DE69322757T2

DE69322757T2 - Vorrichtung zum volumetrischen dosieren von produkten

Info

Publication number: DE69322757T2
Application number: DE69322757T
Authority: DE
Inventors: William S. Jr. Stone Mountain Ga 30087 Credle; Robert D. Iv Atlanta Ga 30306 Hughes
Original assignee: Coca Cola Co
Current assignee: Coca Cola Co
Priority date: 1992-06-05
Filing date: 1993-06-02
Publication date: 1999-07-22
Anticipated expiration: 2013-06-03
Also published as: FI945714A0; DK0607376T3; JP3672260B2; EP0607376A1; FI945714A7; AU4400193A; JPH07507527A; NO944687L; CA2135754C; KR950701883A; AU675952B2; DE69322757D1; ES2125337T3; KR100273945B1; US5381926A; BR9306480A; WO1993025465A1; EP0607376B1; NO944687D0; CA2135754A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Nachmischungs-Getränkeabgabeventil zur Abgabe von Konzentrat (wie z. B. Sirup) und Verdünnungsmittel (wie z. B. Sodawasser) in gesteuerten volumetrischen Verhältnissen. Spezieller betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einspeisen von dosierten Mengen von Sirup oder Konzentrat in gemessene Mengen von Verdünnungsmittel, das durch einen Verdünnungsmittel-Zufuhrkanal strömt.
Nachmischungs-Getränkeabgäbeventile geben typischerweise Sirup und ein Verdünnungsmittel, wie z. B. Kohlensäurewasser (Soda), gleichzeitig durch eine Mischdüse in einen Getränkebecher ab. Um das richtige Mischungsverhältnis zu erhalten, steuern gebräuchliche Ventile den Durchsatz des Sirups und Sodas oft unter Verwendung von von Hand einstellbaren Durchflußregelungen. Diese Durchflußregelungen erreichen nicht immer ein richtiges Mischungsverhältnis weil: eine Änderung im Durchsatz bei einem Fluid verursacht keine entsprechende Durchsatzänderung bei dem anderen Fluid; die Durchflußregelungen können jede für sich vor Ort jederzeit durch jedermann fehlerhaft eingestellt werden; und die Durchflußregelungen bleiben nicht in richtiger Einstellung über eine ausgedehnte Zeitdauer.
Man hat Versuche zur Lösung dieser Probleme unternommen, indem man die Sirup- und Verdünnungsmittel-Durchsätze miteinander koppelt. Bisher ist jedoch keines dieser Ventile vollständig erfolgreich gewesen. Drei Arten von "gekoppelten" Ventilen, die sich nicht als vollständig erfolgreich herausgestellt haben, werden nachstehend beschrieben.
Ein erster Typ von gekoppeltem Ventil ist ein Typ, der Sirup- und Sodadurchfluß mit Durchflußmessern überwacht und den Durchfluß in den jeweiligen Zufuhrkanälen mit pulsierenden Magnetspulen steuert. Dieser Ventiltyp hat sich als zu kom plex, zu kostspielig und häufig als unzuverlässig erwiesen.
Ein zweiter Typ von gekoppeltem Ventil verwendet hin- und hergehende Kolben, die miteinander gekoppelt sind, um den Sirup- und Sodadurchfluß zu steuern. Dieser Ventiltyp weist die Schwierigkeit auf, einen hohen Durchsatz in einer kleinen Baueinheit zu verwirklichen; erzeugt gelegentlich Getränketemperaturen, die zu hoch sind; und weist Probleme mit den Dichtungen auf, die die Sirup- und die Sodakammern trennen.
Ein dritter Typ von gekoppeltem Ventil schließt volumetrische Pumpdrehkammern ein, die mit einer gemeinsamen Welle mechanisch gekoppelt sind. Dieser Ventiltyp unterliegt Problemen mit dem Gleiten von Fluid durch die Vorrichtung und mit den Dichtungen, die die Sirup- und Sodakammern der jeweiligen Pumpkammern trennen.
Demgemäß gibt es im Stand der Technik einen Bedarf für eine verbesserte Vorrichtung zur Zufuhr von dosierten Volumina von Konzentrat und Verdünnungsmittel in gesteuerten Verhältnissen zur Mischstation einer Nachmischungs-Getränkeabgabevorrichtung.
Es ist aus der EP-A-0 322 253 bekannt, ein Nachmischungs- Getränkeabgabeventil bereitzustellen, umfassend: einen Ventilkörper, durch den hindurch ein Konzentratkanal und ein separater Wasserkanal verlaufen; eine Durchflußmesser-Einrichtung in dem Wasserkanal, um Signale zu erzeugen, die dem Volumen von Wasser entsprechen, das durch den Wasserkanal hindurchfließt; ein Magnetventil in dem Wasserkanal; eine volumetrische Saug- und Druckpumpe in dem Konzentratkanal, um für jeden Pumphub ein vorbestimmtes Volumen von Konzentrat von dem Abgabeventil abzugeben, und ein Magnetventil-Steuersystem, das ein Paar Magnetspulen einschließt, um den Betrieb der Pumpe zu steuern; und eine Steuereinrichtung, die in Wirkverbindung mit der Durchflußmesser-Einrichtung und mit dem Magnetventil-Steuersystem verbunden ist, um die Pumpe ansprechend auf gemessene Volumina von Wasser, die durch den Wasserkanal hindurchfließen, zu betreiben, wodurch ein vorbestimmtes Volumen von Konzentrat immer dann von der Pumpe abgegeben wird, wenn ein vorbestimmtes gemessenes Volumen von Wasser durch die Durchflußmesser-Einrichtung hindurchfließt.
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetventil-Steuersystem umfaßt: eine Einrichtung zum Schalten der Stromversorgung des Paars von Magnetspulen jedesmal, wenn das vom Durchflußmesser erzeugte Signal einen vorbestimmten Wert erreicht, und wobei die Steuereinrichtung beim Außerbetriebsetzen des Ventils die Information im Hinblick darauf speichert, welche von dem Paar von Magnetspulen mit Strom versorgt wurde.
