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Die
Erfindung betrifft Getränkespender.
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Getränkespender
liefern üblicherweise
eine verhältnismäßige Mischung
eines Getränkkonzentrats
und eines Verdünnungsmittels
und dies erfolgt üblicherweise
durch Regeln der Strömung
von zwei unter Druck stehenden Quellen von Konzentrat und Verdünnungsmittel.
Einige Konzentrate sind jedoch hochviskos und fließen nicht
leicht, wobei dies ein Problem darstellt, welches bei den niedrigen
Temperaturen, bei denen sie gespeichert werden, verstärkt wird.
Die Abweichungen der Viskosität
bedeuten, dass es schwierig ist, eine unter Druck stehende Strömung viskoser
Konzentrate genau zuzumessen, beispielsweise eines Orangensaftkonzentrats,
und um dies in wirksamer Weise zu tun, ist ein Druck erforderlich,
welcher sehr viel höher
ist als der üblicherweise
verwendet wird. Dieses Problem wird zu einem gewissen Maße durch
zur Zeit verfügbare
Saftspender gelöst,
die eine Pumpe positiver Verdrängung
benutzen, um das Konzentrat zu pumpen, wobei die Strömung des
Verdünnungsmittels
entsprechend geregelt wird.
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Ein
weiteres, mit der Viskosität
einiger Konzentrate verbundenes Problem besteht darin, dass sich
diese nicht leicht mit einem Verdünnungsmittel, beispielsweise
Wasser, mischen. Dies hat zwei nachteilige Wirkungen. Die erste
besteht darin, dass, wenn das Getränk in einen Behälter zum
Verbrauch ausgegeben wird, dann häufig ein Klumpen ungemischten
Konzentrats am Boden des Behälters
gefunden wird, welches für
den Verbraucher unangenehm ist. Zweitens wird wegen der Viskosität und des hohen
Zuckergehaltes der Saftkonzentrate das Konzentrat die Neigung zeigen,
an den inneren Bauteilen des Getränkespenders zu haften und es
lässt sich nicht
leicht durch einfaches Spülen
reinigen. Dies ist beispielsweise bei Orangensaftkonzentrat von
besonderer Bedeutung, welcher wegen des Bakterienwachstums hochgiftig
werden kann, wenn er über eine
lange Zeitspanne bei Raumtemperatur vorliegen kann. Ein weiterer üblicher
beitragender Faktor zu die sen beiden Problemen besteht in dem nicht
verwerfbaren Teil der Maschine, durch welche das Konzentrat (verdünnt oder
unverdünnt)
läuft.
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Es
gibt nach dem Stand der Technik zwei Systeme, welche ein hygienischeres
System zur Ausgabe des Konzentrats durch Verwendung teilweise entsorgbarer
Bauteile liefern. Diese bestehen in der Verwendung einer peristaltischen
Drehpumpe, deren verformbares Rohr einen einstückigen Teil des entsorgbaren
Konzentratreservoirs bilden und einer Pumpe positiver Verdrängung, welche
einen entsorgbaren Abschnitt umfasst, welcher mit dem Reservoir geliefert
wird, und einen nicht entsorgbaren Antrieb zum Hin- und Herbewegen
der Pumpe, welche Flüssigkeit
in den entsorgbaren Abschnitt ansaugt und aus diesem verdrängt, wie
dies in den
US-Patenten 5,114,047 und
5,154,319 gezeigt ist.
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Ein
entsorgbare Pumpen verwendendes System ist ebenfalls in der
WO 92/22493 beschrieben,
durch welches einige der mit hochviskosen Konzentraten verbundenen
Probleme vermieden werden, indem das Konzentratreservoir unter Druck
gesetzt wird. Hierdurch gibt es damit verbundene Probleme dadurch,
dass das Reservoir nicht mehr ein abgedichteter hygienischer Behälter ist.
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Peristaltische
Pumpen liefern eine vernünftige
Lösung,
jedoch weisen Probleme beim Pumpen von Flüssigkeiten höherer Viskosität auf und
da die Viskosität
von Saftkonzentrat in großem
Maße von dessen
Temperatur abhängig
ist, geben peristaltische Systeme häufig nicht eine korrekte ratiometrische
Mischung von Konzentrat zu Verdünnungsmittel bei
niedrigeren Temperaturen ab. Hinzu kommt, dass der Rohrteil der
Pumpe häufig
sich in eine permanente Form über
die Zeit verformt, so dass die volumetrische Ausgabe gegen das Ende
dessen Lebensdauer geringer ist als die am Beginn dessen Lebensdauer, was
wiederum die ratiometrische Mischung von Konzentrat zu Verdünnungsmittel
beeinflusst.
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Pumpen
positiver Verdrängung,
wie sie beispielsweise im
US
5,114,047 gezeigt sind, erzeugen eine konstantere ratiometrische
Mischung, wobei sie jedoch, da sie einen Füllzyklus und einen Ausgabezyklus
aufweisen, intermittierend eine Reihe von Klumpen des Konzentrats
in die Strömung
eines Verdünnungsmittels
aus geben. Dies unterstützt
nicht eine homogen verdünnte
Mischung, wobei es von großer
Bedeutung ist, dass das Getränk
eine geschichtete Erscheinung haben wird, wenn es aus dem Spender
austritt, da das Konzentrat intermittierend in den Strom des Verdünnungsmittels
ausgegeben wird. Diese geschichtete Erscheinung ist in hohem Maße unerwünscht, da
sie die Anerkennung der Qualität
des ausgegebenen Erzeugnisses durch den Verbraucher verringert.
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Ferner
wird es als nachteilig angesehen, dass die zur Zeit verfügbaren Systeme
bei ihrer maximalen Kapazität
arbeiten, um Saftkonzentrate bei der Viskosität zur Zeit verfügbarer Konzentrationsverhältnisse
auszugeben. Je niedriger das Konzentrationsverhältnis ist, desto höher ist
der Anteil des Wassers, welches es enthält, falls eine höhere Viskosität gegeben
ist, und folglich eine Flüssigkeit
höherer
Konzentration gepumpt werden und die mit dem Wassergehalt des Konzentrats
verbundenen Versandkosten können
gespart werden. Hinzu kommt, dass, je höher das Konzentrationsverhältnis ist,
desto größer die
Anzahl verdünnter
Getränke,
die aus einem Reservoir gleicher Größe produziert werden können, ist.
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Folglich
ist es Zweck dieser Erfindung, einen verbesserten hygienischen Getränkespender
zu schaffen, welcher fähig
ist, volumetrisch Konzentrate hoher Viskosität bei im Wesentlichen kontinuierlicher Strömungsmenge
zu pumpen.
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Gemäß einem
ersten Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zur Ausgabe
eines Getränks
nach dem Mischen vorgeschlagen, welches die folgenden Schritte umfasst:
Einsetzen in einen Spender einen Behälter eines Getränkekonzentrats, welcher
an eine Einweg-Pumpeneinheit angeschlossen ist, wobei die Einweg-Pumpeneinheit
ein Gehäuse
mit einer Oberfläche
umfasst, an welcher sich die Mündung
eines Hohlraums öffnet,
welcher in dem Gehäuse
ausgebildet ist, sowie eine Einlassöffnung für die Flüssigkeit, welche sich an der
Oberfläche nahe
der Mündung
des Hohlraums öffnet,
wodurch, wenn die Einlassöffnung
offen ist, Flüssigkeit
von der Einlassöffnung
in den Hohlraum über
dessen Mündung
strömen
kann, wobei eine flexible Membran dichtend an ihrem Umfang an der
Oberfläche
befestigt ist und den Hohlraum und die Einlassöffnung und Auslassöffnung für die Flüssigkeit überlagert,
wobei ein Flüssigkeitsströmungskanal
sich durch das Gehäuse
erstreckt und den Hohlraum mit der Auslassöffnung verbindet und eine flexible
Membran dichtend an ihrem Umfang befestigt ist und die Auslassöffnung überlagert,
wobei die Teile der flexiblen Membran, wo sie die Einlassöffnung bzw.
