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??Verfahren und Anordnung zum wahlweisen portionsmäßigen
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oder kontinuierlichen Abgeben und Mischen von unterschiedlichen Flüssigkeiten
in genauen Mengen und Mengenanteilen unabhängig von Schwankungen der Viskosität
und/oder eines etwaigen Vor- oder Fließdruckes" Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum wahlweisen portionsmäßigen oder kontinuierlichen Abgeben und Mischen von unter
schiedlichen Flüssigkeiten in genauen Mengen und Mengenanteilen unabhängig von Schwankungen
der Viskosität und/oder eines etwaigen Vor- oder Fließdruckes, z.B. von Konzentrat
und Wasser, bei dem eine erste Flüssigkeit, z.B. das Konzentrat, aus einem Vorrat
mit Hilfe eines im Vergleich zur abzugebenden Menge pro Zeiteinheit sehr kleinen
Pumpvolumen durch zyklische Veränderung des Pumpvolumens mit einer auf die Zeiteinheit
bezogen hohen Frequenz, insb. mit einer dem elektrischen Versorgungsnetz etwa entsprechenden
Frequenz'abgegeben wird.
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Ein Verfahren zum Abgeben und Mischen von viskosen Konzentraten oder
Sirup und karbonisiertem Wasser ist z.B. aus der DE-OS 25 59 651 bekannt. Hier wird
durch eine Steuereinrichtung
einer vorbestimmten begrenzten Menge
karbonisierten Wassers eine entsprechend vorbestimmte Menge an Sirup oder Konzentrat
zudosiert, um so z.B. in einem Getränkeautomat an Ort und Stelle hergestellte Mischgetränke
portionsweise, z.B. becherweise abgemessen abzugeben.
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Ferner ist es bekannt, zum Abgeben von viskosen Konzentraten von veränderlicher
Vikosität eine Dosiervorrichtung einzusetzen, bei der ein zur abgegebenen Menge
vergleichsweise kleines Pumpvolumen zyklisch mit einer dem elektrischen Versorgungsnetz
vergleichbaren Frequenz impulsartig verändert wird, so daß die abzugebende Menge
an Konzentrat durch die Zahl der zyklischen Veränderungen des Pumpvolumens bestimmt
wird, wobei der einzelne Zyklus und die damit erfolgende Volumenänderung des Pumpvolumens
mit größter Genauigkeit erfolgt (vgl. DE-OS 31 31 650). Durch die hohe Genauigkeit
sowohl der Änderung des Pumpvolumens und der Wiederholbarkeit dieser Änderung einerseits
und durch die hohe Genauigkeit der Netzfrequenz können Portionen unterschiedlicher
Größe allein auf dem Wege der Steuerung der Abgabezeitdauer mit großer Genauigkeit
abgegeben werden. Auch die Abgabe des Wassers aus dem Druckbehälter, insb. die Abgabe
karbonisierten Wassers aus einem Karbonisator kann in der Regel mit einer hohen
Genauigkeit erfolgen, so daß auch hier üblicherweise eine Abgabe durch Zeitsteuerung
der Abgabedauer möglich ist.
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Nachdem jedoch Dosiervorrichtungen für viskose Konzentrate der zuletzt
genannten Art auf dem Markt sind, die mit höchster Präzision arbeiten, macht sich
schon eine geringfügige Druckänderung innerhalb des Karbonisators und die dadurch
bedingte
geringfügige Änderung des abgegebenen Wasservolumens für
die Mischgenauigkeit bemerkbar. Dies gilt insb. dann, wenn man nach diesen Verfahren
Wasser und Konzentrat auch über längere Zeitdauer kontinuierlich abgeben möchte.
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Man kann zwar bei der Abgabe von Flüssigkeit aus einem Druckbehälter
eine große Mengengenauigkeit erzielen wenn man die abzugebende Menge tatsächlich
während der Abgabe mißt. Bei portionsweiser Abgabe von Wasser, das mit einer entsprechend
dosierten Portion an Konzentrat gemischt werden soll, wird so eine sehr hohe Mischgenauigkeit
erzielt. Da die Uberwachung der Mengenabgabe bei der Abgabe des Wassers jedoch zu
Schwankungen in der Abgabedauer pro Volumeneinheit Wasser führt, erhält man auf
diese Weise keine hohe Mischgenauigkeit bei kontinuierlicher Abgabe und Mischung
von Konzentrat und Wasser.