Mindestens in einer bevorzugten Ausführungsform schließt die Pumpe eine Kammer, die durch eine Buchse aus Keramikmaterial gebildet ist, und einen aus Keramikmaterial gebildeten Kolben ein, der für eine Hin- und Her-Verschiebebewegung in der Buchse angebracht ist. Infolgedessen können die gegenüberliegenden Wände des Kolbens und der Kammer mit sehr engem Spiel hergestellt sein, so daß sie sich in engem Gleitkontakt befinden und es keinen Bedarf an irgendeiner zusätzlichen Dichteinrichtung zwischen ihnen gibt. Aus diesem Grund ist die Kolbenpumpe mit den Keramikkomponenten äußerst schnell reagierend und schnell ansprechend. Weiter gibt es keinen Bedarf an zusätzlichen dynamischen Dichtungen, die Abrieb und Haften unterworfen sind. Dynamische Dichtungen sind natürlich ein potentielles Problem weil: Sirupdrücke sind manchmal zu gering, um die Losreißreibung der Dichtungen zu überwinden; und Siruprezepturen verschiedener Arten bewirken, daß Dichtungen schwellen, wodurch größere Reibungskräfte erzeugt werden.
Ein Beispiel für einen Durchflußmesser zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung umfaßt: ein im Verdünnungsmittelkanal in Fluidverbindung angeordnetes Gehäuse, durch das das Ver dünnungsmittel hindurchfließt, ein Schaufelrad, das im Durchflußweg des Verdünnungsmittels im Gehäuse angeordnet ist und ansprechend auf den Durchfluß desselben drehbar ist, und eine Sensoreinrichtung zum Messen der Drehgeschwindigkeit des Schaufelrads und Erzeugen einer Folge von elektrischen Impulsen, die im Verhältnis zur Drehgeschwindigkeit des Schaufelrads beabstandet sind. Ein Zähler ist zum Zählen der elektrischen Impulse und Erzeugen eines Triggersignals vorgesehen, um die Ventileinrichtung zu einer entgegengesetzten ersten und zweiten Stellung zu schalten, wenn die gezählte Impulsanzahl eine Schwellenanzahl erreicht, die mit der Menge an Verdünnungsmittel des vorbestimmten Werts verknüpft ist.
Der Zähler kann entweder in der Fabrik oder vor Ort einstellbar sein, um das Verhältnis des Sirups zum Verdünnungsmittel, die vermischt werden, zu variieren.
Weiter wird der Bereich der Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung aus der im folgenden gegebenen ausführlichen Beschreibung ersichtlich. Jedoch versteht es sich, daß die ausführliche Beschreibung und speziellen Beispiele, obwohl sie bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen, lediglich zwecks Erläuterung gegeben werden, da verschiedene Änderungen und Abwandlungen im Geist und Bereich der Erfindung den Fachleuten aus dieser ausführlichen Beschreibung ersichtlich werden.
Die vorliegende Erfindung wird vollständiger aus der nachstehend gegebenen ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen verstanden, die lediglich zwecks Erläuterung gegeben werden und folglich für die vorliegende Erfindung nicht begrenzend sind.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die die Komponenten und den Betrieb der Vorrichtung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
Fig. 2 ist eine Draufsicht von oben auf eine bevorzugte Ausführungsform der volumetrischen Ventilvorrichtung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie 3-3 von Fig. 2;
Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie 4-4 von Fig. 2;
Fig. 5 ist ein schematisches Blockschaltbild des elektronischen Steuertafelteils von Fig. 1;
Fig. 6 ist eine zu Fig. 4 ähnliche Querschnittsansicht, die aber eine bevorzugte Ausführungsform zeigt, die einen Durchflußregler in der Sirupleitung einschließt;
Fig. 7 ist eine teilweise Querschnittsansicht wie in Fig. 6, die aber den zu einer anderen Stellung bewegten Durchflußregler zeigt;
Fig. 8 ist eine zu Fig. 3 ähnliche Querschnittsansicht, die aber einen bevorzugten Durchflußmesser zeigt;
Fig. 9 ist eine Endansicht des Durchflußmessers, die die Sensoren zeigt;
Fig. 10 ist eine Perspektivansicht des Schaufelrads;
Fig. 11 ist eine zu Fig. 8 ähnliche Querschnittsansicht, die aber eine alternative Ausführungsform zeigt, die eine einstellbare Durchflußregelung einschließt;
Fig. 12 ist eine graphische Darstellung, die einen kontinuierlichen Wasserstrom und intermittierenden Sirupstrom zeigt;
Fig. 13 ist eine schematische Ansicht, die das von der Düse gemäß der graphische Darstellung von Fig. 12 abgegebene Getränk zeigt;
Fig. 14 ist eine zu Fig. 12 ähnliche graphische Darstellung, die aber die Ergebnisse der Verwendung einer anderen Pumpe zeigt;
Fig. 15 ist eine zu Fig. 13 ähnliche Ansicht, die aber den Strom von Fig. 14 verwendet; und
Fig. 16 ist eine schematische Ansicht, die das Ventil dieser Erfindung auf einer Getränkeabgabevorrichtung zeigt.