Auslassöffnung überlagert,
als Verschluss für
die Öffnungen
dient; Bereitstellen einer Strömung
von Verdünnungsmittel; Antreiben
der Einweg-Pumpeneinheit
durch das abwechselnde Aufbringen von Unterdruck und Druck mittels
eines wieder verwendbaren Pumpenbetätigungsorgans, um dadurch ein
geregeltes Volumen des Getränkekonzentrats
zu pumpen, wobei das Konzentrat lediglich mit den Einwegteilen in
Berührung
gelangt; Regeln des gepumpten Konzentrats in einer derartigen Weise,
dass eine im Wesentlichen konstante Abgabe des Konzentrats während des Ausgabeschritts
erfolgt; Regeln der Strömung
des Verdünnungsmittels
in Abhängigkeit
von der Menge des Konzentrats, welches gepumpt wird, um ein im Wesentlichen
konstantes Verhältnis
von Verdünnungsmittel
zu Konzentrat aufrechtzuerhalten; Zusammenbringen der gepumpten
Konzentratsströmung
mit der geregelten Strömung
des Verdünnungsmittels
in einem Abschnitt der Einweg-Pumpeneinheit; Leiten der kombinierten
Strömungen
zusammen in eine Mischeinrichtung innerhalb der Einweg-Pumpeneinheit
zur Erzeugung einer im Wesentlichen homogenen Mischung verdünnten Konzentrats;
und Ausgabe der Mischung in ein Gefäß zum Verbrauch oder Lagerung.
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Wenn
das Reservoir des Konzentrats erschöpft ist oder aus anderen Gründen ersetzt
werden soll, wird das Reservoir und die Einweg-Pumpeneinheit verworfen
und ersetzt.
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Bevorzugt
ist der Bereich, in welchem das Getränkekonzentrat und die Einweg-Pumpeneinheit eingesetzt
werden, gekühlt.
Ebenso ist dies das Verdünnungsmittel,
obwohl darauf hingewiesen wird, dass die vorliegende Erfindung bei
heißen
Getränken,
wie auch bei kalten Getränken,
anwendbar ist.
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Bei
einem bevorzugten Verfahren weist die Einweg-Pumpeneinheit eine
Vielzahl von Hohlräumen
auf, wobei das Volumen jeden Hohlraums ein Bruchteil des Gesamtvolumens
an Konzentrat ist, welches für
ein Getränk
benötigt
wird.
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Bevorzugt
wird beim Einsetzen des Behälters
mit Getränkekonzentrat
und der Einweg-Pumpeneinheit das Steuersystem des Spenders automatisch
den oder jeden Pumpenhohlraum „laden", so dass der oder
jeder Hohlraum bereit zur Abgabe mit Konzentrat gefüllt ist.
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Bevorzugt
ist die zum Laden eines Hohlraums erforderliche Zeit kürzer als
die Abgabezeit eines Hohlraums und die Ausgabe des Konzentrats aus
den Hohlräumen überlappt
sich derart, dass keine Unterbrechung der Strömung an Konzentrat beim Mischen
mit dem Verdünnungsmittel
auftritt.
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Bei
einem bevorzugten Verfahren ist der Spender mit Getränkegrößen, die
gewählt
werden können,
vorprogrammiert, um ein Getränk
bekannter Größe auszugeben.
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Bei
einem alternativen bevorzugten Verfahren ist ein kontinuierlicher
Ausgabemodus vorgesehen, derart, dass der Spender bis zu einem Signal zum
Anhalten kontinuierlich das Getränk
ausgibt.
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Bevorzugt
kann bei beiden der oben beschriebenen Verfahren eine Zeitverzögerung zwischen
dem Ende des Ausgebens oder dem Signal zum Anhalten vorgesehen sein,
wobei das System selbsttätig
die Pumpe wieder lädt
und falls ein Pumpenhohlraum halb leer ist, wenn die Ausgabe stoppt und
die Ausgabe innerhalb der Zeitverzögerung wieder aufgenommen wird,
wird der Spender die Ausgabe aus dem gleichen Pumpenhohlraum ohne
erneutes Laden wieder aufnehmen, wodurch das System mit einer „Nachfüllfunktion" versehen wird. Bevorzugt lädt der Spender
nach Ablauf der Zeitverzögerung sämtliche
Pumpenhohlräume.
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Bevorzugt
wird ein Signal, welches Daten umfasst, die das Konzentrat und/oder
die Pumpeigenschaften anzeigen, automatisch durch diese Konzentrateigenschaften
erzeugt. Bei einem bevorzugten Verfahren wird das Signal selbsttätig durch
den Spender erfasst, indem die Daten gelesen werden, die auf einem
Hochfrequenz-Identifikationskennzeichen (RFID) oder einem elektrisch
löschbaren,
programmierbaren Read-Only-Memory-Chip (EEPROM) gespeichert sind,
welcher an dem Konzentratreservoir oder der Einweg-Pumpeneinheit
angebracht sind. Alternativ kann das Signal durch eine Bedienungsperson
oder durch eine in der Hand gehaltene Einrichtung eingegeben werden.
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Bevorzugt
ist ein Mittel zum Erfassen der Kontinuität der Konzentratströmung vorgesehen, welches,
wenn eine Diskontinuität
der Strömung
zwischen den Ausgaben aus den einzelnen Pumpenkammern auftritt,
die Steuerung der Pumpe anpasst, um die Diskontinuität zu beseitigen.
Bei einem bevorzugten Verfahren überwacht
die Erfassungseinrichtung den Druckaufbau und den auf die flexible
Membran, welche den Pumphohlraum überdeckt, wirkenden Unterdruck.
Alternativ kann ein sichtbarer Sensor verwendet werden, um die Diskontinuität der Strömung des
gepumpten Konzentrats zu erfassen.
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Die
Daten können
ferner beispielsweise Daten enthalten, welche die Lagerbeständigkeit
des Konzentrats betreffen, so dass ein Getränk nicht ausgegeben wird, wenn
das in dem Reservoir befindliche Konzentrat seine Lagerfähigkeit überschritten
hat. Die Daten können
ferner das Produktvolumen in dem Reservoir und die Größe von Dosen,
die es ausgibt, identifizieren, so dass ein nach unten Zählen der
verbleibenden Dosen des Konzentrats in dem Reservoir möglich wird.
Vorzugsweise kann die Anzahl von verbleibenden Ausgaben angezeigt
werden und/oder eine Warnung erzeugt werden, ehe das Reservoir erschöpft ist.
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Bei
einem bevorzugten Verfahren weist der Spender zusätzlich die
Fähigkeit
auf, Informationen zurück
in die Identifikationseinrichtung zu schreiben. Alternativ weist
die Steuerelektronik einen Speicher auf, in welcher sie Daten für jedes
Reservoir über eine
begrenzte Zeitspanne speichert, nachdem dieses aus dem Spender entfernt
wurde.
