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Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Flüssigkeitsspenderanlage.
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Die US-A-4 402 461 beschreibt eine
Flüssigkeitsspenderanlage, die einen mit einer Strömungsmitteleinlaßeinrichtung
in Verbindung stehenden Wechselbalg besitzt. Mit dem Balg
ist zu dessen Hin- und Herbewegung ein Antriebselement
verbunden, während im Strömungsmitteleinlaß ein öffnendes
Auslaßventil angeordnet ist, das während eines Druckhubs einen
Fluß des Strömungsmittels vom Ealg ermöglicht. Weiterhin ist
ein öffnendes Einlaßventil vorgesehen, das während eines
Saughubs des Balgs einen Fluß des Strömungsmittels
ermöglicht. In Strömungsrichtung vor dem Einlaßventil ist ein
zweiter Balg angeschlossen, wobei das Antriebselement mit
einem Abschnitt des Strömungsmitteleinlasses zwischen dem
Balg zur Hin- und Herbewegung des Abschnittes und dem
Einlaßventil und damit mit beiden Bälgen verbunden ist.
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Wie im Patent beschrieben, ist das Antriebselement eine
Kolbenstange und eine hydraulische oder pneumatische
Stempeleinrichtung, welche zwischen einem Rahmenelement und einer
Klammer des Abschnittes wirkt. Der Zylinder des
hydraulischen oder pneumatischen Stempels ist am Rahmen befestigt.
Für jede Doppelbalg-Fülleinrichtung ist eine gesonderte
Stempel- und Kolbenstangeneinrichtung vorgesehen. In einem
Anfangsbetriebszustand der Anlage befindet sich das
Ventilelement in geschlossenem Zustand, wobei beide Bälge mit
Flüssigkeit gefüllt sind, welche in eine Spenderdüse und
sodann in einen Karton unterhalb der Düse geleitet wird.
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Der Stempel verschiebt die Klammer aus ihrer Ruhestellung
nach oben. Der auf das Einlaßventil wirkende Druck der
Flüssigkeit im Balg öffnet das Ventil gegen die Wirkung
einer Schließfeder, wodurch die Flüssigkeit in den Balg
fließt wenn der Röhrenabschnitt sich nach oben bewegt und
den Balg zusammendrückt. Erreicht der Stempel seine obere
Endstellung und beginnt sich wieder nach unten zu bewegen,
so wird das Ventil automatisch geschlossen, wodurch die
Flüssigkeit im Balg durch den Stempel gegen ein
Antriebsteil gedrückt wird. Ein Teil der Flüssigkeit läuft durch
Spalte; die Strömungsgeschwindigkeit durch die Spalte reicht
jedoch nicht aus, um einen ins Gewicht fallenden Anstieg des
Drucks auf das Antriebsteil zu verhindern, so daß das
Sternpelteil sich gegen die Wirkung der Feder nach unten bewegt,
bis das Antriebsteil an Ansätzen anstößt und eine weitere
Abwärtsbewegung des Elementes verhindert. Unter dem Druck
des Stempels fließt die Flüssigkeit im Balg weiter durch die
Spalte.
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Aus den vorstehenden Erläuterungen der Betriebsweise ergibt
sich, daß der Antriebsstempel und der zugehörige Kolben der
bekannten Anlage nicht im Sinne einer Steuerung der durch
den oberen Balg aufgenommenen Flüssigkeitsmenge wirken. Die
Anlage besitzt daher den Nachteil, daß der Hub der
Kolbenund Stempeleinrichtung nicht voreingestellt werden kann, um
eine gewünschte einem oberen Röhren- oder
Strömungsmitteleinlaßabschnitt zuzuführende Strömungsmittelmenge
vorzuwählen.
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Eine Strömungsmittelspenderanlage, in welcher die zu
spendende Strömungsmittelmenge steuerbar ist, ist in der
US-A-3 809 296 vorgeschlagen worden. Die beschriebene
Ausbildung bezieht sich auf eine andersartige
Strömungsmittelspenderanlage, in welcher ein Strömungsmittel direkt in eine
Kolben- und Zylinderpumpe gezogen wird. Der Kolben wird
durch eine motorgetriebene Zahnstange hin- und herbewegt,
wobei sein Hub durch Mikroschalter gesteuert wird.
