-
Verfahren zum Abfüllen von Druckflüssigkeiten und Vorrichtung zur
Ausübung des Verfahrens Gegenstandl der Erfindung ist ein Verfahren zum Abfüllen
von Druckflüssigkeiten und eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens.
-
Unter Druckflüssigkeiten sind vorwiegend Flüssiggase zu verstehen,
d. h. Gase, die unter Druck bei Raumtemperatur flüssig sind, die aber bei Druckminderung,
z. B. beim Ausströmen in die Atmosphäre, in die gasförmige Phase eintreten. Solche
Druckflüssigkeiten sind z. B. flüssige Kohlensäure oder Difluordicblormethan und
ähnliche Stoffe der gleichen Familie, die weitgehende Verwendung für die Herstellung
von Aerosolen gefunden haben.
-
Unter Druckflüssigkeit wird ferner eine beliebige Mischung aus einem
Flüssiggas und einem anderen Stoff, vorwiegend einer Flüssigkeit, verstanden, z.
B. eine Mischung aus 75 Volumprozent Duftstoff und 25 Volumprozent Difluordichlormethan.
-
Dile Schwierigkeit beim Abfüllen solcher Druckflüssigkeiten liegt
im folgenden: Die Druckflüssigkeiten befinden sich in ihren,Druckbehältern gewissermaßen
im siedenden Zustand, d. h., der untere Teil des Druckbehälters ist mit Flüssigkeit,
der obere Teil mit dem Dampf der Druckflüssigkeit angefüllt. Leitet man nun eine
solche Druckflüssigkeit in die Abfüllmaschine und ist diese nur ein wenig wärmer
als die Druckflüssigkeit, so kommt es unweigerlich zu Dampfbildung. Ist dieses in
dem dosierenden Teil der Abfüllmaschine der Fall, z. in der Dosierungspumpe, so
ist es klar, daß gewichtsmäßig nicht die eingestellte Menge gefördert wird, was
schwere Störungen insbesondere bei der Herstellung von Aerosolen mit sich bringt.
-
Man hat versucht, dieser Schwierigkeit Herr zu werden, indem man
die Druckflüssigkeit vor ihrem Eintritt in die Druckabfüllmaschine durch ein Kühlsystem
trieb. Dort wurde sie so stark abgekühlt, da&s die Verdampfungsgefahr bei Kontakt
mit wärmeren Maschinenteilen aufgefangen wurde. Eine solche Kühleinrichtung ist
aber teuer und kompliziert die ganze Anlage.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Schwierigkeiten unter
Ausnutzung eines physikalischen Prinzips in einfachster Weise zu beseitigen und
darüber hinaus eine besonders praktische Druckabfüllmaschine und ein unkompliziertes
Verfahren zum Abfüllen von Druckflüssigkeit zu schaffen.
-
Es wurde schon erwähnt, daß sich die Druckflüssigkeiten gewissermaßen
in einem siedenden Zustand befinden. Eine bekannte Mischung hat z. B. einen Dampfdruck
von 2,5 atü bei 200 C. Würde man diese Flüssigkeit so zusammenpressen, daß sie einen
Druck von z. B. 10 atü annimmt, so ist es klar, daß bei 200 C eine Verdampfung nicht
mehr eintreten kann.
-
Zweck der vorliegenden Erfindung ist, die geschilderten Nachteile
zu beheben. Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abfüllen von Druckflüssigkeiten
und auf eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Abfüllen von Druckflüssigkeiten
besteht darin, daß die abzufüllende Druckflüssigkeit, bevor sie in die Dosierungspumpe
gelangt, durch eine Vorpumpe derart komprimiert wird, daß deren Druck über dem Dampfdruck
liegt, der der Temperatur entspricht, welche die Druckflüssigkeit in der Vorrichtung
zum Abfüllen einnimmt, worauf sie durch die Vorpumpe in den Dosierungszylinder gefördert
wird.
-
Die Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens zeichnet sich dadurch
aus, daß dieselbe eine Dosierungspumpe für die abzufüllende Druckflüssigkeit und
eine in die Zuleitung der Dosierungspumpe eingeschaltete Vorpumpe aufweist, welch
letztere sowohl zum Komprimieren der Druckflüssigkeit wie auch zur nachherigen Förderung
derselben in den Förderzylinder der Dosierungspumpe dient.
