeden pierwszy kanał 5, jeden zawór 6 oraz rozgałęziony kolektor 8'.

System pokazany na fig. 2a - fig. 2d zaopatrzony jest ponadto we wspólny środek napędowy 24 przystosowany do cyklicznego i jednoczesnego poruszania pierwszych tłoków 12 wszystkich modułów dozujących 9 w dół oraz we wspólny środek napędowy 23 przystosowany do cyklicznego i jednoczesnego poruszania iglic 17 wszystkich modułów dozujących 9 między położeniem górnym i położeniem dolnym każdej iglicy 17. Wspomniane środki napędowe 24 i 23 są tak zsynchronizowane ze sobą i z zaworem 6, że pierwsze tłoki 12 poruszają się w dół wypychając ciecz z dysz dozujących 16, gdy iglice 17 znajdują się w położeniu górnym, zaś zawór 6 znajduje się w położeniu zamkniętym.

Środki napędowe 24 i 23 mogą być zrealizowane jako popychacze odpowiednio 23 i 24 wykonujące skokowe ruchy posuwisto-zwrotne od górnego do dolnego położenia, tam i z powrotem. Popychacz 23 jest zawieszony na swoich przeciwległych końcach na odpowiednim typowym liniowym mechanizmie prowadzącym 26, popychacz 24 jest analogicznie zawieszony na typowym liniowym mechanizmie prowadzącym 25.

Podobnie, jak w przypadku układu według wynalazku, środki napędowe 23 i środki napędowe 24 oraz zawór 6 są tak zsynchronizowane, by pierwsze tłoki 12 poruszały się w dół wypychając ciecz 4 z systemu, gdy iglice 17 znajdują się w ich położeniach górnych, zaś zawór 6 znajduje się w położeniu zamkniętym. Synchronizacja może być zrealizowana w dowolny, znany specjalistom sposób odpowiedni dla tego rodzaju systemu, np. za pomocą wyżej wspomnianego układu automatycznego sterowania PLC.

Kolejną zaletą systemu według wynalazku jest to, że umożliwia on indywidualną regulację wielkości dozy każdego z modułów dozujących 9.

Na fig. 3a i 3b przedstawiono przykładowo w przekroju fragment układu trzech modułów dozujących 9 - na fig. 3a i 3b widać trzy cylindry 11, 11' i 11 z odpowiadającymi im odpowiednio tłokami 12,12' i 12 oraz śrubami regulacyjnymi 15, 15' i 15. Na fig. 3a trzonki pierwszych tłoków 12a, 12a' i 12a opierają się o śruby regulacyjne 15, 15' i 15, co oznacza że cylindry 11, 11' i 11 zostały napełnione płynem i są gotowe do dozowania. Przykładowo każda z trzech śrub regulacyjnych 15, 15' i 15 jest ustawiona w innym położeniu - śruba 15 w najniższym, śruba 15' w pośrednim, a śruba 15 w najwyższym. Powierzchnie wszystkich pierwszych tłoków 12, 12' i 12 stykające się z cieczą 4 są takie same, czyli wielkość napełnienia pojedynczego cylindra zależy tylko od pozycji górnego położenia odpowiadającego mu pierwszego tłoka. W związku z tym, każdy z trzech cylindrów jest napełniony różną objętością cieczy 4. Cylinder 15 zawiera ciecz 4 o objętości V + Vr, cylinder 15' zawiera ciecz 4 o objętości V' + Vr natomiast cylinder 15 zawiera ciecz 4 o objętości V + Vr. Pomiędzy tymi objętościami zachodzi następująca zależność V + Vr < V' + Vr < V + Vr z czego wynika zależność V < V' < V. Jak widać na fig. 3a, popychacz 24 przed rozpoczęciem dozowania znajduje się ponad wszystkimi poprzeczkami 13, 13' i 13. Rozpoczynając proces dozowania popychacz 24 wchodzi kolejno w kontakt z poprzeczką 13, następnie 13' i na końcu z porzeczką 13 inicjując w tej samej kolejności wypychanie cieczy 4 z odpowiednich cylindrów poprzez pierwszy tłok 12, następnie pierwszy tłok 12' i na końcu pierwszy tłok 12. Na fig. 3b przedstawiono sytuację, kiedy proces dozowania został zakończony. Popychacz 24 znajduje się w swoim dolnym położeniu. Podczas dozowania popychacz 24 przesunął się o odległość H przemieszczając odpowiednio kolejne pierwsze tłoki o odległości h, h' oraz h. Pomiędzy tymi odległościami zachodzi przykładowo następująca zależność h < h' < h < H. Oczywiście ustawienie śrub regulacyjnych 15, 15' i 15 może być dowolne. Wielkości te mogą się dowolnie różnić, ale w szczególnym przypadku mogą być sobie równe. Wartość H musi być większa od wartości h, h' i h, lub w szczególnym przypadku równa największej z nich. Jak pokazano na fig. 3b, po zakończeniu dozowania pierwsze tłoki 12, 12' i 12 nie osiągnęły końca cylindrów w związku z czym w cylindrach pozostała pewna resztkowa objętość cieczy Vr - w szczególnym przypadku Vr może być równe zero. Porównując fig. 3a oraz fig. 3b można zauważyć, że dzięki różnym ustawieniom śrub regulacyjnych 15, 15' oraz 15 uzyskano odpowiednio różne V, V' i V objętości wypchniętej cieczy 4 z każdego z cylindrów. Jak więc widać, rozwiązanie według wynalazku daje możliwość prostej, dokładnej, niezależnej regulacji indywidualnej dozy każdego pojedynczego modułu dozującego 9.