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Ähnliche Verhältnisse ergeben sich beispielsweise, wenn eine vorbestimmte
Menge Konzentrat, wie Kaffeekonzentrat, mit stets der proportional richtigen Menge
Wasser zusammengebracht und gemischt abgegeben werden soll. Hier treten ähnliche
Schwierigkeiten auf, wenn in dem Konzentratvorratsbehälter nicht stets der gleiche
Druck aufrechterhalten wird oder der Druck in der Abgabeleitung für das Wasser schwankt.
Entsprechendes gilt auch wenn sich die Viskosität des Konzentrates ändert. Auch
hier treten erhebliche Abweichungen von den Soll-Anteilen in der Mischung bei länger
anhaltender oder kontinuierlicher Abgabe auf.
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Ähnliche Schwierigkeiten treten auch bei der Herstellung flüssiger
Medikamente oder auf anderen technischen Bereichen auf, wo genau anteilige Mischungen
erforderlich sind. Man kann zwar die Schwankungen an Viskosität und am Druck durch
komplizierte und aufwendige Überachungssysteme so regeln, daß stets die gleichen
Ausgangsverhältnisse fAr beide Flüssigkeiten vorliegen. Derartige Systeme sind aber
nicht nur aufwendig sondern auch störanfällig und müssen selber ständig auf Funktionstüchtigkeit
hin üverwacht werden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahre-n5der eingangs näher bezeichneten
Art zum genau dosierten Vermischen mehrerer Flüssigkeitskompoflenten so weiterzubilden,
daß nicht nur die einzelnen Mengen zuverläsig und genau dosiert werden können, sondern
auch die Mengenanteile in der Mischung, und zwar unabhängig von der Viskosität der
Flüssigkeiten und unabhängig davon, ob eine Flüssigkeit oder die andere unterschiedlichen
Vordrücken oder Fließdrücken unterworden sind.
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Es ist ferner Aufgabe der Erfindung eine Anordnung zum Ausführen des
Verfahrens vorzusehen, die die bisher notwendigen komplizierten Überwachungs- und
Meßeinrichtungen vermeidet und besonders einfach und zuverlässig ausgebildet werden
kann und dennoch nicht nur die gewünschten Mengen, sondern auch die gewünschten
Mengenverhältnisse in der Mischung mit sehr großer Präzision einzuhalten erlaubt.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Abgabemenge pro Zeiteinheit
der zweiten Flüssigkeit, z.B. Wasser, bei der Ausgabe laufend gemessen und die Frequenz
der zyklischen Veränderung des Pumpvolumens in Abhängigkeit von dem Meßwert fortlaufend
moduliert wird.
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Dieses Verfahren läßt sich gleichermaßen für die portionsmäßige oder
für die kontinuierliche Abgabe in immer dem gleichen proportionierten Verhältnis
der Flüssigkeiten anwenden. Durch die zyklische Änderung des Pumpvolumens werden
etwaige Viskositätsänderungen der ersten Flüssigkeit vollständig ausgeschaltet.
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Durch die impulsmäßige Abgabe in zyklisch wiederholten kleinsten Mengen
läßt sich jede beliebige Portion der ersten Flüssigkeit als auch bei der kontinuierlichen
Abgabe eine hohe Mengengenau;igkeit einhalten. Die fortlaufende Messung der abgegebenen
Menge pro Zeiteinheit der zweiten Flüssigkeit macht die abgegebene Menge der zweiten
Flüssigkeit von Änderungen des Vor- oder Fließdruckes unabhängig. Es kann also gleichermaßen
direkt aus einer Zulaufleitung als auch aus einem Zwischenbehälter die zweite Flüssigkeit
abgegeben werden. Durch die Änderung der Zyklus frequenz für die zyklische Veränderung
des Pumpvolumens wird die viskositätsunabhängige Abgabe der ersten Flüssigkeit mengenmäßig
stets auf die pro Zeiteinheit sich ändernde Menge der abgegebenen zweiten Flüssigkeit
genau abgestimmt, so daß auch in der Mischung die Mengenanteile stets mit hoher
Genauigkeit in einem vorbestimmten Verhältnis gehalten werden können.