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Bevorzugt
wird, falls ein teilweise benutztes Reservoir in dem Spender ersetzt
wird, nachdem es zuvor entfernt wurde, der Spender es erkennen,
ob und wann es ersetzt wird und das Volumen des Konzentrats kennen,
welches es noch enthält.
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Bevorzugt
wird die Temperatur des Konzentrats überwacht und die Steuerung
der Einweg-Pumpeneinheit wird von der Temperatur abhängig modifiziert.
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Gemäß einem
zweiten Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Getränkespender
zur Ausgabe eines Getränks
nach dem Mischen aus einer Einweg-Pumpeneinheit vorgeschlagen, welcher
Folgendes umfasst: Ein Verdünnungsmittelversorgungssystem
zur Lieferung einer gesteuerten Strömung von Verdünnungsmittel
zu einem Abschnitt der Einweg-Pumpeneinheit; einen Gehäusebereich
zur Aufnahme mindestens eines Reservoirs mit Konzentrat; mindestens
eine Pumpstation zur Aufnahme, zum Halten und Betätigen einer
Einweg-Pumpeneinheit; und ein Steuersystem zum Steuern der Zumessung
des Konzentrats zur Abgabe einer erforderlichen, im Verhältnis proportionalen
Mischung von Konzentrat zu Verdünnungsmittel,
welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass die Pumpeneinheit ein Gehäuse mit
einer Oberfläche
umfasst, in welcher sich die Mündung
eines Hohlraums, der im Gehäuse
ausgebildet ist, und eine Einlassöffnung für die Flüssigkeitsöffnung in der Oberfläche nahe
der Mündung
des Hohlraums öffnet, befindet,
wodurch, wenn die Einlassöffnung
geöffnet ist,
Flüssigkeit
von der Einlassöffnung
in den Hohlraum über
die Mündung
desselben strömen
kann, wobei eine flexible Membran dichtend an ihrem Umfang an der
Oberfläche
befestigt ist und den Hohlraum und die Einlassöffnung und eine Auslassöffnung für die Flüssigkeit überlagert,
wobei ein Strömungskanal
sich durch das Gehäuse
erstreckt und den Hohlraum mit der Auslassöffnung verbindet, und wobei
eine flexible Membran dichtend an ihrem Umfang befestigt ist und
die Auslassöffnung überlagert, wobei
die Teile der flexiblen Membran, welche den Einlass bzw. die Auslassöffnungen überlagert,
als Verschlüsse
für die Öffnungen
dienen.
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Bevorzugt
umfasst der Getränkespender
ferner einen unteren Abschnitt, welcher Kühleinrichtungen für ein Verdünnungsmittel
enthält
(falls das Getränk
ein Kaltes ist); einen oberen Gehäusebereich zum Lagern eines
oder mehrerer Behälter
mit Konzentrat; und einen Pumpabschnitt, welcher zwischen den unteren
und oberen Abschnitten angeordnet ist, wobei der Pumpabschnitt ein
oder mehrere Pumpstationen umfasst, jede Station eine Antriebsfläche aufweist,
der die flexible Seite der Einweg-Pumpeneinheit zugewandt ist, wobei
die Antriebsfläche
in flüssigkeitsfüh render
Verbindung mit Quellen von Druck und teilweisem Unterdruck steht
und dazugehörige
erste und zweite Ventilbetätigungsorgane
aufweist, die zum Öffnen
und Schließen
der Einlass- und Auslassöffnungen
der Einweg-Pumpeneinheit dienen, und ferner mit Klemmmitteln zum
Festklemmen der Einweg-Pumpeneinheit
an ihrem Platz.
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Bevorzugt
umfasst die Verdünnungsmittelzufuhr
einen Einlass für
Verdünnungsmittel,
beispielsweise Wasser, in den Spender, eine Verdünnungsmittelkühleinrichtung
und ein Strömungsmessgerät, um die
Strömung
des Verdünnungsmittels
zu erfassen, sowie ein Strömungsmittelsteuerventil
zum Steuern der Strömung
des Verdünnungsmittels.
Bevorzugt ist das Strömungsmessgerät ein Turbinenströmungsmessgerät und das
Steuerventil ist ein Ventil mit variabler Öffnung.
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Bei
einer bevorzugten Anordnung ist das Strömungsmittelsteuerventil gleichzeitig
wirksam, die Strömung
abzuschalten, wenn kein Verdünnungsmittel
erforderlich ist. Alternativ kann ein zusätzliches Ein/Aus-Verdünnungsmittelventil
vorgesehen sein.
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Bevorzugt
wird das Verdünnungsmittel
der Klemmeinrichtung zugeführt
und bildet über
die Klemmeinrichtung einen Übergang
zu der Einweg-Pumpeneinheit, wenn die Klemmeinrichtung an ihrem
Ort befestigt ist. Bevorzugt ist die Verdünnungsmittelleitung unmittelbar
stromaufwärts
zu ihrem Übergang
zur Einweg-Pumpeneinheit
mit einem Flüssigkeitsverschluss
versehen, welcher einen positiven Öffnungsdruck aufweist, um irgendwelches
Verdünnungsmittel
in der Leitung während
des Auswechselns der Einweg-Pumpeneinheit zurückzuhalten. Vorzugsweise sind
die Flüssigkeitsverschlüsse diejenigen,
welche unter einem kleinen aufgebrachten Druckdifferential öffnen und
sich elastisch erholen, um unter normalen Umständen abzudichten. Beispielsweise
ist das SureFlo-TM-Ventil der Firma Liquid
Molding Systems, Inc. zweckdienlich.
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Bevorzugt
umfasst das Verdünnungsmittelkühlsystem,
falls vorhanden, ein gekühltes
Wasserbad, welches eine Kühlspirale
um seinen Umfang enthält,
an welcher sich eine Eisschicht aufbaut, sowie eine Verdünnungsmittelspirale,
die in der flüssigen
Phase des Wasserbades angeordnet ist, und durch welche das Verdünnungsmittel
strömt.
Die Kühlspirale
wird durch übliche
Kühlmittel
betrieben, wie sie nach dem Stand der Technik bekannt sind.
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Bevorzugt
wird der Gehäusebereich
zur Aufnahme eines Konzentratreservoirs durch ein Luftblasesystem
nach dem Stand der Technik gekühlt.
Bevorzugt ist mindestens ein Temperaturfühler in diesem Bereich vorgesehen,
um die Temperatur in dem Gehäusebereich
zu überwachen.
Bevorzugt ist ein starrer Aufnahmehohlraum vorgesehen, in welchem ein
flexibles Reservoir, beispielsweise Beutel mit Konzentrat, vor dem
Einbau in den Gehäusebereich angeordnet
werden kann. Bevorzugt ist die innere Bodenfläche des Aufnahmehohlraums derart
abgewinkelt (bevorzugt in der Größenordnung
zwischen 12 und 20 Grad), das nach dem Einsetzen des Konzentrats
in dem Reservoir die Neigung zeigt, unter Wirkung der Schwerkraft
zum unteren Vorderbereich des Reservoirs zu strömen, wobei die Einweg-Pumpeneinheit
an diesem Bereich angebracht ist. Bevorzugt hat die Oberseite des
starren Behälters
Haltemittel zum Halten der Oberkante des flexiblen Reservoirs, um
das Ablaufen des Konzentrats zum unteren Abschnitt zu unterstützen. Bevorzugt
befindet sich die Unterfläche
des Gehäusebereichs
in einem Winkel, welcher dem Winkel des Bodens des starren Aufnahmehohlraums
entspricht. Bevorzugt weist der starre Hohlraum ein Loch darin auf,
welches mit einem Temperaturfühler
fluchtet, der aus dem Gehäusebereich
derart vorsteht, dass er im Betrieb direkt das flexible Reservoir
in dem starren Hohlraum in einem Bereich nahe der Einweg-Pumpeneinheit
berührt
und eine Temperaturanzeige ergibt, welche im Wesentlichen die Temperatur
der gepumpten Flüssigkeit
anzeigt.
