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Automatische Einfüllvorrichtung für dosierte Mengen einer leicht flüchtigen
Flüssigkeit, insbesondere eines Kühlmediums, in ein hermetisch geschlossenes System
Die Erfindung betrifft eine automatische Einfüllvorrichtung für dosierte Mengen
einer leicht flüchtigen Flüssigkeit, insbesondere eines Kühlmediums, in ein hermetisch
geschlossenes System.
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Das Einfüllen einer leicht flüchtigen Flüssigkeit, deren Sattdampfspannung
bei normaler Außen- oder Zimmertemperatur höher als der atmosphärische Druck ist,
in ein hermetisch geschlossenes System, dessen Dichtigkeit gewährleistet sein muß,
erfordert eine große Genauigkeit in der Dosierung der zugeführten Füllflüssigkeitsmenge,
weil der hermetische Abschluß des Systems eine spätere Regulierung der Einfüllmenge
nicht zuläßt. Aus diesem Grunde ist es erforderlich, insbesondere bei Kühlanlagen
oder Kühlleitungen die richtig dosierte Menge des Kühlmediums einzubringen. Die
gleiche Notwendigkeit besteht beispielsweise beim Füllen von Feuerlöschern, Duftzerstäubern,
Sprühapparaten für Insektenvertilgungsmittel und anderen Geräten, bei denen eine
leicht flüchtige Flüssigkeit entweder als Behandlungsmittel oder als Mittel zur
Bildung einer Aufiageschicht oder als Antriebsmittel verwendet wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine den vorgenannten Zweck
erfüllende automatische Einfüllvorrichtung zu schaffen, die auf Grund ihrer vollautomatischen
Wirkungsweise ein Höchstmaß an Füllgenauigkeit gewährleistet, einfach zu handhaben
ist und ein rationelles, rasches Arbeiten ermöglicht.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Einfüllvorrichtung,
die gekennzeichnet ist durch zwei in unterschiedlichen Höhenlagen angeordnete Dosierbehälter,
bei denen der Boden des oberen Dosierbehälters oberhalb der Decke des unteren Dosierbehälters
liegt, die unteren und die oberen Enden der Dosierbehälter durch je eine Rohrleitung
mit in die untere Rohrleitung eingeschaltetem, automatisch gesteuertem Durchflußventil
verbunden sind und der obere Dosierbehälter durch eine ebenfalls ein automatisches
Durchflußventil enthaltende Rohrleitung an einen Füllflüssigkeitsvorratsbehälter
angeschlossen ist, und ferner durch eine mit dem unteren Dosierbehälter verbundene
Kupplungseinrichtung, die einen durch Druckluft entgegen der Kraft einer Feder verschiebbaren
Kolben, eine am Kolben sitzende äußere Gabel für die Betätigung eines Ringes zum
luftdichten Ankuppeln der Einrichtung an eine Manschette des hermetisch geschlossenen
Systems, und in der die Druckluft zuführenden Leitung ein automatisch gesteuertes
Ventil aufweist.
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Die Einfüllvorrichtung nach der Erfindung und Einzelheiten zu ihrer
vorteilhaften Ausbildung werden nachstehend an Hand der Zeichnungen, die ein
Ausführungsbeispiel
darstellen, näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung eines
hermetisch abgedichteten Kühlsystems, Fig. 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Einfüllvorrichtung, die insbesondere bei dem System nach F i g. 1 Anwendung finden
kann, und F i g. 3 eine schematische Darstellung einer Pistole zur Herstellung der
Verbindung mit dem System nach Fig. 1.
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In den Zeichnungen ist in F i g. 1 ein hermetisch abgedichtetes Kühlsystem
dargestellt, dessen Kompressor 21 durch eine Leitung 22 mit einem automatischen
Ventil 23 verbunden ist, mit dem sich der Anschluß des Systems an ein Kühlmittelfüllgerät
und die Trennung des Systems am Schluß des Füllvorganges praktisch in wenigen Augenblicken
bewerkstelligen lassen.