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Gemäß einem Aspekt schafft die Erfindung eine
Flüssigkeitsspenderanlage mit einer Fülleinrichtung zum Nachfüllen
eines Strömungsmediums mit einer Röhrenvorrichtung, einem
ersten und einem zweiten sich hin- und herbewegenden Balg,
die mit der Röhrenvorrichtung in Verbindung stehen und zur
Hin- und Herbewegung der Bälge zu einem Antriebselement
axial ausgerichtet montiert sind, wobei die
Röhrenvorrichtung eine Düse und ein darin angeordnetes Auslaßventil zum
Öffnen und Ermöglichen eines Strömungsmittelflusses vom
ersten Balg während eines Druckhubs sowie ein Einlaßventil
zum Öffnen und Ermöglichen des Strömungsmittelflusses in den
ersten Balg während eines Saughubs der Bälge enthält, der
zweite Balg in Strömungsrichtung vor dem Einlaßventil mit
der Röhrenvorrichtung verbunden ist, das Antriebselement mit
einem Abschnitt der Röhrenvorrichtung zwischen den Bälgen
verbunden ist und das Einlaßventil trägt und das
Antriebselement mit einem angetriebenen Element verbunden ist, das
für eine Hin- und Herbewegung parallel zur Achse des ersten
und zweiten Balgs montiert ist, die durch folgende Merkmale
gekennzeichnet ist: eine motorgetriebene Nocke zur
Aufprägung einer Hin- und Herbewegung auf das angetriebene
Element, einen Strömungsregler zur Einstellung des Hubs des
angetriebenen Elementes während seiner Hin- und Herbewegung,
der ein mit Gewinde versehenes Element, das einen Anschlag
zur Begrenzung des Hubs des angetriebenen Elementes bildet
und mit einem festen Träger verschraubt ist, so daß eine
Drehbewegung des mit Gewinde versehenen Elementes den
Anschlag relativ zum angetriebenen Element vorverschiebt oder
zurückzieht, um den Bewegungsbereich des angetriebenen
Elementes
entsprechend einer vorgegebenen während jedes Hubs zu
pumpenden Strömungsmittelmenge einzustellen, einen Motor zur
selektiven Drehung des mit Gewinde versehene Elementes
sowie ein Steuersystem zur Betätigung des Motors zwecks
Realisierung einer vorgegebenen Drehung des mit Gewinde
versehenen Elementes enthält.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der
Figuren der Zeichnung beschrieben. Es zeigt:
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Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Steuersystems
und einer Motoreinrichtung gemäß der Erfindung;
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Fig. 2 eine Draufsicht der Motoreinrichtung;
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Fig. 3 eine detaillierte Seitenansicht eines einzigen
Elektromotors sowie von Anschlagselementen nach
Fig. 1; und
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Fig. 4 eine Seitenansicht eines Elektromotors sowie von
Anschlagelementen, wie sie für eine
Antriebseinrichtung für eine Doppelbalgpumpe verwendet werden.
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Fig. 1 zeigt ein generell mit 10 bezeichnetes
Strömungsregler- und Steuersystem. Mehrere mit 12 bezeichnete
Elektromotoren sind auf einem Lagerrahmen 14 gelagert. Die
Motoren 12 sind über eine noch zu erläuternde Relaisschaltung
und eine (nicht dargestellte) Spannungsversorgung mit einer
programmierbaren Logikschaltung 16 verbunden. Die Schaltung
16 ist ihrerseits über Leitungen 18 mit einem Steuerpult 20
verbunden. Das Steuerpult 20 ist mit einem Auswahlelement 22
zur Auswahl einer vorgegebenen Strömungsmittelmenge
versehen, die durch eine Balgpumpe 28 in einen Karton C
eingeleitet werden soll. Mit 24a, 24bf 24c, 24d und 24e sind
Markierungen zur Einstellung des Auswahlelementes 22 bezeichnet.