-
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch die Vorrichtung und
Fig. 2 eine Einzelheit.
-
Mit 1 ist der Zylinder der Vorpumpe bezeichnet, in welchem ein an
sich bekanntes Verbundkolbensystem axial verschiebbar angeordnet ist. Dasselbe besteht
aus dem Antriebskolben 2, der Kolbenstange 3 und dem Förderkolben 4;. Die zum Betrieb
der Vorpumpe erforderliche Preßluft tritt durch die Einströmöffnung 5 ein und aus.
Von dem nicht gezeichneten Lagerbehälter der Druckflüssigkeit geht die Rohrleitung
6 über ein in der Pfeilrichtung sich öffnendes Rückschlagventil 7 zu dem unter dem
Förderkolben 4 liegenden Förderzylinder8 der Vorpumpe. Wenn der Treibzylinder 9
der Vofipumpe nicht unter Preßluft steht und entlüftet ist, kann dile Druckflüssigkeit
durch die Leitungen 6 und über 7 in den Förderzylinder 8 eintreten, wo durch den
Eigendruck der Druckflüssigkeit das Verbundkolbensy.item nach oben gedrückt wird,
so daß sich der Förderpumpenraum8 teils mit Flüssigkeit, teils mit Dampf anfüllt.
Das Volumen des Förderzylinders 8 - ist größer als das Volumen des Förderzylinders
10 der noch zu beschreibenden Dosierungspumpe. Er sei in dem Ausführungsbeispiel
als doppelt so groß angenommen. Die im Förderzylinder 8 befindliche Dampfmenge spielt
dadurch keine schädliche Rolle, den erstens wird sie durch die nachfolgende erfindungsgemäße
Komprimierung zur Kondensation gebracht- und zweitens erfolgt der übertritt der
Druckflüssigkeit von der Vorpumpe zur Dosierungspumpe durch eine am Fuße beider
Pumpen angebrachte Rohrleitung 11 über ein in der Pfeilrichtung sich öffnendes Rückschlagventil
12, so daß nur Flüssigkeit, nicht aber Gas in die Dosierungspumpe eintreten kann.
Die Preßluft im Treibzylinder 9 kann das Verbundkolbensystem nur so weit hinunterdrücken,
bis die eingestellte- Füllung des Förderzylinders 10 der Dosierungspumpe erreicht
ist. Der Überschuß der Druckflüssigkeit verbleibt im Förderzylinder 8 der Vorpumpe..
Dieser Uberschuß dient zusammen mit der beim nächsten Spiel in den Förderzylinder8
einströmenden-Druckflüssigkeit erneut zur Befüllung der Vorpumpe.
-
Die Dosierungspumpe D besteht im wesentlichen aus dem Treibzylinder
13 mit der Ein- und Ausströmöffnung 14 für die Preßluft und dem Kolben 15. Dieser
bildet mit dem Dosierungskolben 16 und der Kolbenstange 17 ebenfalls ein Verbunidkolbensystem.