Es wird nun auf Fig. 1 Bezug genommen. Dort ist eine volume trische Abgabepumpe 10 dargestellt, die eine zylindrische Buchse 12 und einen hin- und hergehenden verschiebbaren Kolben 16 umfaßt, der darin angeordnet ist. Der Kolben 16 unterteilt eine Pumpkammer 14, die durch die Buchse 12 begrenzt wird, in separate Teile 14A, 14B. In der schematischen Darstellung von Fig. 1 ist eine dynamische O-Ring-Dichtung 18 zwischen den Umfangsoberflächen des Kolbens 16 und den Innenwänden der Zylinderbuchse 12 vorgesehen. Wie im folgenden ersichtlicher wird, werden jedoch dynamische Dichtungen vermieden, indem man die Zylinderbuchse und den Kolben 16 aus Keramikmaterial herstellt, wobei sehr enges Spiel zwischen ihnen vorhanden ist. Mit der Pumpkammer in Verbindung stehen Fluideinlaßdurchgänge 20 und 22, die mit einer Sirup-Zufuhrleitung 24 verbunden sind. Ein von Hand betätigbares Ventil 26 ist im Kanal 24 vorgesehen, um den Sirupkanal nach Bedarf zu öffnen und zu schließen. Die Pumpe 10 weist Einlaß/Auslaß- Öffnungen PA und PB in Flüssigverbindung mit den Durchgängen 20 und 22 auf. Magnetventile SCA und SCB desselben Typs sind mit den Durchgängen 20 und 22 im Flüssigkeitskreislauf angeordnet. Jedes dieser Magnetventile ist ansprechend auf Steuersignale, die von einer elektronischen Steuertafel 46 über Steuerleitungen 52, 54 auf eine im folgenden zu beschreibende Weise erhalten werden, zwischen einer ersten und zweiten Stellung betätigbar. Wenn es sich in einer ersten Stellung befindet, ermöglicht jedes Ventil, daß Sirup vom Kanal 24 durch es hindurch in die Pumpkammer 14 fließt. Wenn es sich in einer zweiten Stellung befindet, ermöglicht jedes Ventil, daß Sirup von der Kammer 14 durch es hindurch in eine Mischdüse 44 fließt.
D. h., die Magnetventile SCA und SCB steuern den Austritt von Sirup aus den Pumpkammern 14A und 14B in Auslaßdurchgänge 38 und 40, die normalerweise in Flüssigverbindung mit der Mischdüse 44 mit einer Auslaßleitung 42 verbunden sind.
Eine Verdünnungsmittel- oder Sodazufuhrleitung 34 ist mit geeigneten Ventilen versehen, wie z. B. einem von Hand betä tigbaren Ventil 28 und einem Magnetventil 36. Ebenfalls in der Sodaleitung 34 ist ein Durchflußmesser 30 mit einem drehbaren Schaufelrad 32 und einem zugehörigen elektronischen Sensor zur Übermittlung von Signalen an eine elektronische Steuertafel vorgesehen, der den Durchsatz und folglich die Menge an Soda ermittelt, die durch den Kanal 34 während eines gegebenen Zeitintervalls fließt. Soda, das durch den Kanal 34, den Durchflußmesser 30 und die Magnetspule 36 fließt, fließt durch einen Kanalabschnitt 37 in eine Mischdüse 44, in der es mit Sirup gemischt werden kann, der von der Pumpe 10 abgegeben wurde.
Die elektronische Steuertafel 46, die verschiedene Formen annehmen kann, schließt elektronische Schaltungen zum Steuern des Betriebs des Systems von Fig. 1 ein. Sie ist mit dem Durchflußmesser 30 über eine Leitung 48; mit der Magnetspule 36 über eine Leitung 50 und wie oben angegeben mit den Magnetspulen SCA und SCB über die Leitungen 52 bzw. 54 verbunden. Einzelheiten der Steuertafel 46 werden in Verbindung mit Fig. 5 dargestellt und beschrieben.
Der Betrieb des in Fig. 1 dargestellten Systems wird nun beschrieben.
Die schematische Darstellung von Fig. 1 zeigt das System in seinem desaktivierten Zustand, bei dem sich die beiden Sirup- Magnetventile SCA und SCB in ihrer nicht mit Strom versorgten Stellung befinden und Sirup von im wesentlichen gleichem Druck vom Zufuhrkanal 24 durch die Durchgänge 20, 22 und Öffnungen PA, PB in die Kammern 14A, 14B auf entgegengesetzten Seiten des Kolbens 16 zugeführt wird. Der Kolben 16 ist in der Mitte der Kammer 14 gezeigt, aber wie unten beschrieben wird, bleibt der Kolben, bei welcher Stellung auch immer er sich befindet, stehen, wenn der Abgabebetrieb zu Ende gebracht ist und das Ventil desaktiviert ist. Um einen Abgabebetrieb zu beginnen, wird das Magnetventil 36 (beispielsweise) in eine mit Strom versorgte oder geöffnete Stellung aktiviert. Beide Handventile 26 und 28 sind ebenfalls geöffnet. Zu dieser Zeit befinden sich die Ventile SCA und SCB in entgegengesetzten Zustände, einem nicht mit Strom versorgten und einem mit Strom versorgten. Soda oder Verdünnungsmittel fängt dann an, durch den Durchflußmesser 30 zu fließen, wodurch bewirkt wird, daß sich das Schaufelrad 32 dreht. Die Drehung des Schaufelrads wird durch einen Sensor gemessen, der weiter im folgenden mit Bezug auf Fig. 3 zu beschreiben ist, und geeignete Impulssignale, die entsprechend dem Sodadurchsatz beabstandet sind, werden durch die Leitung 48 zur elektronischen Steuertafel 46 gesendet.
Wie in Fig. 5 dargestellt, kann die elektronische Steuertafel 46 unter anderem einen einstellbaren Zähler AC und ein Flipflop FF einschließen. Der Zähler AC zählt die vom Schaufelrad 32 und zugehörigen Sensor 30S erzeugten Impulse, die gemäß dem Durchsatz von Soda in der Leitung 34 proportional beabstandet sind. Der Zähler AC ist eingestellt, um ein Triggersignal zu erzeugen, wenn ein vorbestimmter Zählerstand (ein vorgegebener Schwellwert-Zählerstand) erreicht ist, der einer vorbestimmten Menge an Soda entspricht, die über einen gegebenen Zeitabschnitt fließt. Der Zähler AC kann auf jeden Sollwert eingestellt werden.