Beispielsweise kann eine Auswahleinstellung 24a einem
Kartonfüllniveau von 200 ml; eine Auswahlmarkierung 24b
einer Kartoneinfülleinstellung von 250 ml; eine
Auswahlmarkierung 24c einer Kartonfülleinstellung von 300 ml; eine
Auswahlmarkierung 24d einer Kartoneinfülleinstellung von 500
ml und einer Auswahlmarkierung 24e einer
Kartoneinfüllein-Stellung von 600 ml entsprechen. Bei den vorgenannten Größen
handelt es sich lediglich um Beispiele. Bei Erregung der
Elektromotoren 12 wird eine Welle 26 angetrieben. Diese
Welle 26 ist fest mit einer Zahntransportrolle 60 versehen.
Diese Zahntransportrolle 60 besitzt einen Teil 62 größeren
Durchmesser mit Zahnelementen 64. Die Welle 26 verläuft
durch die Zahntransportrollenteile 60 und 62 und ist (in an
sich bekannter Weise) mit einem mit Außengewinde versehenen
Schraubenelement 66 verbunden.
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Der Motor 12 ist in an sich bekannter Weise durch einen
Abschnitt des Motorgehäuses mit einer Plattform 68 verbunden.
Eine Drehung der Plattform 68 ist durch Verbindung mit einem
aufrechtstehenden Element 70 verhindert, das fest mit dem
stationären Rahmenelement 14 verbunden ist. Das mit Gewinde
versehene Element 66 ist in das Rahmenelement 14
eingeschraubt, wodurch der Motor 12 gelagert wird. Gemäß den Fig.
2 und 3 ist auf dem Rahmenelement 14 ein
Einstellanschlagelement 72 vorgesehen, wodurch verhindert wird, daß der
Elektromotor die Antriebswelle 26 und das zugehörige
Anschlagsschraubenelement 66 über eine vorgegebene
Justierstellung hinaus bewegt.
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Den Motoren 12 ist jeweils ein induktiver Näherungssensor
zugeordnet Dieser Näherungssensor 64 ist mittels eines
Lagers 76 auf dem Rahmen 68 angeordnet.
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Die Motoren 12 sind mit einer Relaisschaltung verbunden,
welche durch die programmierbare Logikschaltung 16 und durch
eine Schalteranordnung gesteuert wird, bei der es sich um
einen Druckknopf handeln kann und die den Motoren 12
parallelgeschaltet
ist. Die Schalteranordnung ermöglicht eine
Feineinstellung der Motoren in einer Weise, wie dies
nachfolgend noch genauer erläutert wird. Der Sensor 74 ist über
eine Schaltung 80 mit der programmierbaren Logikschaltung 16
verbunden.
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Die Doppelbalg-Pumpeneinrichtung 28 ist zusammen mit einer
Schematischen Teilansicht eines einzigen Antriebsmotors 12
und der oben beschriebenen Einstelleinrichtungen genauer in
Fig. 4 dargestellt Weiterhin ist in dieser Figur auch ein
Antriebsmechanismus für die Spendereinheit dargestellt. Die
generell mit 28 bezeichnete Doppelbalg-Pumpeneinrichtung
besitzt eine obere Röhrenvorrichtung bzw. einen
Strömungsmitteleinlaßabschnitt 29, der mit einem (nicht dargestellten)
Zuführungsbehälter verbunden ist. Ein oberer Balg 30 ist an
seinem oberen Ende mittels einer Klammer 31 am Abschnitt 29
befestigt. Ein ein Einwegeinlaßventil 33 enthaltender
unterer Röhrenabschnitt 32 ist an seinem oberen Ende mittels
einer Klammer 34 am Balg 30 befestigt. Ein unterer Balg 35
ist an seinem oberen Ende mittels einer Klammer 36 mit dem
Abschnitt 32 verbunden. Eine Düse 37 ist an ihrem oberen
Ende mittels einer Klammer 36' mit dem Balg 35 verbunden.
Die Bälge 30 und 35 können in konventioneller Weise aus
einem geeigneten Kunststoff hergestellt sein. Die Düse 37
enthält ein im Montagerahmen 20 befestigtes vertikales
röhrenförmiges Gehäuse 30. Ein angetriebenes Kolbenelement
39 ist fest mit einer einstückig mit dem Röhrenabschnitt 32
ausgebildeten Manschette 40 verbunden. Für die
Vertikal-Doppelbalgpumpen 28 ist jeweils ein gesondertes angetriebenes
Kolbenelement 39 vorgesehen. In den Gehäusen 38 ist koaxial
jeweils ein Ventilelement 43 vorgesehen, das aus einem
Verschlußteil 44, einem vom Teil 44 vertikal nach oben
verlaufenden vertikalen zentralen Stempel 45, einem am oberen Ende
des Stempels 45 angebrachten angetriebenen Teil 46 mit
invertierter Kappenform und vier vom Verschlußteil 44 nach
oben verlaufenden Rippenelementen 47 besteht. Die
Rippenelemente
gleiten auf der Innenfläche des Gehäuses 38, um die
Bewegung des Ventilelementes 43 im Gehäuse 38 zu führen.