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Wird für die zweite Flüssigkeit in der Zulaufleitung ein Zwischenbehälter
vorgesehen, z.B. Heißwasserspeicher oder ein Druckkarbonisator oder ein Sterilisationsbehälter
oder dgl., so können die bisher notwendigen hohen Aufwendungen zur Aufrechterhaltung
eines etwa gleichbleibenden Flüssigkeitsstandes in dem Vorlaufgefäß auf einfache
Weise dadurch vermieden werden, daß die Nachspeisung der Flüssigkeit in das Vorlaufgefäß
in Abhängigkeit von der pro Zeiteinheit abgegebenen Menge der zweiten Flüssigkeit
gesteuert wird.
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Mit der neuen Maßnahme läßt sich auch auf sehr einfache Weise das
Anteilverhältnis der Flüssigkeiten in der Mischung rasch und mit großer Genauigkeit
ändern. Hierzu sieht die Erfindung vor, daß man zur Änderung des Verhältnisses der
Mengenanteile in der Mischung die Anzahl der zyklischen Veränderung des Pumpvolumens
je abgegebener Mengeneinheit der zweiten Flüssigkeit verändert. Wird also zur Veränderung
des Pumpvolumens eine vorbestimmte feste Grundfrequenz für den Änderungszyklus zugrundegelegt,
so kann einmal diese Grundfrequenz willkürlich geändert werden, um das Verhältnis
der Mengenanteile in der Mischung zu verändern, während zur Konstanthaltung des
eingestellten Mengenverhältnisses die Grundfrequenz in Abhängigkeit vom Meßwert
lediglich moduliert wird.
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Zum Ausführen des Verfahrens geht die Erfindung von einer Anordnung
aus, die eine Einrichtung zur Abgabe einer ersten Flüssigkeit aufweist, welche ein
zyklisch veränderbares Pumpvolumen und eine impulsartig arbeitende Betätigungseinrichtung,
wie
Elektromagnet, umfaßt, welche mit einer vorbestimmten Frequenz, insb. etwa entsprechend
der Netzfrequenz eines elektrischen Versorgungsnetzes, betreibbar ist, und die eine
Zuleitung für eine zweite Flüssigkeit besitzt. Diese Anordnung wird gemäß der Erfindung
durch die Kombination der folgenden Merkmale weitergebildet: der Zuleitung für die
erste Flüssigkeit wird eine die Menge pro Zeit messende Mengenflußmeßeinrichtung
zugeordnet, die ein der abgegebenen Menge pro Zeit proportionales Ausgangssignal
erzeugt. Dem Versorgungskreis der Betätigungseinrichtung zur zyklischen Veränderung
des Pumpvolumens wird eine Frequenz-Modulationseinrichtung zugeordnet, die durch
das Ausgangssignal der Mengenflußmeßeinrichtung steuerbar ist.
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Vorteilhafterweise ist dem Versorgungskreis eine Einstelleinrichtung
zugeordnet, mittels der die Anzahl der zyklischen Veränderungen des Pumpvolumens
je abgegebener Mengeneinheit an zweiter Flüssigkeit willkürlich verändert werden
kann.
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Wenn von einer Anordnung ausgegangen wird, bei der der Zuleitung für
die zweite Flüssigkeit ein Zwischenbehälter zugeordnet ist, der eine Einrichtung
zur Aufrechterhaltung eines vorbestimmten Flüssigkeitsstandes aufweist, sieht die
Erfindung vorteilhafterweise vor, daß die Einrichtung zur Erhaltung eines vorbestimmten
Flüssigkeitsstandes in dem Zwiscßenbehälter eine den Zufluß in Abhängigkeit von
dem Ausgangssignal der Mengenflußmeßeinrichtung steuernde Ventileinrichtung aufweist.
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Die Anordnung ist in ihrem Aufbau außerordentlich einfach und läßt
sich auch bei vorhandenen gattungsgemäßen Anordnungen leicht nachträglich ohne großen
Aufwand einbauen.