Sobald der Zähler den Schwellwert-Zählerstand, auf den er eingestellt ist, erreicht, erzeugt er ein Triggersignal am Flipflop FF, das seinen Zustand ändert, um entweder die Magnetspule SCA oder SCB mit Strom zu versorgen. In diesem Szenarium würde keine Energie durch die Leitung 52 zugeführt, und das Magnetventil SCA befindet sich in seiner nicht mit Strom versorgten ersten Stellung, um zu erlauben, daß Sirup durch den Durchgang 20 und die Öffnung PA in der Pumpkammer 12 in die Kammer 14A hineinfließt. Zu diesem Zeitpunkt würde der Kolben 16 angrenzend an das linksseitige distale Ende der Kammer 14 in der Zylinderbuchse 12 in der Darstellung von Fig. 1 angeordnet sein, und die Zufuhr von Sirup unter Druck durch den Durchgang 20 würde den Kolben 16 in Richtung auf die rechte Seite und das gegenüberliegende distale Ende der Zylinderbuchse 12 treiben, so daß jeglicher Sirup in der Kammer 14B aus der Öffnung PB durch das mit Strom versorgte Magnetventil SCB, die Durchgänge 40 und 42 und in die Mischdüse 44 gedrückt wird. Dieser Zyklus wird beim Erreichen jedes Schwellwert-Zählerstandes wiederholt. D. h., beim nächsten Zyklus wird die Magnetenspule SCB nicht mit Strom versorgt und in ihre erste Stellung geschaltet, und die Magnetspule SCA wird mit Strom versorgt und in ihre zweite Stellung geschaltet. Sirup fließt dann in die Kammer 14B hinein, wodurch der Kolben 16 in Richtung auf das linke distale Ende der Buchse 12 gedrückt wird, und Sirup wird aus der Öffnung PA durch das Ventil SCA zur Düse 44 gepumpt. Deshalb wird eine volumetrisch gemessene Portion Sirup mit dem Soda gemischt, welche in einem gesteuerten Verhältnis in die Mischdüse 44 hineinfließen. Jedesmal wenn ein vorbestimmter Zählerstand vom Zähler AC erreicht wird, bewirkt ein Triggersignal, daß das Flipflop FF seine Zustände ändert, daß es die Schaltzustände der Schalter SW1 und SW2 und die jeweiligen Stellungen der Magnetventile SCA und SCB umkehrt. Dies bewirkt, daß der Kolben 16 durch Sirup in Richtung auf das gegenüberliegende distale Ende der Kammer 12 vorwärtsgetrieben wird, von wo aus er lokalisiert wird, und eine weitere volumetrisch gesteuerte Portion Sirup an die Düse 44 abgibt.
Die Magnetventile SCA und SCB sind während eines Abgabezyklus immer in entgegengesetzten Zuständen eines ersten und zweiten Zustandes, wobei in einem Zyklus eines der Ventile in einer ersten Stellung gestattet, daß Sirup durch es hindurch in die Kammer fließt, die durch die Pumpbuchse 12 begrenzt wird, und daß das andere Ventil in einer zweiten und entgegengesetzten Stellung gestattet, daß Sirup aus der Pumpkammer von der entgegengesetzten Seite des Kolbens zur Mischdüse 44 fließt.
Im darauf folgenden Zyklus sind die Zustände der Ventile SCA und SCB entgegengesetzt.
Eine Ausführungsform der mechanischen Bauweise der Anordnung aus volumetrischem Ventil und Durchflußmesser, die in Fig. 1 dargestellt ist, ist in Einzelheiten in den Fig. 2 bis 4 gezeigt. Die Anordnung schließt einen Hauptverteilerblock 31 ein, der geeignete Hohlräume und Durchflußkanäle für verschiedene Teile des in Fig. 1 gezeigten Systems enthält. Eine Bodenplatte 33 ist am Block 31 befestigt, um den Durchflußmesser 30 und die Mischdüse 44 in miteinander in Verbindung stehenden Hohlräumen im Boden des Blocks 31 entfernbar aufzunehmen. Dies ist am besten in Fig. 3 gezeigt, die den Durchflußmesser 30 darstellt, der das Drehschaufelrad 32 und den Photosensor 30S umfaßt, die in einem Hohlraum im Boden des Blocks 31 in Flüssigverbindung mit dem Verdünnungsmittelkanal 34 angeordnet sind. Das von Hand betätigbare Ventil 28 ist auch in einem Befestigungsblock 29 am Eingangsende der Leitung 34 angebracht. Stromabwärts des Durchflußmessers 30 in der Leitung 34 befindet sich ein Soda-Magnetventil 36, das eine Spule 36C einschließt, die einen Stempel 36P aufweist, der in Wirkeingriff mit einem Ventilsitz 41 tritt, der eine Öffnung 43 umgibt. Direkt unterhalb der Öffnung 43 befindet sich eine Drosselschreibe 39 in Verbindung mit einem Durchflußdurchgang 37, der in Fluidverbindung mit einer ringförmigen Kammer 44A der Mischdüse 44 steht.
Mit Bezug auf Fig. 2 ist ersichtlich, daß der Sirupkanal 24 auch im Block 31 ausgebildet ist. Das von Hand betätigbare Ventil 26 ist angrenzend an das Eingangsende des Kanals 24 vorgesehen, um den Durchfluß von Sirup durch den Kanal 24 in Gang zu setzen oder anzuhalten. Der Kanal 24 steht in Verbindung mit den vertikalen Durchgängen 22 und 20, die durch die Magnetventile SCB bzw. SCA führen. Diese Magnetventile sind in Hohlräumen angeordnet, die im oberen Teil des Blocks 31 gebildet sind, und erstrecken sich nach oben in Eingriff mit einem Verteilerkopf für die, Dosierpumpe 10, wie in Einzelheit in Fig. 4 dargestellt ist. In diesem Verteilerkopf ist ein sich horizontal erstreckender Kanal enthalten, der Zweige 38 und 40 einschließt, die mit einem vertikalen Kanal 42 in Verbindung stehen, der sich vom Verteilerkopf durch den Block 31 in eine Kammer 44C in der Mischdüse 44 erstreckt. Der Zweig 38 weist eine in demselben gebildete Öffnung 76A auf, die einen Ventilsitz 74A um ihren Umfang begrenzt, der für eine Wirkverbindung mit einem Ventilelement 70A im Ende eines hin- und hergehenden Stempels 64A des Ventils SCA angeordnet ist. Der Zweig 40 weist eine in demselben gebildete ähnliche Öffnung 76B auf, die von einem Ventilsitz 74B umgeben ist, der im Ende eines Stempels 64B des Magnetventils SCB in Wirkverbindung mit einem Ventilelement 70B steht.
Der Pumpverteilerkopf schließt auch Eingangs/Ausgangs-Öffnungen PA, PB in Flüssigverbindung mit ringförmigen Kammern ACA und ACB bei den Enden der Pumpe 10 ein.