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Zwischen einer inneren nach oben weisenden Schulter 49 des
Gehäuses 38 und der Basis des invertierten kappenförmigen
Teils 36 drückt eine Spiralkompressionsfeder 38 das Ventil
43 in die geschlossene Stellung nach Fig. 4. Eine
Außenumfangsrandzone des Verschlußteils 44 liegt direkt an einem
entsprechenden Ventilsitz 50 an, der an der Unterseite der
Innenfläche des Gehäuses 38 ausgebildet ist. Die Rippen 47
enden so nahe wie möglich an der Außenumfangsendzone des
Verschlußteils 44 und lassen einen angemessenen Sitzbereich
frei. Die Innenfläche des Gehäuses 38 setzt sich als
kreisförmige Zylinderbohrungsfläche 51 und sodann als nach außen
weisende Fläche der Schulter 49 nach oben fort. Ein kurzes
Stück oberhalb der Schulter 49 befindet sich eine nach oben
weisende Schulter 52. Auf dieser Schulter 52 sind einstückig
mit dem Gehäuse ausgebildete aufrechtstehende Ansätze 53
vorgesehen, welche als Anschläge dienen und mit der
Außenumfangsrandzone des Teils 46 zusammenwirken, um eine Grenze
des maximalen Öffnungsgrades des Ventilelementes 43
festzulegen, wodurch die voll geöffnete Stellung des Elementes 43
definiert wird. Zwischen der Außenumfangsrandzone des Teils
46 und der Innenfläche des Gehäuses 38 befindet sich ein
ringförmiger Spalt bzw. ein lichter Raum 54, durch den
Strömungsmittel fließen kann. Das Teil 46 ist mittels Stiften
55, welche in radialen Löchern im Stempel 45 befestigt sind,
am Stempel 45 angebracht. Weiterhin ist ein ringförmiger
Spalt bzw. lichter Raum 56 vorgesehen, durch den
Flüssigkeit zwischen dem Teil 46 und dem Stempel 45 fließen kann.
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Die Antriebseinrichtung für das angetriebene Kolbenelement
39 enthält eine rotierende Nocke 32, die drehbar auf einer
festen Achse 84 neben dem angetriebenen Kolbenelement 39
montiert ist. Ein Nockenfolger 86 ist derart montiert, daß
er mit einem fest mit dem angetriebenen Kolbenelement 39
verbundenen Antriebselement 88 bewegbar ist. Mit diesem
Element 88 ist ein Zylinder 90 verbunden, bei dem es sich um
einen Nichtbehälter, Nichtfüll-Zylinder handelt, wie er in
der europäischen Patentanmeldung Nr. 88 303491.0 beschrieben
ist.
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Im Betrieb wird der Auswahlhebel 22 auf dem Steuerpult 20
auf eine der oben beschriebenen Stellungen 24a bis e
eingestellt. Der Pegel des in einen Karton C einzufüllenden
Strömungsmittels wird dann über die Leitung 18 auf die
programmierbare Logikschaltung übertragen. Die programmierbare
Logikschaltung betätigt die Elektromotoren 12 zum Antrieb der
Welle 26 sowie der Zahntransportrollen 60 und 62 und des mit
Gewinde versehenen Schraubenelementes 66. Das mit Gewinde
versehene Schraubenelement 66 wird daher in einer solchen
Richtung bewegt, daß der Antriebshub des angetriebenen
Kolbenelementes 39 vergrößert oder verkleinert werden kann.