Jak pokazano na fig. 2a - fig. 2d wielodyszowe systemy dozowania cieczy według pierwszego przykładu wykonania wynalazku są zasilane ze zbiornika ciśnieniowego 1, w którym sprężone powietrze naciska bezpośrednio na dozowaną ciecz 4.

Na fig. 4a przedstawiono drugi przykład wykonania systemu według wynalazku (dla uproszczenia rysunku pominięto układ PLC). System zasilania cieczą pokazany na fig. 4a zawiera (zamiast zbiornika ciśnieniowego 1 z poprzednich przykładów) podłączony do zaworu 6 zbiornik 1' w postaci cylindra z trzecim tłokiem 27. Siłownik pneumatyczny, hydrauliczny lub elektryczny, n.p. serwonapęd (niepokazany na figurach) wywiera ze stałą siłą nacisk na trzeci tłok 27. Dzięki temu, trzeci tłok 27 - naciskając bezpośrednio na ciecz 4 - utrzymuje w niej stały stan nadciśnienia. Zbiornik 1' zaopatrzony jest ponadto w króciec 29 oraz zawór 28, które służą do uzupełniania cieczy w zbiorniku 1' po jego opróżnieniu. Podczas uzupełniania cieczy zawór 28 jest otwarty, zawór 6 jest zamknięty, a trzeci tłok 27 cofa się zasysając poprzez króciec 29 ciecz z zewnętrznego źródła. Podczas uzupełniania cieczy w zbiorniku 1' dozowanie cieczy nie może się odbywać.

Na fig. 4b przedstawiono trzeci przykład wykonania systemu według wynalazku, który pozwala na ciągłe dozowanie cieczy bez zatrzymania (dla uproszczenia rysunku pominięto układ PLC). Jak widać, zastosowano tu dwa naprzemiennie działające zbiorniki 1' w postaci cylindrów, identyczne jak w przykładzie pokazanym na fig. 4a. Kiedy pierwszy zbiornik 1' pracuje, jego zawór 28 jest zamknięty, a trzeci tłok 27 napiera na ciecz podając ją poprzez pierwszy kanał 5 i otwarty zawór 6 do kolektora 8'. W tym czasie drugi zbiornik 1 jest napełniany cieczą 4. Zawór 6' drugiego zbiornika 1' jest zamknięty, zawór 28' jest otwarty, a cofający się trzeci tłok 27' zasysa ciecz 4 poprzez króciec 29' z zewnętrznego źródła. Po wyczerpaniu zawartości pierwszego zbiornika 1', role obu zbiorników 1' się zamieniają. Podawanie cieczy zaczyna być realizowane przez drugi zbiornik 1, a pierwszy zbiornik 1' jest wówczas napełniany.

Analogicznie, możliwy jest w ramach wynalazku (niepokazany na figurach) układ bądź system zawierający dwa naprzemiennie pracujące zbiorniki ciśnieniowe 1.