Die Magnetventile SCA und SCB sind im wesentlichen in der Bauweise und im Betrieb identisch. Das Ventil SCB ist im Querschnitt gezeigt, um die Details seiner Komponenten und der entsprechenden Komponenten des Ventils SCA zu veranschaulichen. Das Ventil SCB schließt eine elektromagnetische Spule 58B, einen Stempel 64B, eine Rückstellfeder 68B, Kanäle 66B in einer gerippten Oberfläche des Stempels 64B, ein erstes Ventilelement 70B in einem Ende des Stempels und ein zweites Ventilelement 62B in dem anderen Ende oder Bodenende des Stempels ein. Das Ventilelement 70B öffnet oder schließt die Öffnung 76B, und das Ventilelement 62B öffnet oder schließt eine von einem Ventilsitz 60B umgebene Öffnung im Durchgang 22 als Reaktion auf den Stromversorgungszustand des Ventils SCB. Das Ventil SCB und das Ventil SCA sind in Fig. 4 in ihrem nicht mit Strom versorgten Zustand gezeigt, aber im Betrieb würden diese Ventile immer in entgegengesetzten Zuständen sein. D. h., wenn sich der Stempel 64B des Ventils SCB oben in einer ersten Position befindet, würde sich der entsprechende Stempel 64A im Ventil SCA unten in seiner zweiten Position befinden.
Man kann sehen, daß, wenn sich die Magnetventile SCA und SCB in ihrem nicht mit Strom versorgten Zustand befinden, Fluiddurchflußwege beispielsweise zwischen dem Sirupkanal 24 durch den Durchgang 22, den Kanal 66B und der Öffnung PB zur ringförmigen Kammer ACB vorhanden sind, die in Fluidverbindung mit der Kammer 14 in der Pumpe 10 steht. Wenn der Stempel 64B mit Strom versorgt und nach unten gegen die Rückhaltefeder 68B bewegt wird, wird in einer zweiten Position der Durchgang 22 durch das Ventilelement 62B abgedichtet, und die ringförmige Kammer ACB im Ende der Pumpe 10 steht durch die Öffnung PB, die Öffnung 76B, den Durchflußzweig 40 und den vertikalen Kanal 42 mit der Kammer 44C der Mischdüse 44 in Verbindung.
Da das Ventil SCA mit dem Ventil SCB identisch ist, sind sein Betrieb und seine Durchflußwege zu und von der ringförmigen Kammer ACA der Pumpe 10 ebenso, wie mit Bezug auf das Magnetventil SCB beschrieben. D. h., wenn das Ventil SCA nicht mit Strom versorgt wird, fließt Sirup durch den Durchgang 20 und den Stempel des Magnetventils SCA durch die Öffnung PA in die ringförmige Kammer ACA und in die Pumpkammer 14. Im mit Strom versorgten Zustand des Magnetventils SCA fließt Sirup aus der Kammer 14 durch die ringförmige Kammer ACA, die Öffnung PA, die Öffnung 76A, den Durchflußzweig 38 und den vertikalen Kanal 42 in die Kammer 44C im Mischventil 44.
Die Bauweise der Pumpe 10 schließt ein äußeres zylindrisches Gehäuse 13 ein, das die Endverschlußstücke 17A, 17B einschließt, die so geformt sind, daß sie ringförmige Kammern ACA bzw. ACB begrenzen. Die Endverschlußstücke 17 schließen auch mittige Bohrungen 51A, 51B ein, um Halleffekt-Sensoren 50A, 50B aufzunehmen. Diese Sensoren sind mit Ausgangsdrähten 53A, 53B versehen, die mit der Steuertafel verbunden sind.
Die Sensoren 50A, 50B sind Annäherungsdetektoren, um festzustellen, ob der hin- und hergehende Kolben 16 während des Betriebs die jeweiligen Enden der Pumpkammer 14 erreicht. Magnete 52A, 52B sind in den distalen Enden des Kolbens 16 vorgesehen und werden durch eine Spiralfeder 54 räumlich getrennt. Diese Magnete 52A, 52B erzeugen Magnetfelder, die von den Halleffekt-Sensoren 50A, 50B jedesmal erfaßt werden, wenn sich die Magnete und deshalb der Kolben 16 in enger Nachbarschaft zu den Endwänden befinden, die die Pumpkammer 14 begrenzen. Die Sensoren 50A, 50B befinden sich in einer Schaltung mit einer Warnlampe WL und einer Prüflogik CL, die zur elektronischen Steuertafel 46 der Fig. 1 und 5 gehören, um Warnsignale zu erzeugen, wenn der Kolben 16 die Enden der Kammer 14 in der Pumpe 10 nicht erreicht. D. h., wenn die Pumpe nicht richtig arbeitet und der Kolben seine jeweiligen distalen Enden der Kammer 14 nicht erreicht, würde ein Warnsignal durch die Signallampe erzeugt werden, wie z. B. ein Aufleuchten der Signallampe, um eine Bedienungsperson zu informieren, daß der Konzentratdruck erhöht werden sollte. Die Prüflogikschaltung CL ist mit den Ausgängen des Flipflop FF verbunden, so daß sie feststellen kann, welche Magnetspule mit Strom versorgt wird, und deshalb, welcher der Sensoren 50A, 50B Signale von den Magneten 52A, 52B erhalten sollte.
Die Verschlußstücke 17A, 17B werden durch Abdeckplatten 15A, 15B, die in geeigneter Weise mit dem Gehäuse 13 verbolzt oder verschraubt sind, in den Enden des Zylinders 13 gehalten.
Die Pumpe 10 schließt eine verbesserte Bauweise ein, die eine aus Keramikmaterial gebildete Zylinderlaufbuchse 12 und eine aus Keramikmaterial gebildete zugehörige Kolbenbuchse 16C einschließt, die sich in engem Gleitkontakt mit derselben befindet. Die Buchse 16C weist gerippte Kanäle 56 auf. Jedoch sind keine dynamischen äußeren Dichtungen vorgesehen, weil die mit engem Spiel hergestellten jeweiligen Keramikteile selbstdichtend sind. Dies liefert eine bedeutende Verbesserung in der Zuverlässigkeit und Ansprechzeit für den hin- und hergehenden Kolben 16.
Der Betrieb der Ventil- und Durchflußmesser-Einheit der Fig. 2 bis 4 ist im wesentlichen derselbe, wie derjenige, der mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben wurde, wobei sich die selben Bezugszeichen auf dieselben Teile beziehen.
Wenn die Ventileinheit nicht in Betrieb gesetzt ist, wird keine Magnetspule mit Strom versorgt, und der Zähler AC von Fig. 5 ignoriert Impulse vom Photosensor 30S. Wenn die Ventileinheit in Gang gesetzt wird, finden gleichzeitig die folgenden Verrichtungen statt:
Die Soda-Magnetspule 36 wird mit Strom versorgt.
Der Zähler AC summiert die Impulse des Photosensors 30S, wobei er mit dem letzten Zählerstand der vorherigen Abfüllung beginnt. Wenn die gezählte Pulsrate kleiner ist als 100 pro Sekunde oder größer als 500 pro Sekunde, wird dies, nachdem das Soda-Ventil eine Sekunde lang in Betrieb gesetzt worden ist, durch einen Ratendetektor RD und einen Grenzwertvergleicher LC von Fig. 5 erfaßt, und ein Warnlicht WL wird eingeschaltet, um eine Bedienungsperson zu warnen, daß sich der Sodadurchfluß nicht innerhalb zulässiger Grenzen befindet. Vorzugsweise ist das Warnlicht dasselbe Warnlicht, das durch die Halleffekt-Sensoren 50A, 50B einschaltbar ist, aber es wird in einem nicht blinkenden Mode betrieben, um es von Signalen von den Halleffekt-Sensoren zu unterscheiden. Die selektive Inbetriebsetzung des Warnlichtes SL in einem blinkenden Mode oder nicht blinkenden Mode wird durch einen Warnsignalerzeuger von irgendeiner geeigneten Bauweise gesteuert.
Die Sirup-Magnetspule, die von der vorhergehenden Abfüllung mit Strom versorgt wurde (SCA oder SCB), wird mit Strom versorgt, während die andere Sirup-Magnetspule weiterhin nicht mit Strom versorgt wird.
Nachdem ein vorbestimmter Schwellwert-Zählerstand erreicht ist, finden gleichzeitig die folgenden Verrichtungen statt:
der Zähler AC wird zurückgesetzt und beginnt mit einer neuen Zählung;
die Sirup-Magnetspule, die mit Strom versorgt wurde (SCA oder SCB), wird nicht mit Strom versorgt;
die Sirup-Magnetspule, die nicht mit Strom versorgt wurde, wird mit Strom versorgt; und
wenn die Halleffekt-Sensoren 50A, 50B und die Prüflogik CL feststellen, daß der Sirup-Kolben 16 das Ende seines Hubs in der Pumpkammer 14 nicht erreicht hat, bevor der vorgegebene Schwellwert-Zählerstand erreicht ist, wird das Warnlicht WL in einem blinkenden Mode eingeschaltet.
Dieser Zyklus wird solange wiederholt, wie das Magnetventil 36 in Betrieb ist. Wenn das Magnetventil 36 außer Betrieb gesetzt wird oder nicht mit Strom versorgt wird, finden gleichzeitig die folgenden Verrichtungen statt:
der Zähler AC ignoriert Impulse vom Photosensor 30S;
keine Magnetspule wird mit Strom versorgt; und
die elektronische Steuertafel 46 merkt sich den letzten Durchflußmesser-Zählerstand und die letzte Sirup-Magnetspule, die mit Strom versorgt wurde.
Es wird nun Bezug auf die Fig. 6-10 genommen. Dort ist eine bevorzugte Ausführungsform eines Nachmischungs-Getränkeabgabeventils 100 dargestellt, das dem Ventil 10 von Fig. 4 ähnelt, außer daß das Ventil 100 auch einen Durchflußregler 102 in der Sirupleitung 24 einschließt und den Durchflußmesser 122 der Fig. 8-10 einschließt. Der Durchflußregler 102 ähnelt dem Durchflußregelungsgerät, das in den meisten Abgabeventilen verwendet wird, um das Verhältnis regelmäßig von Hand einzustellen, und schließt einen bewegbaren Kolben 104 ein, der in Fig. 6 durch eine Feder 106 zu seiner oberen Stellung hingedrückt wird und in einer Kammer 108 angeordnet ist, die durch ein Verschlußstück 110 verschlossen ist. Wenn der Druck stromaufwärts des Durchflußreglers ansteigt, wird der Kolben 104 nach unten gedrückt, wie in Fig. 7 gezeigt, wodurch eine Ausgangsöffnung 112 von der Kammer 108 etwas geschlossen wird und der Durchfluß verringert wird.
Der Durchflußregler 102 liefert die folgenden Vorteile. Mit Bezug auf die Fig. 12-15 zeigt Fig. 12 schematisch den Strom von Soda und Sirup während der Abgabe bei einem größeren Sirup-Durchsatz, und Fig. 14 zeigt den Zustand bei einem geringeren Sirup-Durchsatz. Fig. 13 zeigt schematisch die Abgabe aus einer Düse bei dem großen Sirup-Durchsatz von Fig. 12, und Fig. 15 zeigt den Zustand bei dem geringeren Sirup-Durchsatz von Fig. 14. Der in den Fig. 14 und 15 gezeigte Zustand wird wegen eines besseren Mischens und einer besseren Kundenakzeptanz und einer verbesserten Verhältnisgenauigkeit bevorzugt. Der Sirupdruck und der Durchsatz können mit der Zeit variieren; die Perioden hohen Durchsatzes erzeugen den weniger wünschenswerten Zustand, der in den Fig. 12 und 13 gezeigt ist. Die Verwendung des Durchflußreglers 102 löst dieses Problem und liefert stets den bevorzugten Zustand, der in den Fig. 14 und 15 gezeigt ist, ungeachtet von Druckvariationen stromaufwärts in der Sirupleitung. Der Durchfluß-(oder Druck-)Regler 102 liefert folglich die Vorteile einer verbesserten visuelle Akzeptanz des Abgabebetriebs, eines verbesserten Mischens, einer verbesserten Schaumhöhe, einer verbesserten Getränkequalität und eines verbesserten Carbonisierens.
Es wird nun auf die Fig. 8-10 Bezug genommen. Dort ist der bevorzugte Durchflußmesser 122 für das bevorzugte Abgabeventil 120 gezeigt. Der Durchflußmesser 122 ist im Sodakanal 34 drehbar gelagert und schließt ein Gehäuse 124, ein integrales einstückiges Formschaufelrad 126 und einen Sensor 128 ein, der einen Lichtsender 130 und einen Lichtempfänger 132 einschließt. Das Schaufelrad schließt sechs Schaufeln 134 und eine Achse 136 ein. Jede Schaufel schließt eine Speiche 138 und ein Blatt (Schaufel) 140 ein. Die Speichen unterbrechen den Lichtstrahl. Die Speichen sind vorzugsweise einem Achsenende des Schaufelrads benachbart, und die Blätter erstrecken sich in axialer Richtung von demselben in Richtung auf das andere Ende des Schaufelrads.