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Bevorzugt
weist die Antriebsfläche
der Pumpstation eine Anzahl konkaver Ausnehmungen auf, welche den
Pumpenhohlräumen
der Einwegpumpe entsprechen und mit diesen fluchten, wobei jede
Ausnehmung darin eine Öffnung
aufweist, welche über
Druck- und Unterdruckleitungen mit Quellen von Druck bzw. teilweisem
Unterdruck stehen.
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Bevorzugt
umfasst die Druckquelle eine Druckpumpe, ein Druckentlastungsventil
und einen Druckregulator zum Steuern des der Einweg-Pumpeneinheit
gelieferten Drucks. Der Druckregulator ist bevorzugt elektronisch
variabel und der Druck automatisch in Abhängigkeit von der Viskosität des gepumpten
Konzentrats geregelt. Bevorzugt ist ferner ein 2/2-(Ein/Aus)-Ventil
mit jeder Ausnehmung auf der Antriebsfläche verbunden, wobei das 2/2-Ventil verwendet
wird, um den Unterdruck/Druck umzuschalten und der Regulator wird
verwendet, um dies zu regeln. Bei einer alternativen Anordnung kann
ein digital gepulstes Hochgeschwindigkeitsventil verwendet werden,
um die Merkmale des Regelns und Umschattens des positiven Drucks
zu kombinieren, wodurch die Notwendigkeit getrennter Ventile vermieden
wird.
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Bevorzugt
wird die Versorgung mit teilweisem Unterdruck mittels einer Vakuumpumpe
geschaffen, welche zu einem oder mehreren 2/2-Ventilen führt, von
denen jedes mit einer Ausnehmung auf der Antriebsfläche verbunden
ist. Bevorzugt ist ein Sensor in der Leitung des teilweisen Unterdrucks
vorgesehen, um zu erfassen, ob irgendwelches Konzentrat in der Leitung
befindlich ist. Bei einer bevorzugten Anordnung ist der Sensor ein
visueller Sensor, welcher den Durchgang von Licht durch einen durchsichtigen
Abschnitt der Unterdruckleitung erfasst, wobei dieser Lichtdurchgang
verhindert ist, falls Konzentrat in der Leitung vorhanden ist. Alternative
Verfahren des Erfassens von Konzentrat in der Unterdruckleitung
sind dem Fachmann offensichtlich.
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Bei
einer bevorzugten Anordnung sind ein Druckreservoir und ein Teilvakuumreservoir
in der Druck- bzw. Unterdruckleitung vorgesehen. Bevorzugt ist ein
Ablauf im Boden jedes dieser Reservoire vorgesehen, welcher wahlweise
betätigbar
ist.
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Das
erste Ventilbetätigungsorgan
steht durch die Antriebsfläche
der Pumpstation in die darin vorgesehene Ausnehmung vor und ist
betätigbar,
um wahlweise die flexible Membran auf die Lippe der Einlassöffnung in
dem Hohlraum der Einweg-Pumpeneinheit
zu bewegen, um die Einlassöffnung
zu schließen.
Bevorzugt ist das erste Ventilbetätigungsorgan durch einen Solenoid
angetrieben.
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Das
zweite Ventilbetätigungsorgan,
welches mit jeder Ausnehmung verbunden ist und nahe dieser liegt,
wird betätigt,
um wahlweise die flexible Membran der Einweg-Pumpeneinheit auf eine
Lippe zu bewegen, welche eine Auslassöffnung umgibt, die mit dem
Pumpenhohlraum verbunden ist, jedoch von diesem getrennt ist, um
die Pumpenauslassöffnung zu
schließen.
Bevorzugt wird das zweite Ventilbetätigungsorgan in einer proportionalen
Weise angetrieben, derart, dass der Grad des Öffnens oder Schließens der
Auslassöffnung
gesteuert werden kann, um die Auslassströmung zu ändern. Dies wird bevorzugt mittels
eines Schrittmotors erreicht.
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Bevorzugt
wird die Steuerung des Schrittmotors in dessen geschlossener Position überlaufen und
dann zu jedem Zeitpunkt zurückgestellt,
wenn die Auslassöffnung
geschlossen wird. Dies vermeidet angesammelte Fehler, welche in
Schrittmotoren, beispielsweise wegen ausgelassenen Schritten, auftreten
können,
und gleicht unterschiedliche Abmessungsanforderungen wegen Herstell-
und Zusammenbautoleranzen aus.
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Eine
Dichtung ist zwischen dem ersten und zweiten Ventilbetätigungsorgan
vorgesehen und die Antriebsfläche
der Pumpstation bildet zusammen mit einer Dichtung, welche die Ausnehmung
in der Antriebsfläche
umgibt, ein abgedichtetes und geschlossenes Volumen zwischen der
den Hohlraum der Einweg-Pumpeneinheit bedeckenden Membran und der Ausnehmung
in der Antriebsfläche,
so dass das Aufbringen von Druck und teilweisem Unterdruck auf das eingeschlossene
Volumen möglich
wird, um die Membran zu bewegen und dadurch Konzentrat zu pumpen.
Bevorzugt sind die Dichtungen zwischen den Ventilbetätigungsorganen
und der Antriebsfläche rollende
Membrandichtungen.
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Bevorzugt
sind die ersten und zweiten Ventilbetätigungsorgane mit weichen Spitzen
versehen, so dass die flexible Membran beim Andrücken gegen die Lippe einer Öffnung nicht
beschädigt
wird.
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Bevorzugt
ist die Pumpstation geeignet, eine Einweg-Pumpeneinheit mit zwei
Pumpenhohlräumen aufzunehmen.
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Bevorzugt
umfasst der Getränkespender eine
Vielzahl von Pumpstationen.
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Im
Folgenden werden Ausführungsformen lediglich
beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben,
in welchen
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1 ein
schematisches Diagramm eines Spenders nach der Erfindung ist;
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2 eine
Skizze eines Spenders nach der Erfindung ist;
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3 eine
Darstellung eines erfindungsgemäßen Spenders
mit geöffneter
Vorderabdeckung und den Halteplatten offen ist;
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4 eine
Darstellung einer Einweg-Pumpeneinheit mit Reservoir nach der Erfindung
ist;
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5 eine
nähere
Darstellung der Antriebsfläche
und des Halteraums für
die Einwegpumpenkartusche eines erfindungsgemäßen 2-Getränkespenders ist, wobei eine
Getränkeseite
in geöffneter Stellung
und die andere Getränkeseite
in geschlossener Stellung veranschaulicht ist;
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6 eine
schematische Darstellung des Flüssigkeitssteuerkreises
zur Betätigung
der Einweg-Pumpeneinheit eines Getränkespenders nach der Erfindung
ist;
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7 eine
perspektivische Ansicht einer Einweg-Pumpeneinheit ist;
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8 eine
Schnittansicht der Einweg-Pumpeneinheit gemäß 7 in Längsrichtung
ist;
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9 eine
perspektivische Ansicht eines Pumpenbetätigungsorgans zum Zusammenbau
mit der in den 7 und 8 veranschaulichten
Pumpeneinheit ist;
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10 eine
Schnittansicht der mit dem Pumpenbetätigungsorgan zusammengebauten
Pumpeneinheit ist;
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11 eine
perspektivische Ansicht der in 7 gezeigten
Pumpeneinheit ist, welche zusätzlich
einen Verdünnungsmitteleinlass
aufweist;
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12 eine
Ansicht ähnlich 11 ist,
wobei jedoch hier der Pumpenauslass einen einstückigen Mischabschnitt mit gewundenem
Weg aufwesit;
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13 eine
perspektivische Ansicht einer Einweg-Pumpeneinheit ist, welche die
Kanäle
zeigt, die vorgesehen sind, um verborgene Flüssigkeitsvolumina in der Pumpe
zu vermeiden;
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14 eine
perspektivische Ansicht einer Einweg-Pumpeneinheit ist, welche den
Raum zwischen der Pumpeneinheit und dem Reservoir zeigt, und
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15 eine
perspektivische Ansicht einer vorgeformten Membran zur Verwendung
mit der Einweg-Pumpeneinheit ist.