-
Die Kolbenstange 17 setzt sich noch oberhalb des Kolbens 15 fort
und ragt aus dem Zylinderdeckel 18 und aus der Stopfbuchse 19 heraus. In der Zeichnung
ist die olbenstange 17 in einer Position dargestellt, bei der sie gerade an der-,Anschlagspindel
20 zum Anliegen kommt. Die Anschlagspindel 20 ist mittels des -Drehknopfes 21 leicht
verstellbar. Sie ist drehbar im Joch 22, das von den nur. teilweise gezeichneten
Säu--len 23 und 23' getragen wird, angeordnet. Das übrige Maschinengestell ist,
da';konventionell, nicht gezeichnest. V on der Dosierungspumpe D führt ein Zuleitungsrohr
24 zum Füllkopf 25. Dieser besitzt in seinem Innern den Ventilteller-Z6,-der auf
seiner dem Zuleitungsrohr 24 zugekehrten Oberfläche mit einer elastischen Dichtungsscheibe
(nicht gezeichnet) versehen ist. Durch ~die Schraubenfeder 27 werden der -Ventilteller
26 und die::dai-auf befindliche elastische Dich.tungsscheibe dicht gegen das untere
Ende des Zuleitungsrohres 24 gepreßt, wodurch ein Abschluß in Richtung auf die Pumpe
zu erzielt wird, solange der Druck im Förderzylinder 10 nicht stärker als die -Wirkung
der Schraubenfeder 27 ist. Der Füllkopf be--sitzt die Einführöffnung :28, die innen
mit einem elastischen, nicht gezeichneten Dichtungsring versehen ist. In diese Einführöffnimg
28 wird der Ventil
stuten 29 des zu befüllenden Aerosolbehälters 30 eingeführt. Dieser
steht auf einem Tisch 31, der mittels der Kolbenstange 32 von dem Kolben 33 des
Luftzylinders 34 gehoben wird, wenn durch Drücken des Knopfes 35 des Lufteinlaßventils
36 Preßluft vom nicht gezeichneten Luftkompressor durch die Leitung 37 in den Zylinder
34 strömen kann. Sobald man den Knopf 35 nicht mehr drückt, erfolgt der Rücklauf
des Kolbens 33 durch Expansion der vorher gespannten Schraubenfeder36'. Die Maschine
wird zweckmäßig durch ein Fußpedalventil gesteuert. In einem solchen Fußpedal (nicht
gezeichnet) befinden sich die beiden pneumatischen Ventile 38 und 39 (Fig. 2). 38'
und 39' sind zwei Druckknöpfe, die durch die nicht gezeichnete Fußpedalplatte heruntergedrückt
werden. Diese Ventile wirken wie folgt: Die Zuleitung 40 zu den Ventilen ist mit
dem nicht gezeichneten Luftkompressor verbunden. Die Ableitung 14' des Ventils 38
ist mit der Zuleitung 14 des Luftzylinders 13 der Dosierungspumpe verbunden. Die
Ableitung 5' des Ventils 39 ist mit der Zuleitung 5 des Treibzylinders 9 der Vorpumpe
verbunden. Beide Ventile sind so eingerichtet, daß, wenn die nicht gezeichnete Pedalplatte
auf die Knöpfe 38' und 39' drückt, das Ventil 38 Luft durchläßt, während das Ventil
39 einerseits keine Luft durchläßt und andererseits den Treibzylinder 9 entlüftet.
Als Folge dieser Ventileinstellung kann die Druckflüssigkeit in den Förderzylinder
8 einströmen und diesen Zylinder anfüllen, während die sich im Förderzylinder 10
befindende Druckflüssigkeit infolge der Einwirkung der Preßluft auf den Kolben 15
und damit auf den Förderkolben 16 durch den Füllkopf 25 in den Aerosolbehälter 30
gepreßt wird, indem die Ventilplatte 26 unter der Einwirkung des Druckes nachgibt,
so daß die aus dem Förderzylinder 10 kommende Flüssigkeit in den Aerosolbehälter
30 gelangen kann. Sobald der Druck im Förderzylinder 10 bei Umschaltung der Ventile
38 und 39 geringer wird (s. folgende Beschreibung), drückt die Schraubenfeder 27
den Ventilteller 26 kräftig gegen das untere Ende des Zuleitungsrohres 24, das dadurch
druckdicht abgeschlossen wird. Hebt man den Fuß von der nicht gezeichneten Pedalplatte,
so daß diese z. B. durch eine nicht gezeichnete Schraubenfeder nach oben gehoben
wird, so wird der Druck von den beiden Knöpfeni38' und 39' entlastet. Jetzt geht
der umgekehrte Vorgang vor sich, nämlich: Das Ventil 38 läßt k,eineLuft.durch und
entlüftet gleichzeitig den Zylinder 13. Hingegen läßt das Ventil 39 Luft durch,
die in den Treibzylinder 9 einströmt und das Verbundkolbensystem (2, 3 und 4) nach
unten drückt, wobei die in dem Förderzylinder 8 befindliche Druckflüssigkeit so
stark komprimiert wird, daß die Dämpfe, die sich möglicherweise gebildet haben,
kondensiert werden. Gleichzeitig wird die Druckflüssigkeit über das Rückschlagventil
12 in den Förderzylinder 10 der Förderpumpe getrieben. Die beiden Rückschlagventile
7 und 12 verhindern, daß Flüssigkeitsmengen in unerwünschter Weise zurücktreten
könnten. Durch die Anschlagspindel 20 kann die gewünschte Füllmenge-genau eingestellt
werden, wozu man neben der Anschlagspindel 20 zweckmäßigerweise eine in der Zeichnung
nicht dargestellte Skala des Inhaltes vom Förderzylinder 10 ~anbringt.