Es wird nun auf Fig. 11 Bezug genommen. Dort ist eine Ausfüh rungsform dieser Erfindung dargestellt, die für einen von Hand einstellbaren variablen Durchsatz sorgt. Bekannte Abgabeventile arbeiten bei einem einzigen Durchsatz, wie z. B. entweder 1-1/2 Unzen/Sekunde [ounces/second], 3 Unzen/Sekunde oder 4,5 Unzen/Sekunde und weisen Durchflußregelungen auf, um die Durchsätze um eine geringe Menge anzupassen, wenn sich die Ration verschiebt oder außerhalb der Spezifikationen kommt. Jedoch können bekannte Ventile nicht durch eine einfache Handeinstellung von einer Art Durchsatz zu einer anderen geschaltet werden. Das Ventil dieser Erfindung kann es, d. h., es kann beim Standdurchsatz von 1-1/2 Unzen/Sekunde oder dem schnellen Durchsatz von 3 Unzen/Sekunde oder den hohen Durchsätzen von 4-1/2 oder 6 Unzen/Sekunde abgeben.
Fig. 11 zeigt ein zu dem in den Fig. 6 und 8 gezeigten Ventil 100 identisches Ventil 150, außer daß das Ventil 150 auch eine von Hand einstellbare Schraube 152 einschließt, die von außerhalb des Ventils 150 einstellbar ist, um das konische Durchflußregelungselement 154 oder das Nadelventil axial hinein in die und heraus aus der Öffnung 156 der Durchflußscheibe 158 zu bewegen, um die Durchflußfläche durch die Öffnung 156 zu verringern bzw. zu vergrößern. Diese Einstellung kann auf eine Mannigfaltigkeit von anderen Weisen mechanisch und elektrisch durchgeführt werden und kann von außerhalb des Ventils oder innerhalb des Ventils wie gewünscht beispielsweise durch Austauschen der Durchflußscheiben durchgeführt werden.
Der Betrieb des bevorzugten Ventils 100, das in den Fig. 6-10 gezeigt ist, ist wie folgt. Wenn das Ventil 100 nicht in Betrieb gesetzt ist, um ein Getränk abzugeben, wird keine Magnetspule mit Strom versorgt, und der Zähler ignoriert Impulse vom Sensor. Wenn das Ventil 100 in Betrieb gesetzt ist, um ein Getränk abzugeben, finden gleichzeitig die folgenden Verrichtungen statt:
(a) die Soda-Magnetspule wird mit Strom versorgt;
(b) der Zähler summiert Photosensor-Impulse, indem er mit dem letzten Zählerstand der vorhergehenden Abfüllung beginnt. Wenn die Impulsrate nach Betreiben des Ventils 100 über eine Sekunde geringer als 100 pro Sekunde oder größer als 500 pro Sekunde ist, wird ein Warnlicht eingeschaltet (nicht blinkender Mode); und
(c) die Sirup-Magnetspule, die von der vorhergehenden Abfüllung zuletzt mit Strom versorgt wurde, wird mit Strom versorgt, während die andere Sirup-Magnetspule weiterhin nicht mit Strom versorgt wird.
Nachdem ein vorgegebener Zählerstand erreicht ist, finden gleichzeitig die folgenden Verrichtungen statt:
(a) der Zähler wird zurückgesetzt und beginnt mit einer neuen Zählung;
(b) die Sirup-Magnetspule, die mit Strom versorgt wurde, wird nicht mit Strom versorgt;
(c) die Sirup-Magnetspule, die nicht mit Strom versorgt wurde, wird mit Strom versorgt; und
(d) wenn die Sensoren feststellen, daß der Sirup-Kolben das Ende seines Hubs nicht erreicht hat, bevor der vorgegebene Zählerstand erreicht wird, wird ein Warnlicht eingeschaltet (blinkender Mode).
Diese Verrichtungen werden solange wiederholt, wie das Ventil 100 in Betrieb ist. Wenn das Ventil 100 außer Betrieb gesetzt ist, finden gleichzeitig die folgenden Verrichtungen statt:
(a) der Zähler ignoriert Impulse vom Photosensor;
(b) keine Magnetspule wird mit Strom versorgt; und
(c) die Steuertafel merkt sich den letzten Durchflußmesser- Zählerstand und die letzte Sirup-Magnetspule, die mit Strom versorgt wurde.
In der bevorzugten Ausführungsform der Fig. 6-10 beträgt die Anzahl von Zählimpulsen für ein 5 : 1-Verhältnis 68. Dies kann sich natürlich ändern, indem man verschiedene Abmessungen im Ventil 100 ändert. Das Ventil 100 dieser Erfindung liefert dadurch einen wichtigen Vorteil gegenüber bekannten Ventilen, daß es einen viel größeren Bereich von Verhältnissen bereitstellen kann, einschließlich sehr hoher Verhältnisse, wie z. B. 50 : 1, indem die verschiedenen Komponenten richtig dimensioniert werden. Die Elektronik in dieser Erfindung kann auch Portionssteuer- und Bestands-Information liefern, wenn gewünscht.
Fig. 16 ist eine schematische Ansicht einer Abgabevorrichtung 180, auf der sich das Ventil 100 befindet und die eine Wasserleitung 182 zur Abgabevorrichtung und einen Sirupbehälter 184 (wie z. B. eine Beutel-in-Box) und eine Pumpe 186, die mit der Abgabevorrichtung verbunden ist, aufweist.
Nachdem die Erfindung demgemäß beschrieben worden ist, ist es offensichtlich, daß dieselbe auf viele Weisen variiert werden kann. Derartige Variationen sollen nicht als Abweichung vom Geist und Umfang der Erfindung betrachtet werden, und alle derartigen Abwandlungen, die für einen Fachmann offensichtlich sein würden, sollen im Bereich der folgenden Ansprüche eingeschlossen sein. Beispielsweise können der Sirup und die Wasserströme einer Mischstation in der Düse zugeführt werden und gemischt abgegeben werden, oder sie können getrennt in den Becher abgegeben werden und dort gemischt werden. Das Verhältnis von Wasser zu Sirup kann in der üblichen Umgebung von 5 : 1 liegen oder kann leicht viel größer sein (wie z. B. 50 : 1), indem man hochkonzentrierten Sirup verwendet.