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Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß auf Seiten der ersten Flüssigkeit
die Abgabe durch eine beliebig einstellbare lange Folge von impulsartig abgegebenen
kleinsten Volumina erfolgt, während die Abgabe der zweiten Flüssigkeit unter laufender
Messung der pro Zeiteinheit abgegebenen Menge erfolgt und über das Meßergebnis die
Frequenz der impulsartig abgegebenen ersten Flüssigkeit verändert wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung
an einem konkreten Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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In der einzigen Figur sind die Dosiervorrichtung für das Konzentrat
und die Abgabeeinrichtung für das Wasser aus dem Druckgefäß zusammen mit den Steuereinrichtungen
wiedergegeben, die lediglich blockschaltartig dargestellt sind.
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Das viskose Konzentrat oder dgl. befindet sich in einem Vorratsbehälter
1, der zugleich auch als Transport und Lagerbehälter ausgebildet sein kann. Das
Wasser befindet sich in einem Druckgefäß 2. Hierbei kann es sich um einen Karbonisator
handeln, z.B. einen solchen wie ihn die DE-OS 25 59 651 oder die DE-OS 28 32 377
zeigt.
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Dem Vorratsbehälter 1 ist eine Dosiervorrichtung 3 zugeordnet. Diese
umfaßt eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung 4, die von einer Wechselstromquelle,
z.B. dem üblichen elektrischen
Versorgungsnetz 5 über eine nicht
dargestellte Schalteinrichtung gespeist wird.
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Die Betätigungseinrichtung 4 ist auf einen zylindrischen hohlen.
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Stutzen 6 aufgefädelt, der an die Abgabeöffnung des Behälters 1 abdichtend
angebracht werden kann. Der Stutzen 6 weist einen inneren buchsenartigen Einsatz
7 auf, der verschieblich in der Buchse angeordnet ist und einen Stopfen 8 enthält,
der Durchtrittsöffnungen für das Konzentrat aufweist, die durch ein Rückschlagventil
14 verschlossen werden können. Unterhalb des Teils 8 befindet sich ein kleines Pumpvolumen
von vorbestimmter Größe. Dieses wird nach unten durch ein Querstück 12 begrenzt,
welches Auslaßöffnungen aufweist, die durch ein zweites Rückschlagventil 13 verschlossen
werden können. Zwischen den Teilen 8 und 12 ist eine hohlzylindrische Membran 15
vorbestimmter Ausbildung eingespannt, welche eine relative axiale Bewegung der Teile
8 und 12 aufeinander zu und voneinander weg ermöglicht, wobei der mit 16 bezeichnete
axiale Bewegungsspielraum durch feste Anschläge zwischen den relativ zueinander
beweglichen Teilen begrenit ist. Unterhalb des Teils 12 schließt sich ein Boden
9 und ein Auslaufstutzen 10 an, durch den die abgegebene Menge in eine darunterliegende
Mischrinne 17 oder eine andere Mischeinrichtung ablaufen kann. Die Mischzone 17,
die beim dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, weist links in der Figur
einen Auslauf 18 für die Mischung und rechts den Zulauf für das karbonisierte Wasser
auf. Zu diesem Zweck ist zwischen dem Druckgefäß 2 und der Mischrinne 12 eine Druckminderungs-
und Ventileinrichtung 21 vorgesehen, aus der
das Wasser unter entspanntem
Druck, aber mit vorbestimmter Strömungsgeschwindigkeit in Richtung des Pfeiles 22
austritt.
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In dem Austrittsquerschnitt ist ein Meßrad 23 zur Messung des Mengenstromes
angeordnet. Dieser Mengenstrommeßeinrichtung ist eine Fühleinrichtung 24 zugeordnet,
die auf die Rotation des Meßrades 23 anspricht und ein dem Mengenfluß pro Zeiteinheit
proportionales Ausgangssignal erzeugt. Dieses Ausgangssignal wird einer Steuereinrichtung
25 zugeführt. An den einen Ausgang der Steuereinrichtung 25 ist eine Frequenz-Modulationseinrichtung
26 angeschlossen, welche in den Speisekreis der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung
4 eingeschaltet ist. Durch die Einrichtung 26 kann die die Betätigungseinrichtung
normalerweise steuernde Netzfrequenz nach oben oder nach unten moduliert werden
und zwar in Abhängigkeit von der pro Zeiteinheit abgegebenen Wassermenge.