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Unter
Bezugnahme auf
1 ist eine schematische Ansicht
eines Getränkespenders
gezeigt, bei welcher ein Getränkespender
1 an
eine Verdünnungsmittelzufuhr
2 angeschlossen
ist, welche eine kontinuierliche Zufuhr, beispielsweise eine Leitungswasserzufuhr
sein kann. Wenn es in den Spender eintritt, wird das Verdünnungsmittel
in einer Kühleinheit
3 gekühlt, wobei
ein Wasserbadwärmetauscher verwendet
wird, der eine äußere Spule
umfasst, durch welche ein Kühlmittel
strömt,
das Wasser abkühlt
und eine Eisschicht bildet, welche die Kühlspule umgibt, wobei die Eisschicht
eine konstante Wassertemperatur in dem Wasser aufrecht erhält und eine Reserve
an Kühlenergie
liefert, um die Temperatur zu halten. In der flüssigen Phase des Wasserbades
befindet sich eine zweite Spule, durch welche Wasser strömt, wobei
dieses hierbei auf eine Temperatur abgekühlt wird, die üblicherweise
in dem Bereich zwischen 2 und 6 Grad Celsius liegt. Die Strömung des Verdünnungsmittels
wird gemessen, indem übliche Strömungsmesstechniken
angewandt werden, beispielsweise einen Strömungsturbinensen sor. Steuerelektroniken
4 empfangen
Signale von dem Strömungssensor
und mittels des Steuerventils
5 wird die Verdünnungsmittelströmung gesteuert.
Das Steuerventil
5 kann von irgendeinem proportionalen
Typ sein, beispielsweise ein proportionales Solenoid-Ventil, wobei
jedoch bevorzugt ein Ventil variabler Öffnung verwendet wird, wie
dies in dem britischen Patent
GB2348185 beschrieben
ist. Die Steuerelektronik steuert ebenfalls das Pumpenbetätigungsorgan
6.
In dem Spender
1 angeordnet oder an diesem angebracht,
ist eine Einwegkonzentrateinheit
7 vorgesehen, welche ein
Konzentratreservoir
8, eine Zwei-Hohlraum-Pumpeneinheit
9,
die an das Konzentratreservoir
8 angeschlossen ist, eine
Verdünnungsmittelleitung
10 und
einen statischen Mischer
11 zum Mischen des Konzentrats
und Verdünnungsmittels
unter Bildung einer homogenen Mischung umfasst.
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Unter
Bezugnahme auf die 2 bis 5 ist ein
Spender 12 mit einer Benutzeroberfläche 13 dargestellt,
damit ein Benutzer die Ausgabe eines Getränks wählen kann. Die Tür 14 des
Spenders öffnet
sich, damit der Benutzer die Einwegkonzentrateinheit 15 einsetzen
und entfernen kann. Die Einwegkonzentrateinheit 15 besteht
aus einem flexiblen Reservoir (nicht dargestellt), welches an eine Zwei-Hohlraum-Pumpeneinheit 17 angeschlossen ist,
welche einen Verdünnungsmitteleinlass 18 und einen
statischen Mischer 19 aufweist. Das flexible Reservoir
wird in einem wieder verwendbaren starren Behälter 16 eingesetzt,
welcher das flexible Reservoir abstützt. Optional kann der wieder
verwendbare starre Behälter 16 eine
abgewinkelte untere Oberfläche
von etwa 15 Grad aufweisen, so dass unter Schwerkraftwirkung das
Konzentrat die Neigung zeigen wird, in Richtung der Zwei-Hohlraum-Pumpeneinheit 17 zu
fließen.
Das Verdünnungsmittel
betritt die Pumpeneinheit 17 stromabwärts der Hohlräume, welche
das Konzentrat pumpen, und das gepumpte Konzentrat und das Verdünnungsmittel
fließen
zusammen zu einem statischen Mischer 19, welcher Turbulenz-
und Flüssigkeitsscherung
benutzt, wenn die Mischung durch den Mischer strömt, um dadurch eine homogene
Mischung zu erzeugen.
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Die
Einweg-Konzentrateinheit 15 und die Einweg-Pumpeneinheit
werden derart in dem Spender 12 eingesetzt, dass beide
innerhalb des gekühlten
Bereiches des Spenders 12 befindlich sind und die Pumpeneinheit 17 wird
derart angeordnet, dass sie der Pumpstation 21 gegenüberliegt,
von denen zwei innerhalb des Spenders 12 angeordnet sind.
Indem sowohl die Pumpeneinheit als auch das Reservoir im gekühlten Abschnitt
gehalten werden, wird jeglicher Saft innerhalb der Hohlräume der
Einweg-Pumpeneinheit bei gekühlter
Temperatur gehalten. Der wieder verwendbare starre Behälter ist
bevorzugt eine zweiteilige, mit Angeln verbundene Konstruktion zur
Erleichterung der Benutzung und kann wahlweise eine abgewinkelte
untere Oberfläche
aufweisen, wie dies durch die gestrichelte Linie in 4 dargestellt
ist, um das Ablaufen des Konzentrats unter Wirkung der Schwerkraft
in Richtung der Einweg-Pumpeneinheit 17 zu unterstützen. Ein
Winkel der Fläche
von etwa 15 Grad wurde als am vorteilhaftesten gefunden. Der obere
gekühlte
Gehäusebereich
wird mittels eines üblichen
Luftgebläsekühlsystems
gekühlt,
welches bevorzugt ein gemeinsames System mit demjenigen bildet,
welches zum Kühlen der
Kühleinheit 3 benutzt
wird. Die Temperatur des Konzentrats in diesem Gehäusebereich 20 wird durch
Verwendung von Temperatursensoren (nicht dargestellt) überwacht,
wobei dies auf eine von zwei möglichen
Arten erfolgen kann, nämlich
erstens wird die Allgemeintemperatur der Luft innerhalb des Gehäuses 20 überwachbar
sein und dies als Temperatur des Konzentrats angenommen. Es ist
jedoch bevorzugt, dass eine direkte Messung des Konzentrats durchgeführt wird.
Da dies ein hygienisches System ist, ist es in hohem Maße nicht
wünschenswert,
irgendeine Art von Temperatursensor in das Konzentrat einzuführen, so
dass sich ein Temperatursensor in das Gehäuse in einer derartigen Weise
erstreckt, dass er durch eine Öffnung
in dem starren Behälter 16 verläuft und
das flexible Reservoir berührt.