Claims

1. Nachmischungs-Getränkeabgabeventil umfassend:

einen Ventilkörper (31), durch den hindurch ein Konzentratkanal (20, 22, 24, 38, 40, 42) und ein separater Wasserkanal (34, 37) verlaufen;

eine Durchflußmesser-Einrichtung (30; 122) in dem Wasserkanal, um Signale zu erzeugen, die dem Volumen von Wasser entsprechen, das durch den Wasserkanal hindurchfließt;

ein Magnetventil (36) in dem Wasserkanal;

eine volumetrische Saug- und Druckpumpe (10; 100; 150; 160) in dem Konzentratkanal, um für jeden Pumphub ein vorbestimmtes Volumen von Konzentrat von dem Abgabeventil abzugeben, und ein Magnetventil-Steuersystem (52, 54), das ein Paar Magnetspulen einschließt, um den Betrieb der Pumpe zu steuern; und

eine Steuereinrichtung (46), die in Wirkverbindung mit der Durchflußmesser-Einrichtung und mit dem Magnetventil- Steuersystem verbunden ist, um die Pumpe ansprechend auf gemessene Volumina von Wasser, die durch den Wasserkanal hindurchfließen, zu betreiben, wodurch ein vorbestimmtes Volumen von Konzentrat immer dann von der Pumpe abgegeben wird, wenn ein vorbestimmtes gemessenes Volumen von Wasser durch die Durchflußmesser-Einrichtung hindurchfließt;

dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetventil-Steuersystem umfaßt: eine Einrichtung zum Schalten der Stromversorgung des Paars von Magnetspulen jedesmal, wenn das vom Durchflußmesser erzeugte Signal einen vorbestimmten Wert erreicht, und wobei die Steuereinrichtung beim Außerbetriebsetzen des Ventils die Information im Hinblick darauf speichert, welche von dem Paar von Magnetspulen mit Strom versorgt wurde.

2. Nachmischungs-Getränkeabgabeventil nach Anspruch 1, bei dem die Pumpe eine Kammer (14), die durch eine Buchse (12) aus Keramikmaterial gebildet ist, und einen aus Keramikmate rial gebildeten Kolben (16) einschließt, der für eine Hin- und Her-Verschiebebewegung in der Buchse angebracht ist.

3. Nachmischungs-Getränkeabgabeventil nach Anspruch 1 oder 2, weiter umfassend einen Durchflußregler (102) in dem Konzentratkanal (24) stromaufwärts von der Pumpe (10; 100; 150; 160).

4. Nachmischungs-Getränkeabgabeventil nach Anspruch 1, 2 oder 3, weiter umfassend eine einstellbare Durchflußregelung (152-158) in dem Wasserkanal (34, 37), um den Durchsatz von Getränk, das von dem Ventil abgegeben wird, zu regeln.

5. Nachmischungs-Getränkeabgabeventil nach Anspruch 4, bei dem die Durchflußregelung (152-158) von außerhalb des Ventils von Hand einstellbar ist.

6. Nachmischungs-Getränkeabgabeventil nach Anspruch 4 oder 5, bei dem sich die Durchflußregelung (152-158) in dem Wasserkanal (34, 37) stromabwärts von dem Magnetventil (36) befindet.

7. Nachmischungs-Getränkeabgabeventil nach Anspruch 4, 5 oder 6, bei dem die Durchflußregelung (152-158) ein axial bewegbares Nadelventil (154) ist, das in einer mittigen Öffnung (156) in einem Durchflußdichtungsring (158) in dem Wasserkanal angeordnet ist.

8. Nachmischungs-Getränkeabgabeventil nach einem vorangehenden Anspruch, bei dem die Steuereinrichtung (46) bei Inbetriebsetzen des Ventils dieselbe Magnetspule des Paars von Magnetspulen (SCA, SCB) mit Strom versorgt, die das letzte Mal mit Strom versorgt wurde.

9. Nachmischungs-Getränkeabgabeventil nach einem vorangehenden Anspruch, bei dem die Steuereinrichtung (46) eine Einrichtung zum Speichern des letzten Zählerstandes von der Durchflußmesser-Einrichtung (30; 122) bei Außerbetriebsetzen des Ventils einschließt.

10. Nachmischungs-Getränkeabgabeventil nach Anspruch 9, bei dem die Steuereinrichtung (46) bei Wiederinbetriebsetzen des Ventils mit dem Zählen bei dem Zählerstand beginnt, der bei Außerbetriebsetzen des Ventils gespeichert wurde.

11. Nachmischungs-Getränkeabgabeventil nach einem vorangehenden Anspruch, bei dem die Durchflußmesser-Einrichtung (30; 122) einschließt: ein einzelnes einstückiges Formschaufelrad (126), das mindestens sechs Schaufeln (134) und eine Achse (136) einschließt, wobei alle Schaufeln gleich sind und eine radiale Speiche (138), die einem Achsenende des Schaufelrades benachbart ist, und ein Blatt (140) einschließen, das sich axial von der Speiche in Richtung auf das andere Achsenende des Schaufelrades erstreckt.