Nimmt man an, daß ein größerer Karton, wie beispielsweise
der oben genannte Karton mit 500 oder 60 ml ausgewählt wird,
so betätigt die programmierbare Logikschaltungseinheit 16
den Elektromotor im Sinne eines Zurückziehens des
Schraubenelementes 66 und ermöglicht daher einen vergrößerten
Antriebshub des angetriebenen Kolbenelementes 39. Die
Einstellung des Schraubenelementes 66 wird durch den
Näherungssensor 74 überwacht, welcher die Anzahl von Zähnen 64
erfaßt, welche unter ihm durchgelaufen sind. Der Sensor 74
sendet über die Leitung 80 ein Signal zur programmierbaren
Logikschaltung, so daß die Schaltung 16 die Erregungsdauer
der Elektromotoren 12 steuern und überwachen kann. Der
Näherungssensor 74 erfaßt den Drehbetrag der
Zahntransportrolle 62 durch Überwachung der Drehbewegung der Zähne.
Dieses Signal wird der programmierbaren Logikschaltung 16
zugeführt. Wenn die Anzahl der Umdrehungen bzw. die Rotation des
Zahnrades 64 erfaßt wird, welche der vorgegebenen und
vorgewählten in den Karton C einzufüllenden Strömungsmittelmenge
entspricht, so schaltet die programmierbare Logikschaltung
16 die Elektromotoren 12 ab, wodurch eine weitere Bewegung
des Anschlagelementes bzw. des mit Gewinde versehenen
Schraubenelementes 66 unterbunden wird.
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Ist auf dem Pult 20 eine Füllmenge gewählt und das mit
Gewinde versehene Schraubenelement 66 zur Ermöglichung eines
Hubs des angetriebenen Kolbenelementes 39 eingestellt
worden, so werden die Bälge 30 und 35 in konventioneller Weise
mit Strömungsmittel gefüllt. Eine Folge von offenen Kartons
C, von denen in Fig. 4 lediglich einer dargestellt ist, wird
auf einem Förderband unter der Düse 37 angeordnet. Der
Nichtcontainer-Nichtfüll-Zylinder 90 wird dann
beispielsweise durch Druckluft betätigt, um den Nockenfolger 86 vertikal
zu bewegen, bis dieser mit der Nockenfläche 82 in Eingriff
tritt. Ein nicht dargestellter Motor treibt die Welle 84 und
dreht die Nocke 82 mit konstanter Geschwindigkeit. Die
Fläche der Nocke 82 bewirkt, daß der Nockenfolger 86 und das
angetriebene Element 88 in Vertikalrichtung hin- und
herbewegt werden. Gemäß Fig. 4 ist das angetriebene Element 88
fest mit dem angetriebenen Kolbenelement 39 verbunden.
Dieses angetriebene Kolbenelement 39 bewegt sich in
Vertikalrichtung bis zu der durch das Anschlagschraubenelement 66
eingestellten Grenze hin und her. Da die Manschette 40 fest
mit dem angetriebenen Kolbenelement 39 verbunden ist, wird
die vertikale Hin- und Herbewegung in eine entsprechende
Hin- und Herbewegung der Bälge übertragen.
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Der Feinfüll-Einstellmechanismus ist mit 20a bezeichnet und
besteht aus zwei Druckknopfschaltern 24f und 24g. Diese
Druckknopfschalter senden ein Signal über eine Relaisleitung
18a zur programmierbaren Logikschaltung 16 zur Realisierung
einer Feineinstellung der den Kartons C zugeführten
Strömungsmittelmenge. Die Feineinstellung ermöglicht eine
manuelle Einstellung des Schraubenelementes 66 eines oder
mehrerer Füllmotoren 12 nach dem automatischen Wechseln
durch die automatische programmierbare Logikschaltung 16.
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Die Feinfülleinstellung ermöglicht die Auslösung einer
manuellen Änderung durch eine Bedienungsperson nach dem
elektronischen Einstellen aller Motoren 12 und
Schraubenelemente 66 in eine gemeinsame vorgegebene Stellung, d.h.
eine durch den Auswahlschalter 22 festgelegte Stellung. Wie
oben ausgeführt, wählt der Auswahlschalter eine vorgegebene
in den Karton C einzufüllende Strömungsmittelfüllmenge.