Dieser Temperatursensor ist in einem Bereich vorgesehen, welcher
unmittelbar nahe dem Einlass der Einweg-Pumpeneinheit liegt, so dass die erfasste
Temperatur im Wesentlichen für
die Temperatur und folglich auch die Viskosität des Konzentrats repräsentativ ist,
wenn dies in die Hohlräume
der Einweg-Pumpeneinheit fließt.
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Die
Pumpstation 21 umfasst eine Antriebsfläche 32, welche zwei
Ausnehmungen 22 enthält, die
durch eine Dichtung 23 umgeben sind, wobei die Hohlräume der
Einweg-Pumpeneinheit hierzu ausgerichtet sind und ein abgedichtetes
Volumen zwischen der Pumpeneinheit und den Ausnehmungen 22 bilden.
Innerhalb jeder Ausnehmung 22 ist ein Ventilbetätigungsorgan 24 mit
einer weichen Spitze angeordnet, welche bei Betätigung auf der flexiblen Membran lastet,
die den Hohlraum der Einweg-Pumpeneinheit 17 bedeckt und
dadurch die Membran in dichtende Berührung mit einer erhöhten Lippe
innerhalb des Hohlraums (nicht dargestellt) drückt. Die Ausnehmungen 22 weisen
in ihrer Oberfläche Öffnungen 25 auf,
welche in Verbindung mit einer umschaltbaren Zufuhr von teilweisem
Unterdruck und Druck stehen, welche abwechselnd abgebracht werden,
um die Hohlräume
mit Konzentrat aus dem Reservoir 16 zu füllen und
zu entleeren. Die Pumpstation 21 weist Auslassventilbetätigungsorgane 26 auf,
welche sich bewegen, um eine Membran auf einer Öffnung der Pumpeneinheit zu öffnen und
zu schließen.
Die Auslassventilbetätigungsorgane 26 werden
durch einen Schrittmotor angetrieben, so dass sie schrittweise geöffnet werden
können,
um eine erforderliche Auslassströmung
aus den Pumpenhohlräumen
zu definieren. Zwischen den Einlassventilbetätigungsorganen 24 und
den Ausnehmungen und den Auslassventilbetätigungsorganen 26 und
der Antriebsfläche ist
eine rollende Membrandichtung 33 vorgesehen, welche die
Unversehrtheit des abgedichteten Volumens aufrecht erhält und ferner
das Eintreten von Flüssigkeit
oder teilchenförmigen
Stoffen in das Innere des Spenders verhindert. Die Einweg-Pumpeneinheit 17 und
das Pumpenbetätigungsorgan
bilden den Hauptgegenstand unserer PCT-Anmeldung gleichen Datums
und die Konstruktion und der Betrieb derselben wird weiter unten
unter Bezugnahme auf die 7 bis 15 beschrieben.
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Wenn
die Pumpeneinheit 17 an ihrem Ort befindlich ist, schwenkt
eine Halteplatte 27 in ihren Platz und wird durch Klemmen 28 festgeklemmt,
um die Kanten der Pumpeneinheit 17 gegen die Dichtung 23 unter
Bildung einer flüssigkeitsdichten
Dichtung abzudichten. Die Halteplatte 27 wird über eine
Verdünnungsmittelleitung 29 mit
Verdünnungsmittel
versorgt, welche in Verbindung mit der Pumpeneinheit 17 steht,
wobei sich das Verdünnungsmittel
mit dem gepumpten Konzentrat vermischt, ehe es durch einen Mischer 19 fließt. In der
Verdünnungsmittelleitung 29 ist,
während
diese durch die Halteplatte 27 verläuft, ein Verschluss 54 vorgesehen,
welcher druckloses Verdünnungsmittel
in der Verdünnungsmittelleitung 29 zurückhält, wenn
die Pumpstation 21 in der geöffneten Stellung zum Entfernen
oder Einsetzen einer Pumpeneinheit 17 befindlich ist.
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Unter
Bezugnahme auf 6 ist dort eine schematische
Darstellung der Steuerschaltung veranschaulicht, die verwendet wird,
um das Konzentrat in einer Zwei-Pumpenstationeinheit
zu pumpen, welche für
zwei Hohlraumpumpeneinheiten geeignet ist. Eine Druckpumpe 34 versorgt
zwei Druckregulatoren 35, 36, eine für jede Pumpstation 21 über ein
Druckentlastungsventil 53. Das Vorsehen getrennter Regulatoren
für die
beiden Pumpstationen 21 ermöglicht es, dass Getränke, welche
Konzentrate unterschiedlicher Viskosität verwenden, gleichzeitig abgegeben werden
können.
Zwischen jedem Regulator 35, 36 und jeder Ausnehmung 22 der
Hohlräume
ist ein 2/2-Ventil 37, 38, 39, 40 vorgesehen,
welches die Strömung
geregelter Luft zu jeder Ausnehmung 22 steuert. Eine Vakuumpumpe
führt direkt
zu jeder Ausnehmung 22 über
ein 2/2-Ventil 42, 43, 44, 45,
welche das Aufbringen von Unterdruck zu der Ausnehmung steuern.
In dem Abschnitt der Unterdruckleitung vor den Ventilen und gemeinsam
für sämtliche Ausnehmungen
ist eine Lichtquelle 46 und ein Lichtsensor 47 angeordnet,
die einander bezüglich
eines klaren Abschnitts der Unterdruckleitung gegenüberliegen,
so dass unter normalen Betriebszuständen Licht von der Quelle 46 durch
die Leitung hindurch scheint und durch den Sensor 47 erfasst
wird. Falls jedoch ein Bruch in der Einwegpumpe (17 4)
vorliegt, die an den Ausnehmungen anliegt, und dazu führt, das
Konzentrat in die Unterdruckleitung gesaugt wird, wird die Linie
in dem Lichtweg blockiert und eine Warnung kann ausgegeben werden,
um die Maschine abzuschalten, ehe Konzentrat in die Vakuumpumpe
gesaugt wird. Optionale Ventile 49, 50, 51, 52 der
3/2-Bauart sind vorgesehen, um als Entlüftungsventile zu arbeiten,
wobei jede Ausnehmung zwischen dem Aufbringen von Druck und dem
Aufbringen von Unterdruck entlüftet
wird, um sie auf atmosphärischem
Druck zurückzustellen,
wodurch die Arbeit der Vakuumpumpe und der Druckpumpen verringert
wird.
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Unter
Bezugnahme auf die 3, 4, 5 und 6 ist
das Verfahren des Pumpens von einer Pumpeneinheit 17 in
einer der Pumpstationen 21 wie folgt. Anfänglich zum
Auswechseln der Einweg-Pumpeneinheit und des Konzentratreservoirs werden
die Ventile 37 bis 40 und 42 bis 45 geschlossen.
Wenn eine Einweg-Pumpeneinheit 17 an
ihrem Ort befindlich ist, wird die Halteplatte 27 an ihrem
Ort festgeklemmt und die Tür 14 wird
geschlossen, wobei der Spender automatisch das System füllt. Die Vakuumpumpe 42 beginnt
und die Ventile 42 und 43 öffnen sich, um einen teilweisen
Unterdruck in dem Volumen zu erzeugen, welches zwischen den Ausnehmungen 22 in
der Antriebsfläche 25 und
den Hohlräumen
in der Einweg-Pumpeneinheit ausgebildet ist. Die Einlassventilbetätigungsorgane 24 werden
aktiviert, um einen geöffneten
Strömungsweg zwischen
dem Konzentratreservoir und dem Hohlraum der Pumpenkammer zu erzeugen.