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Das Füllgerät, das vorteilhaft in Schrankform ausgeführt ist, weist
eine Kühlmittelzuführungsleitung 7 auf, die von einem nicht dargestellten, unter
konstantem Druck stehenden Reservoir ausgeht. Diese Leitung führt zu einer Entwässerungsvorrichtung
8. In F i g. 2 der Zeichnung sind zwei Entwässerungsaggregate vorgesehen, weil es
möglich sein muß, daß ein Entwässerungsaggregat ausgewechselt wird, ohne daß der
Betrieb des Füllgerätes unterbrochen wird. Vor
und hinter den Entwässerungsaggregaten
8 sind Absperrventile angeordnet. Das entwässerte Kühlmedium durchläuft zunächst
ein Absperrventil 9, dann einen die manuelle Regelung der Strömungsmenge ermöglichenden
Hahn 10 sowie ein automatisch gesteuertes Durchflußventil 11 und gelangt in einen
Dosierbehälter 1. Dieser Dosierbehälter enthält einen Schwimmer 5, der das Lichtstrahlenbündel
unterbrechen kann, das auf die das Schließen des automatischen Ventils 11 steuernde
photoelektrische Zelle 12 fällt. Wenn das die photoelektrische Zelle 12 erregende
Lichtstrahlenbündel unterbrochen, d. h. die Zelle 12 verdunkelt wird, wird gleichzeitig
die das Lichtstrahlenbündel erzeugende Lichtquelle 25 abgeschaltet.
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Das obere Ende des Dosierbehälters 1 steht im Bereich der Dampfphase
des Kühlmediums über eine Leitung 4 mit einem ähnlichen, tiefer angeordneten Dosierbehälter
2 in Verbindung.
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Die Dosierbehälter 1 und 2 sind auch im Bereich der Flüssigphase
miteinander verbunden, und zwar über eine Leitung 3, die einen Hahn 13 zur Regelung
der Strömungsmenge und ein automatisch gesteuertes Durchflußventil 14 aufweist.
Das Schließen des Ventils 14 wird durch eine photoelektrische Zelle 15 gesteuert,
deren Erregungslichtstrahlenbündel von einem Schwimmer 6 unterbrochen werden kann.
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Der Schwimmer 6 dient darüber hinaus dazu, in seiner in Fig.2 dargestellten
unteren Stellung das eine weitere photoelektrische Zelle 18 erregende Lichtstrahlenbündel
zu unterbrechen. Diese Zelle 18 steuert die Einstellung eines automatischen Dreiwegeventils
19. über das ein Rückhubkolben 20 mit Druckluft beaufschlagt wird und das mit einer
ins Freie gehenden Austrittsöffnung 24 versehen ist.
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Die im Dosierbehälter 2 enthaltene Menge des Kühlmediums kann durch
eine flexible Leitung 16 bis zur Manschette 17 fließen. Die Manschette 17 ist an
einer Pistole angeordnet, deren Drücker 34 betätigt wird. wenn die Verbindung mit
der Manschette 23 des zu füllenden Systems hergestellt werden soll.
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F i g. 3 zeigt die Pistole in schematischer Ansicht.
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Die Leitung 16 zur Zuführung der Füllflüssigkeit ist an die Manschette
17 angeschlossen. Eine zweite Leitung 33 dient zur Zuführung von Druckluft bis zum
automatischen Dreiwegeventil 19, das im Handgriff der Pistole untergebracht ist.
Der mit dem Kolben 36 fest verbundene oder einteilig hergestellte Rückhubkolben
20 ist im Pistolenkörper angeordnet.
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Er befindet sich in einem Zylinderraum 41, in dem er sich mit dem
Kolben 36 verschieben kann, und wird durch die Feder 37 nach vorn gedrückt. Das
außerhalb des Pistolenkörpers befindliche Ende des Kolbens 36 trägt eine Gabel 38,
die einen die Manschette 17 umgebenden Ring 39 umfaßt.
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Die vom Ventil 19 kommende Druckluft kann in den Zylinderraum 41
im Bereich des Kolbens 36 eintreten. Beim Betätigen des Drückers 34 der Pistole
verden auf mechanischem Weg der Kolben 36 und der Ring 39 rückwärts bewegt, um mit
der Manschette 23 in Eingriff gebracht werden zu können. Die Manschette 23 nimmt
den Verriegelungszustand ein, wenn nach Loslassen des Drückers 34 der Kolben 36
mit dem Ring 39 wie der nach vom läuft. Mit der Arretierung35 wird ein Unterbrecher
betätigt, der den Relaisstromkreis des Füllgerätes schließt und die Dosierung der
für die nächste Füllung erforderlichen Füllflüssigkeitsmenge ermöglicht.