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Um den Zustand im Druckgefaß 2 möglichst gleich zu halten ist eine
Frischwasser-Speiseeinrichtung vorgesehen, die ein entsprechendes Ventil 19 aufweist.
Die Betätigungseinrichtung 20 für das Ventil 19 ist an den zweiten Ausgang des Steuergerätes
25 angeschlossen, so daß die Betätigungseinrichtung 20 des Ventils 19 ebenfalls
in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal der Mengenflußmeßeinrichtung 24 gesteuert
wird. Auf diese Weise läßt sich der Wasserpegel innerhalb des Druckgefäßes 2 mit
großer Genauigkeit einhalten, ohne daß ein Schwimmer oder Pegelmeßsonden in dem
Druckgefäß angeordnet werden müssen.
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Da die Merkmale gemäß der Erfindung Einrichtungen sind, die lediglich
außen in den Steuerkreis der Anordnung eingreifen, ist ersichtlich, daß auch vorhandene
Anordnungen der in Frage stehenden Gattung leicht nachträglich gemäß der Lehre der
Anmeldung nachgerüstet werden können.
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DerMengenflußkann photoelektrisch über Infrarotmeßgeräte oder kapazitative
Dämpfung oder dgl. gemessen werden.
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Wie bei der beschriebenen Abgabe von karbonisierten Getränken läßt
sich die Anordnung auch zum Abgeben und Mischen von Flüssigkeiten verwenden, bei
denen statt eines Karbonisators ein anderer Zwischenbehälter im Zulauf für die zweite
Flüssigkeit vorgesehen ist. Dies gilt z.B. auch für die Herstellung von fließfähigen
Medikamenten oder anderen Nahrungs- und Genußmitteln.
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Die Erfindung läßt sich selbstverständlich auch dort anwenden, wo
der zweiten Flüssigkeit nicht nur eine erste Flüssigkeit mittels der zyklisch arbeitenden
Pump-Dosiervorrichtung zugegeben wird. Vielmehr ist ohne weitere Abwandlung die
Anordnung auch da anwendbar, wo der Grundflüssigkeit, nämlich der zweiten Flüssigkeit
beliebig viele weitere Medien in unterschiedlichen Anteilen zudosiert werden müssen.
Auch hier läßt sich mit gleichen Mitteln auf einfache Weise stets das gewünschte
Mengenverhältnis selbst bei kontinuierlicher Mischung mit großer Genauigkeit gewährleisten.
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Bei der Herstellung von Kaffeegetränken aus einem Kaffeekonzentrat
und heißem Wasser muß dafür Sorge getragen werden, daß sowohl im Konzentratbehälter
wie im Heißwasserbehälter stets gleiche Druckverhältnisse aufrechterhalten bleiben.
Bei kontinuierlicher Abgabe, bei der beispielsweise das Wasser über einen Durchlauferhitzer
erhitzt wird, treten Schwankungen auf, die nicht mehr gleichbleibende Mischungsanteile
gewährleisten.
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Bei Einsatz eines Heißwasserkessels als Zwischenbehälter müssen Regeleinrichtungen
vorgesehen werden, die den Wasserpiegel konstant halten. Will man auch nur Portionen
abgeben, bedarf es zusätzlicher Zeitschaltgeräte. Auch ist in beiden Fällen ein
entsprechender Druckminderer für die Wasserzufuhn erforderlich.
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Auch hier werden mit der Erfindung die auftretenden Probleme auf sehr
einfache Weise und unter Einsparung von Zeitschaltgeräten, Druckminderungen, Regeleinrichtungen,
wie Schwimmer oder Elektroden oder dgl. Schaltgeräte gelöst. Die Drücke im Zuleitungssystem
für das Wasser können in weiten Bereichen schwanken, da die impulsartige Dosierung
für das Konzentrat einen großen Modulationsbereich zuläßt.
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Die Anordnung arbeitet absolut sicher und ist daher auch für die chemische
Industrie oder die Arzneimittelindustrie aufgrund der hohen Genauigkeit und der
Zuverlässigkeit einsetzbar.
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Die Anordnung ermöglicht auch auf einfache Weise das Mischungsverhältnis
bzw Anteilsverhältnis in der Mischung leicht und
außerordentlich
rasch auf jeden gewünschten Wert einzustellen.