Der teilweise Unterdruck zieht die flexible Membran, welche die Hohlräume abdeckt,
in Richtung und in die Ausnehmungen 22 in der Antriebsfläche 25,
wodurch Konzentrat von dem Reservoir in den Pumpenhohlraum angesaugt
wird und diesen füllt.
Um das Konzentrat von der Einweg-Pumpeneinheit zu pumpen, werden die
Einlassventilbetätigungsorgane 24 geschlossen, die
Vakuumpumpe 41 hält
an und die Ventile 42 und 43 werden geschlossen.
Die Druckpumpe 34 wird dann beginnen zu arbeiten, und eines
der Ventile 37 oder 38 entsprechend dem ersten
zu pumpenden Hohlraum wird geöffnet,
woran sich das Öffnen
des Auslassventilbetätigungsorgans 36 anschließt, welches
mit dem Auslass dieses Hohlraums verbunden ist. Der Druck auf die
Membran drückt
diese zurück in
Richtung der Einweg-Pumpeneinheit
und in deren Hohlraum und drückt
das darin befindliche Konzentrat aus dem Hohlraumauslass heraus
und durch das geöffnete
Auslassventil, wonach es sich mit einem Verdünnungsmittel mischen wird,
um das Getränk
zu erzeugen. Ehe der Hohlraum vollständig entleert ist, wird sich
das andere, noch nicht offene Ventil 37 oder 38 öffnen, wie
auch das andere Auslassventilbetätigungsorgan 36,
so dass die Ausgabe von den beiden Hohlräumen sich überlappt. Nachdem einmal einer der
Hohlräume
leer ist, wird das Auslassventilbetätigungsorgan 36 und
das Druckleitungsventil 37 oder 38, welche mit
diesem verbunden sind, sich schließen und die Vakuumpumpe wird
beginnen zu arbeiten und das Ventil 42 oder 43,
welches mit diesem Hohlraum verbunden ist, wird sich öffnen, um
Flüssigkeit
in den leeren Hohlraum in der gleichen Weise anzusaugen, wie wenn
die Pumpe erstmals gefüllt wurde.
Dieser Zyklus kann so oft wie notwendig wiederholt werden, um die
erforderliche Menge von Konzentrat für ein Getränk zu pumpen. Optional kann, nachdem
einmal einer der Hohlräume
geleert ist, dann zwischen dem Auslassventilbetätigungsorgan und dem Druckleitungsventil 37 oder 38,
welches mit ihm verbunden ist, und dem Ventil 42 oder 43,
welches mit dem Hohlraum verbunden ist, öffnen und das Entlüftungsventil 49 oder 50,
welches mit dem Hohlraum verbunden ist, kann öffnen, um den Druck in dem
Hohlraum auf atmosphärischen
Druck einzustellen.
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Unter
Bezugnahme auf die 7 bis 15 wird
die Konstruktion und der Betrieb der Pumpeneinheit und der Betätigungseinheit
nun in näheren Einzelheiten
beschrieben.
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Unter
Bezugnahme auf die 7 und 8 ist eine
Zwei-Kammer-Einweg-Pumpeneinheit 1100 gezeigt.
Ein Flüssigkeitseinlass 114 teilt
die Versorgung jeder der beiden Pumpenzellen 101a, 101b, welche
in einem starren Gehäuse 102 angeordnet sind,
welches auf einer im Wesentlichen flachen Oberfläche einen Bereich 103 aufweist,
der eine Kammereinlassöffnung 104 und
einen konkaven Hohlraum 106 aufweist, der eine Seite einer
Pumpenkammer 107 definiert, wobei die Einlassöffnung 104 durch
eine erhöhte
Lippe 105 umgeben ist. Die zweite Seite der Kammer 107 weist
eine Membran 108 auf, die aus flexiblem Tafelmaterial,
beispielsweise Polyäthylen
niedriger Dichte (LDPE), hergestellt ist und die an ihrem Umfang
dichtend an der oben genannten Oberfläche des Gehäuses 102 befestigt
ist, um dadurch jeden Flüssigkeitseinlassbereich 103 und
die dazugehörigen
konkaven Hohlräume 106 einzuschließen, so
dass Flüssigkeit
von der Einlassöffnung 104,
wenn diese geöffnet
ist, zu den entsprechenden konkaven Hohlräumen 106 strömen kann. In
jedem konkaven Hohlraum 106 jeder Pumpenkammer 101a, 101b ist
eine Anordnung von Kammerauslässen 109 angeordnet.
Jeder Kammerauslass 109 steht in flüssigkeitsführender Verbindung mit einer
schließbaren
Auslassöffnung 110,
die durch eine erhöhte
Lippe 111 umgeben ist. Die Strömungswege von den zwei schließbaren Öffnungen 110 konvergieren
zusammen in einem einzelnen Auslass 112. Die beiden schließbaren Auslassöffnungen 110 und
der Auslass 112 sind gemeinsam abgedichtet durch eine Membran 113 eingeschlossen,
welche aus flexiblem Tafelmaterial besteht und die als einstückig mit
der Membran 108 dargestellt ist und an ihrem Umfang an
der oben genannten Oberfläche
des Gehäuses 102 befestigt
ist.
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Unter
Bezugnahme auf 9 ist eine nicht entsorgbare,
wieder verwendbare Pumpenbetätigungseinheit 1200 für die Zwei-Kammer-Pumpeneinheit 1100 gezeigt.
Die Betätigungseinheit 1200 umfasst
ein starres Gehäuse 115,
welches zwei konkave Hohlräume 116 enthält, die
je durch eine Dichtung 117 umgeben sind. Die konkaven Hohlräume 116 und
die Dichtung 117 sind derart geformt, dass sie der Form
der Pumpenzellen 101a, 101b entsprechen, so dass,
wenn sie in Berührung
mit diesen gebracht werden, eine Dichtung um den Umfang der Pumpenzellen 101a, 101b bilden.
Innerhalb jeden Hohlraums 116 ist eine Einlass/Auslass-Öffnung 118 für Druckluft
angeordnet, die teilweise durch kreuzförmige Kanäle gebildet sind, welche sich über eine wesentliche
Grundfläche
des Hohlraums 116 erstrecken. Ebenfalls innerhalb jeden
Hohlraums 118 ist eine solenoid-betätigte Armatur 119 angeordnet,
welche sich durch das Gehäuse 115 und
in den Hohlraum 116 erstreckt. Ein Paar von Armaturen 120 erstreckt
sich ebenfalls durch das Gehäuse 115 nahe den
Hohlräumen 116.
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Unter
Bezugnahme auf die 7, 8 und 10 ist
die in 10 dargestellte Pumpenbetätigungseinheit 1200 lösbar an
der Einweg-Pumpeneinheit 1100 befestigt dargestellt, um
eine vollständige Pumpe
zu bilden. Der Hohlraum 116 in der Einheit 1200 zusammen
mit der Membran 108 bildet eine Betätigungskammer 121,
welche abwechselnd an die Zufuhren negativer oder positiver Druckluft über einen
Kanal 122 anschließbar
ist. Jeder Hohlraum 116 in der Pumpenbetätigungseinheit 1200 und
deren gegenüberliegender
Hohlraum 106 in der Einweg-Pumpeneinheit 1100 definieren
zusammen ein feststehendes Volumen von Flüssigkeit, welches bei jedem
Zyklus der Pumpe verdrängt
wird. Die Betriebsfolge der Pumpe besteht darin, dass sich jede Armatur 20 so
erstreckt, dass sich die Membran 113 örtlich in die entsprechenden
erhöhten
Lippen 111 der Auslassöffnungen 110 drücken und
so den Pumpenkammerauslass schließen und die Armatur 119 steht
im Abstand von der Membran 108 derart, dass der Strömungsweg
zwischen der Einlassöffnung 104 und
dem konkaven Hohlraum 106 offen ist. Die Armaturen 119 und 120 weisen
dazugehörige
Dichtungen 119a, 120a auf, weiche das Eintreten
von irgendwelchen Substanzen an den Armaturen vorbei verhindern.