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Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist wie folgt: Wenn eine Füllung
durchgeführt werden soll, ist der Dosierbehälter 1 mit Füllflüssigkeit gefüllt.
Der Schwimmer 5 hat die photoelektrische Zelle 12 verdunkelt, die das Schließen
des Ventils 11 und das Erlöschen der Lichtquelle 25 zur Erzeugung des die Zelle
12 erregenden Lichtstrahlenbündels bewirkt hat.
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Die Lichtquelle 27 zur Erregung der Zelle 15 ist erloschen. Demzufolge
ist das Durchflußventil 14 geschlossen und der Dosierbehälter 2 leer und hat der
Schwimmer 6 das die Zelle 18 erregende Lichtstrahlenbündel unterbrochen. Somit ist
auch die Lichtquelle 26 zur Erregung der Zelle 18 abgeschaltet, die das automatische
Ventil 19 geöffnet und ein Verzögerungsrelais unter Spannung gesetzt hat. Beim Betätigen
des Drückers 34 werden der Kolben 36 und der Rückhubkolben 20 durch Druckluft zurückgeschoben,
wobei die Gabel 38 und der Ring 39 mitgenommen werden. Bei diesem Vorgang wird die
Patrizenmanschette 23 des gefüllten Systems entriegelt und wird die Pistole abgestoßen,
und zwar unter der Doppelwirkung der Ausdehnung einer in der Manschette 17 gelagerten
Feder und der Restmengen des Druckmittels. die in dem sehr begrenzten Raum noch
vorhanden sind, der die beiden Manschetten voneinander trennt. Das erwähnte Verzögerungsrelais
bewirkt das Schließen des Ventils 19 und das Öffnen der Austrittsöffnung 24, wobei
die in dem zylindrischen Raum 41 enthaltene Luft durch den Kolben 36 unter Wirkung
der sich entspannenden Feder 37 nach außen verdrängt und der Ring 39 wieder nach
vorn zurückgeführt wird. Das Verzögerungsrelais schaltet außerdem die Lichtquelle
27 zur Erregung der Zelle 15 ein, die ihrerseits das Öffnen des automatischen Ventils
14 herbeiführt.
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In diesem Augenblick erfolgt die Dosierung der Füllflüssigkeitsmenge
dadurch, daß die Füllflüssigkeit aus dem Dosierbehälter 1 in den tiefer angeordneten
Dosierbehälter 2 bei konstanter Spannung des gesättigten Dampfes, bei konstanter
Temperatur und bei konstantem Volumen einfach durch Schwerkraftwirkung hineinfließt.
Das Abmessen der Füllflüssigkeitsmenge erfolgt in der sehr kurzen Zeitspanne, die
vom Abstoßen der Pistole am Schluß eines Füllvorganges bis zum Ansetzen der Pistole
an das nächste zu füllende System dauert.
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Wenn der Schwimmer 6 die Zelle 15 verdunkelt, bewirkt er das Schließen
des Ventils 14 und das Erlöschen der Lichtquelle 27. Das Gerät ist nunmehr zur Abgabe
einer neuen Füllung bereit. Die Bedienungsperson umfaßt den Handgriff der Pistole
und betätigt dabei den Drücker 34 und die Arretierung 35.
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Der Drücker 34 läßt den Kolben 36 und die Gabel 38 unter Mitnahme
des Ringes 39 zurücklaufen. Es ist nunmehr möglich. die Manschette 23 des nächsten
zu füllenden Systems mit der Manschette 17 zum Eingriff zu bringen, während bei
jeder der beiden Manschetten ein Ventil vollständig geschlossen ist. Die Ventile
öffnen sich erst dann, wenn die beiden Manschetten miteinander in Verbindung gebracht
sind.