-
Die Vorrichtung nach dem beschriebenen Beispiel hat den großen Vorteil,
daß sie ganz ohne Elektrizität und dadurch ohne Funkenbildung arbeitet. Steuerung
und Antrieb erfolgen ausschließlich durch in einem Nebenraum erzeugte Preßluft,
so daß Explosionen von Druckflüssigkeiten, z. B. bei Austreten derselben
aus
einer undichten Rohrverbindung, ausgeschlossen sind. Die Arbeitsweise ist durch
Fortfall komplizierter Hubeinstellungen, z. B. veränderlicher Kurbelgetriebe, außerordentlich
einfach. Der die Maschine bedienende Arbeiter hat nichts weiter zu tun, als den
Aerosolbehälter 30 auf den Teller 31 zu setzen und den Knopf 35 zu drücken, wodurch
der Aerosolbehälter 30 mit der Ventilöffnung 29 in die Einführöffnung 28 des Fülikopfes
25 druckdicht eingeführt wird. Nunmehr betätigt er das Fußpedal, wodurch die sich
im Förderzylinder 10 befindliche Menge der Druckflüssigkeit in den Aerosolbehälter
30 gepreßt wird. Läßt er nunmehr den Knopf 35 sowie die Fußpedalplatte los, so sinkt
der Teller 31 in seine Ausgangsstellung zurück, und der gefüllte Aerosollbehälter
30 kann nunmehr entnommen werden. Gleichzeitig hat sich in der schon beschriebenen
Weise der Förderzylinder 10 der Dosierungspumpe D erneut mit neuer Druckflüssigkeit
gefüllt, und zwar genau mit derjenigen Menge, die mittels der Anschlagspindel 20
eingestellt wurde. Das Spiel kann nunmehr von neuem beginnen.
-
Es ist vorteilhaft, den Durchmeser des Kolbens 15 wesentlich größer
als den des Kolbens 16 zu machen.
-
Beträgt das Verhältnis der beiden Oberflächen beispielsweise 4:1
und hat die durch die Leitung 14 einströmende Preßluft einen Druck von 10 atm, so
wird im Förderzylinder 10 ein Druck von 40 atm erzeugt, der eine rasche Füllung
durch die feinen inneren Öffnungen des nicht gezeichneten Ventilmechanismus des
Aerosolbehälters 30 erlaubt.
-
Anstatt der im dargestellten Ausführungsbeispiel intermittierend
arbeitenden Vorpumpe kann man auch eine kontinuierlich arbeitende Pumpe, z. B. eine
Kolbenpumpe, Rotationspumpe oder Membranpumpe, verwenden. In einem solchen Fall
muß die kontinuierlich arbeitende Pumpe mit einer Rückflußeinrichtung, z. B. einem
sogenannten By-Paß, versehen sein, damit die über die eingestellte Dosierungsmenge
hinaus geförderte Druckflüssigkeit in den vor der Vorpumpe liegenden Raum zurückfließen
oder ausweichen kann.
-
Auch diese Pumpen müssen selbstverständlich die Druckflüssigkeiten
auf einen solchen Druck bringen, daß keine Dampfbildung eintreten kann, die zu einer
ungenauen Dosierung führen würde.
-
Die Praxis hat gezeigt, daß ein sanftes Ansteigen des Verbundkolbensystems
2, 3, 4 einen Überschuß an Gasbildung im Förderzylinder 8 verhindert. Aus diesem
Grunde ist der Antriebsteil der kontinuierlich arbeitenden Vorpumpe mit einer an
sich bekannten Geschwindigkeitsreguliervorriohtung versehen.
-
Die Vorrichtung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens könnte
in ihren Einzelheiten auch anders als gezeichnet ausgebildet sein, ohne daß dadurch
das Wesen der Erfindung beeinträchtigt würde.