Nachdem einige Probenkartons durch die Anlage gelaufen und
mit der durch den Auswahlschalter 22 ausgewählten Menge
gefüllt sind, werden sie gewogen. Beim Wiegen der Kartons
kann sich die Notwendigkeit ergeben, daß eine oder mehrere
durch die Elektromotoren 12 gesteuerte Füllstationen
eingestellt werden müssen. Die Einstellung kann zur Korrektur
eines Übergewichtes oder Untergewichtes der durch die
Doppelbalgpumpe in den Karton gepumpten Materialmenge
notwendig sein. Der Feinfüll-Einstellmechanismus 28 ermöglicht die
manuelle Einstellung der Motoren 12 im Sinne der
Kompensation von Differenzen zwischen dem theoretisch gewünschten
Gewicht und Überfüll- oder Unterfüllabweichungen von den
gewünschten theoretischen Gewichten.
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Dazu kann beispielsweise der Feineinfühl-Einstelldruckknopf
24f ein Druckknopf sein, welcher die Einstellung eines der
Motoren 12 derart ermöglicht, daß dem Karton mehr Produkt
zugeführt wird. Der Druckknopf 24b kann ein Knopf sein,
welcher die manuelle Einstellung eines Motors 12 derart
ermöglicht, daß weniger Füllmaterial in den Karton gepumpt
wird. In einem typischen Ausführungsbeispiel sind für die
erste und letzte Station, d.h. für die Stationen, welche
sich in Fig. 1 am weitesten links bzw. am weitesten rechts
befinden, ein Satz von Feineinfüll-Einstelldruckknöpfen
vorgesehen. Die betätigten Druckknöpfe 24f und 24g senden
ein Signal zur programmierbaren Logikschaltung 16, um das
Relais 78 zu aktivieren und einen der Motoren 12 in der
einen oder anderen Richtung, d.h. aufwärts oder abwärts, zu
erregen. Zur Realisierung einer visuellen Anzeige der
Stellungsänderung des mit Gewinde versehenen Elementes 66
während Feineinfühl-Einstellvorgängen kann eine nicht
dargestellte Anzeige vorgesehen werden. Während der
Feineinfülleinstellvorgänge schaltet die programmierbare
Logikschaltung die Näherungssensoranordnung ab, um eine sonst
auftretende Stellungsänderung zu verhindern.
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Soll die Kartongröße geändert werden, so wird der
vorstehend erläuterte Vorgang im Hinblick auf die Auswahl einer
neuen Kartongröße wiederholt, wobei die Schraubenelemente 66
zur Festlegung der Hublänge des angetriebenen
Kolbenelementes eingestellt werden und danach der Nockenantrieb für die
Doppelbalgpumpe gestartet wird. Es ist natürlich darauf
hinzuweisen, daß das Steuersystem parallel verschaltet ist,
wobei ein oder mehrere Elektromotoren zur Steuerung lediglich
eines oder mehrerer angetriebener Kolbenelemente verwendbar
sind. Die Anzahl der Motoren und der angetriebenen
Kolbeneinheiten entspricht natürlich der Anzahl von bei einem
Füllvorgang verwendeten Doppelbalgpumpen.
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Neben der Anwendung der erfindungsgemäßen Anlage bei einem
Pumpspendersystem sind auch andere Anwendungen möglich.
Darüber hinaus ist die Angabe von Bewegungsrichtungen der
verschiedenen Elemente lediglich beispielhaft und nicht
beschränkend zu verstehen.
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Die Erfindung schafft jedenfalls in ihren bevorzugten
Ausführungsformen einen Steuermechanismus für eine
Doppelbalgpumpe der mit einem Antriebsmechanismus zusammenarbeitet, um
das zu spendende Strömungsmedium durch eine Balgpumpe genau
abmessen zu können; darüber hinaus handelt es sich um einen
Steuermechanismus, der in einem vorgegebenen Einstellbereich
so voreingestellt werden kann, daß eine durch eine
Doppelbalgpumpe zu spendende Strömungsmittelmenge ausgewählt
werden kann; weiterhin handelt es sich um einen
Steuermechanismus für eine Balg-Strömungsmittelspenderpumpe, bei
der es sich um eine Doppelbalgpumpe handeln kann, womit eine
Vielzahl derartiger Steuereinheiten und Mechanismen in
Verbindung mit einer Vielzahl von
Doppelbalg-Strömungsmittelspendereinheiten verwendbar ist.