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Beim Loslassen des Drückers 34 entspannt sich die Feder 37, und der
Ring 39 wird wieder nach vorn zurückgeführt und verriegelt somit die Manschette
23. Die Füllflüssigkeit kann nunmehr in das zu füllende System fließen.
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Die Arretierung 35 steuert die Erregung der die Einschaltung der
beiden L.ichtquellen 25 und 26 bewirkenden Relais. Die Zellen 12 und 18 treten dann
in
Tätigkeit. und die Zelle 12 führt das Öffnen des Ventils 11 herbei. Im Füllgerät
werden das Füllen des Dosierbehälters 1 und das Entleeren des Dosierbehälters 2
gleichzeitig durchgeführt. Diese beiden Vorgänge können durch Regelung des Hahns
10 mit der gleichen Geschwindigkeit erfolgen. Da die beiden Behälter 1, 2 über die
Leitung 4 miteinander in Verbindung stehen, stehen sie unter dem gleichen Druck
und weisen die gleiche Temperatur auf.
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Am Schluß des Füllvorganges verdunkelt der Schv:immer 5 die Zelle
12 und bewirkt dadurch das Erlöschen der Lichtquelle 25 sowie das Schließen des
Durchflußventils 11. während der Schwimmer 6 die Zelle 18 verdunkelt und demzufolge
das Erlöschen der Lichtquelle26, das Öffnen des Ventils 19, die Erregung des Verzögerungsrelais
und das Abstoßen der Pistole herbeiführt.
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Alle Arbeitsvorgänge, insbesondere die Dosierung der Füllflüssigkeitsmenge
durch Umfüllen aus dem Dosierbehälter 1 in den Dosierbehälter 2 und das Einbringen
der Füllflüssigkeit in das zu füllende System laufen unter dem gleichen Druck ab,
d. h. unter dem von dem Füllflüssigkeitsreservoir gelieferten Druck. Der Hahn 10
ermöglicht die Regelung der Geschwindigkeit, mit der der Dosierbehälter 1 gefüllt
wird. Wenn diese Geschwindigkeit die gleiche ist, mit der die Füllflüssigkeit in
das zu füllende System fließt, bleibt das Flüssigkeitsvolumen in dem Füllgerät konstant;
der Betrieb des Füllgerätes erfolgt demgemäß unter isothermen Bedingungen.
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Die beschriebenen Anordnungen zeichnen sich durch eine große Betriebssicherheit
aus und verhindern alle betrieblichen Störungen, die einen Überschuß oder Mangel
an eingefüllter Füllflüssigkeit zur Folge haben können. Der Mangel an eingefüllter
Füllflüssigkeit wird dadurch vermieden, daß die abgemessene Füllflüssigkeitsmenge,
die durch die Hubstrecke des Schwimmers 6 in dem Dosierbehälter 2 bestimmt ist,
automatisch in den zu füllenden Apparat eingebracht wird. Der Überschuß an eingefüllter
Füllflüssigkeit wird durch das automatische Abstoßen der Pistole am Schluß des Füllvorganges
vermieden.
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Bei der beschriebenen Einfüllvorrichtung ist eine Genauigkeit von
zumindest 1 Volumprozent gewährleistet. Die Genauigkeit könnte durch Verwendung
von Dosierbehältern mit größerer Höhe und kleinerem Querschnitt noch erhöht werden.
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Die Stellung der photoelektrischen Zellen läßt sich in der Höhe beliebig
regeln; insbesondere gestattet die Relativstellung der Zellen 15 und 18 die Regelung
der an das zu füllende System zu liefernden Menge.
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Bei einer abgemessenen Menge zwischen 50 und 250 cm3 läßt sich die
Füllung von Systemen in einem beschleunigten Arbeitstempo von ungefähr 240 Arbeitsgängen
in der Stunde durchführen. Der Rauminhalt der Dosierbehälter kann innerhalb sehr
großer Grenzen unterschiedlich gewählt werden; die untere Grenze liegt in der Größenordnung
von Kubikzentimetern und die obere Grenze entspricht derjenigen. die den Dosierbehältern
gegeben wird, wobei der Strömungsquerschnitt für den flüssigen Füllstoff nach dem
Rauminhalt der Dosierbehälter und der gewünschten Ausflußgeschwindigkeit bemessen
ist, die sich mit Hilfe der Hähne 10 und 13 regeln läßt.
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Selbstverständlich muß die Leitung 4, die die beiden Dosierbehälter
1, 2 im Bereich der Dampfphase miteinander verbindet, einen ausreichenden Quer-
schnitt
haben. Das Füllgerät kann, wie bereits erwähnt, vorteilhaft in Schrankform ausgeführt
sein.