Claims

1. Układ dozowania cieczy, zawierający co najmniej jeden zbiornik (1, 1') z dozowaną cieczą, przy czym każdy zbiornik (1, 1') połączony jest odpowiednim pierwszym kanałem (5, 5') z dyszą dozującą (16) za pośrednictwem odpowiedniego zaworu (6, 6'), znamienny tym, że ciecz w co najmniej jednym zbiorniku (1, 1') znajduje się w stanie nadciśnienia, zaś układ zawiera moduł dozujący (9), znajdujący się między odpowiednim zaworem (6, 6') a dyszą dozującą (16), obejmujący:

i. cylinder (11) i pierwszy tłok (12) przystosowany do ruchu posuwisto zwrotnego w cy- lindrze (11) między położeniem górnym i położeniem dolnym;

ii. drugi kanał (8) łączący zawór (6, 6') z cylindrem (11);

iii. kanał (16a) dyszy dozującej (16), w którym znajduje się iglica (17) przystosowana do ruchu posuwisto zwrotnego w kanale (16a) między położeniem górnym, w którym dysza (16) jest otwarta, a położeniem dolnym, w którym dysza (16) jest zamknięta, przy czym każdy zawór (6, 6') może znajdować się w położeniu zamkniętym, w którym brak jest połączenia hydraulicznego odpowiedniego zbiornika (1, 1') z modułem dozującym (9), lub w położeniu otwartym, w którym odpowiedni zbiornik (1, 1') jest szczelnie połączony hydraulicznie z modułem dozującym (9), zaś ciecz w stanie nadciśnienia napiera na pierwszy tłok (12) w cylindrze (11), i przy czym układ zaopatrzony jest ponadto w środek napędowy (24) przystosowany do cyklicznego poruszania pierwszego tłoka (12) w dół oraz w środek napędowy (23) przystosowany do cyklicznego poruszania iglicy (17) między jej położeniem górnym i położeniem dolnym, zaś wspomniane środki napędowe (23, 24) są tak zsynchronizowane wzajemnie i z każdym zaworem (6, 6'), że pierwszy tłok (12) porusza się w dół wypychając ciecz z układu, gdy iglica (17) znajduje się w położeniu górnym, zaś zawór (6, 6') znajduje się w położeniu zamkniętym.

2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że położenie górne pierwszego tłoka (12) wyznaczone jest przez regulowany środek blokujący (15) ograniczający ruch trzonka (12a) pierwszego tłoka (12) w górę.

3. Układ według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że iglica (17) zaopatrzona jest w środkowej części w zgrubienie stanowiące drugi tłok (20) poruszający się podczas ruchu iglicy (17) w otaczającym go szczelnie cylindrze (21), przy czym cylinder (21) jest nad drugim tłokiem (20) połączony hydraulicznie z drugim kanałem (8), zaś pod drugim tłokiem (20) połączony jest trzecim kanałem (18) z otoczeniem.

4. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że powierzchnia czynna (20a) drugiego tłoka (20) będąca w kontakcie z cieczą jest co najmniej równa powierzchni przekroju poprzecznego iglicy (17).

5. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że środek napędowy iglicy (23) i środek napędowy pierwszego tłoka (24) stanowią napędy pneumatyczne, hydrauliczne albo elektryczne.

6. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że w co najmniej jednym zbiorniku (1) nad cieczą znajduje się sprężone powietrze powodujące stan nadciśnienia cieczy.

7. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że w co najmniej jednym zbiorniku (1') nad cieczą znajduje się trzeci tłok (27) wywierający stały nacisk na ciecz powodujący stan nadciśnienia cieczy.

8. Układ według zastrz. 1 albo 5, albo 6, albo 7, znamienny tym, że zawiera dwa zbiorniki (1, 1; 1', 1'), każdy połączony odpowiednim pierwszym kanałem (5, 5'), i z każdego zbiornika ciecz doprowadzana jest przez odpowiedni zawór (6, 6') naprzemiennie.

9. Wielodyszowy system dozowania cieczy zawierający co najmniej jeden zbiornik (1, 1') z dozowaną cieczą, przy czym każdy zbiornik (1, 1') połączony jest odpowiednim pierwszym kanałem (5, 5') z co najmniej dwiema dyszami dozującymi (16) za pośrednictwem odpowiedniego zaworu (6, 6') oraz rozgałęzionego kolektora (8'), znamienny tym, że dozowana ciecz w co najmniej jednym zbiorniku (1, 1') znajduje się w stanie nadciśnienia, zaś system zawiera co najmniej dwa moduły dozujące (9), z których każdy znajduje się między odpowiednim zaworem (6, 6') a odpowiednią dyszą dozującą (16) i każdy obejmuje:

ii. drugi kanał (8) łączący zawór (6, 6') z cylindrem (11);

iii. kanał (16a) dyszy dozującej (16), w którym znajduje się iglica (17) przystosowana do ruchu posuwisto zwrotnego w kanale (16a) między położeniem górnym, w którym dysza (16) jest otwarta, a położeniem dolnym, w którym dysza (16) jest zamknięta, przy czym każdy zawór (6, 6') może znajdować się w położeniu zamkniętym, w którym brak połączenia hydraulicznego odpowiedniego zbiornika (1, 1') z modułami dozującymi (9), lub w położeniu otwartym, w którym odpowiedni zbiornik (1, 1') jest szczelnie połączony hydraulicznie z modułami dozującymi (9), zaś ciecz w stanie nadciśnienia napiera na pierwsze tłoki (12) w cylindrach (11), i przy czym system zaopatrzony jest ponadto we wspólny środek napędowy (24) przystosowany do cyklicznego i jednoczesnego poruszania wszystkich pierwszych tłoków (12) w dół oraz we wspólny środek napędowy (23) przystosowany do cyklicznego i jednoczesnego poruszania wszystkich iglic (17) między położeniem górnym i położeniem dolnym każdej iglicy (17), zaś wspomniane środki napędowe (24, 23) są tak zsynchronizowane wzajemnie i z zaworami (6, 6'), że pierwsze tłoki (12) poruszają się w dół wypychając ciecz z systemu, gdy iglice (17) znajdują się w położeniu górnym, zaś oba zawory (6, 6') znajdują się w położeniu zamkniętym.

10. Wielodyszowy system według zastrz. 9, znamienny tym, że w każdym module dozującym (9) położenie górne każdego pierwszego tłoka (12) wyznaczone jest przez regulowany środek blokujący (15) ograniczający ruch trzonka (12a) pierwszego tłoka (12) w górę.

11. Wielodyszowy system według zastrz. 10, znamienny tym, że w każdym module dozującym (9) położenie górne każdego pierwszego tłoka (12) wyznaczone jest przez regulowany środek blokujący (15) na takiej samej lub na innej wysokości.

12. Wielodyszowy system według zastrz. 9 albo 10, albo 11, znamienny tym, że w każdym module dozującym (9) iglica (17) zaopatrzona jest w środkowej części w zgrubienie stanowiące drugi tłok (20) poruszający się podczas ruchu iglicy (17) w otaczającym go szczelnie cylindrze (21), przy czym cylinder (21) jest nad drugim tłokiem (20) połączony hydraulicznie z drugim kanałem (8), zaś pod drugim tłokiem (20) połączony jest trzecim kanałem (18) z otoczeniem.

13. Wielodyszowy system według zastrz. 12, znamienny tym, że powierzchnia czynna (20a) drugiego tłoka (20) będąca w kontakcie z cieczą jest co najmniej równa powierzchni przekroju poprzecznego iglicy (17).

14. Wielodyszowy system według zastrz. 9, znamienny tym, że środek napędowy iglicy (23) i środek napędowy pierwszego tłoka (24) stanowią napędy pneumatyczne, hydrauliczne albo elektryczne.

15. Wielodyszowy system według zastrz. 10, znamienny tym, że środek napędowy iglicy (23) i środek napędowy pierwszego tłoka (24) stanowią popychacze, które są ruchome skokowo tam i z powrotem od górnego do dolnego położenia, a każdy zawieszony jest na swoich przeciwległych końcach na odpowiednim liniowym mechanizmie prowadzącym (25, 26).

16. Wielodyszowy system według zastrz. 9, znamienny tym, że w co najmniej jednym zbiorniku (1) nad cieczą znajduje się sprężone powietrze powodujące stan nadciśnienia cieczy.

17. Wielodyszowy system według zastrz. 9, znamienny tym, że w co najmniej jednym zbiorniku (1') nad cieczą znajduje się trzeci tłok (27) wywierający stały nacisk na ciecz powodujący stan nadciśnienia cieczy.

18. Wielodyszowy system według zastrz. 9 albo 16, albo 17, znamienny tym, że zawiera dwa zbiorniki (1, 1; 1', 1'), każdy połączony odpowiednim pierwszym kanałem (5, 5'), i z każdego zbiornika ciecz doprowadzana jest przez odpowiedni zawór (6, 6') naprzemiennie.