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Eine
erste Quelle eines pumpenbetätigenden
Mediums mit negativem Druck, d. h. unter Umgebungsdruck, ist an
die Betätigungsmedienöffnung 118 über den
Kanal 122 angeschlossen, wobei das Aufbringen von negativem
Druck bewirkt, dass die flexible Membran 108 in Richtung
und in den Hohlraum 116 gezogen wird, wodurch Flüssigkeit
in letzteren von einem Reservoir (nicht dargestellt) über den
Einlass 114 und die Einlassöffnung 104 gesaugt wird,
wobei die Einlassöffnung 104 durch
den negativen Druck geöffnet
gehalten wird, welcher die Neigung zeigt, die Membran 108 örtlich von
der Einlassöffnung 104 abzuheben.
Die kreuzförmigen
Kanäle der Öffnung 118 gewährleisten,
dass die Membran 108 vollständig in den Hohlraum 116 gezogen
wird, und verhindern, dass die Membran 108 die Öffnung 118 blockiert,
ehe die Membran 108 im Wesentlichen vollständig in
den Hohlraum 116 zurückgezogen
ist. Wenn die Membran 108 vollständig in den Hohlraum 116 gezogen
ist, und das durch den Hohlraum 116 definierte Volumen
und der Hohlraum 106 mit der auszugebenden Flüssigkeit
gefüllt
oder im Wesentlichen gefüllt
ist, werden die Armaturen 119 und 120 betätigt, so
dass die Armatur 119 in Richtung der Pumpenzelle bewegt
wird und örtlich
die Membran 108 gegen die erhöhte Lippe 105 der
Einlassöffnung 104 drückt, um
den Strömungsweg
zwischen der Einlassöffnung 114 und
der Pumpenkammer 107 zu schließen, und die Armatur 120 bewegt
sich von der Auslassöffnung 110 weg
und lässt
zu, dass sich die Membran 113 von der Auslassöffnung 110 des
Pumpenzellenauslasses (112 7) weg bewegt.
Im Wesentlichen zum gleichen Zeitpunkt wird positiver Luftdruck
auf die Membran 108 über
die Öffnung 118 aufgebracht,
welche die Membran 108 in Richtung und im Wesentlichen
vollständig
in den Hohlraum 106 drückt,
wodurch die Flüssigkeit
durch den Auslass 112 über
die Auslassöffnung 110 nach
außen
gepumpt wird. Der Pumpen-Füll/Ausgabe-Zyklus
kann dann wiederholt werden. Die Auslassarmaturen 120 sind
an Schrittmotoren 120b angebracht, welche die Position
jeder der Armaturen 120. bezüglich der erhöhten Lippe 111 der
dazugehörigen
Auslassöffnung 110 ändern kann,
so dass das Öffnen
des Auslassventils in gesteuerter Weise möglich ist, um die Auslassströmung der
Pumpe zu variieren.
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Im
Betrieb können
die beiden Pumpenzellen in einander gegenüberliegender Phase derart betätigt werden,
dass, wenn eine ausgibt, die andere befüllt wird, wobei der Füllzyklus
bevorzugt schneller ist als der Ausgabezyklus, so dass eine geringfügige Überlappung
der Ausgabezyklen vorliegt, um eine konstante Ausgabe zu gewährleisten.
Falls mehr als zwei Pumpenzellen vorhanden sind, ist es nicht notwendig,
dass der Füllzyklus
schneller ist als der Ausgabezyklus.
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Unter
Bezugnahme auf 11 ist eine Pumpeneinheit gezeigt,
welche ähnlich
der in 7 gezeigten Einheit ist und in gleicher Weise
arbeitet, welche jedoch das zusätzliche
Merkmal eines Verdünnungsmitteleinlasses 123 aufweist,
durch welchen ein Verdünnungsmittel
in die Pumpenzelle gelangt und sich mit der gepumpten Flüssigkeit
mischt, um zusammen mit dieser durch den Pumpenzellenauslass 112 zu
strömen,
wodurch verdünnte
Flüssigkeit ausgegeben
wird. Die Strömung
des Verdünnungsmittels
wird mittels eines äußeren Steuerventils
(nicht gezeigt) gesteuert, welches variabel sein kann und gesteuert
sein kann, um eine konstante ratiometrische Mischung von gepumpter
Flüssigkeit
zu Verdünnungsmittel
zu ergeben.
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Unter
Bezugnahme auf 12 ist eine Pumpeneinheit gezeigt,
welche ähnlich
der ist, wie sie in 11 veranschaulicht ist und welche
in gleicher Weise arbeitet. Zusätzlich
enthält
diese einen Mischabschnitt 124 stromabwärts des Punktes, an welchem
das Verdünnungsmittel
zugegeben wird. Wenn die gepumpte Flüssigkeit eine mit hoher Viskosität (beispielsweise
oberhalb 10.000 Centipoises) ist, wird es zunehmend schwierig, eine
homogen verdünnte
Flüssigkeit
zu erzielen. Der gebundene Weg 125 des Mischabschnitts 124 ist
derart konstruiert, dass die Viskoseflüssigkeit Scherkräften ausgesetzt wird
und Turbulenz erzeugt wird, um zu gewährleisten, dass sich die beiden
Komponenten vollständig vermischen.
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Unter
Bezugnahme auf 13 ist eine starre Kunststoffpumpeneinheit
gezeigt, welche einen Flüssigkeitseinlass 114 aufweist,
der zu zwei Kammereinlassöffnungen 104 führt, von
denen ein Strömungsweg
zu dem konkaven Hohlraum 106 und dessen dazugehörigen Kammerauslass
besteht. In der Oberfläche
des konkaven Hohlraums 106 und dem flachen Bereich 103 sind
rückspringende
Nuten 126 vorgesehen, welche, sollte der flexible Film
(nicht dargestellt) einen verborgenen Bereich der gepumpten Flüssigkeit
entfernt von dem Kammerauslass 109 gefangen halten, dann
immer ein Kanal für
die Flüssigkeit
vorhanden ist, um diese herauszudrücken, um zu gewährleisten,
dass die Kammer in jedem Falle vollständig entleert wird, so dass
eine wiederholbare volumetrische Ausgabe erzielt wird. Bei dieser
in dieser Figur dargestellten Pumpeneinheit wurden sämtliche überflüssigen Kunststoffteile
entfernt und diese für die
Konstruktion durch Einspritzgießtechniken
konstruiert.
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Unter
Bezugnahme auf 14 ist die starre Kunststoffpumpeneinheit
der 13 dargestellt und weist ferner einen integrierten
statischen Mischer 127 auf, welcher als Merkmal des Kunststoffgussstücks ausgebildet
ist und durch den flexiblen Film eingeschlossen ist, welcher darüber durch
Wärmeschweißen befestigt
ist. Zusätzlich
ist eine Reihe von Hindernissen 128 zwischen den Auslassöffnungen 110 und
dem statischen Mischer 127 vorgesehen, so dass die Flüssigkeit
Scherkräften
ausgesetzt wird, unmittelbar ehe sie mit dem über den Verdünnungsmitteleinlass 123 eintretenden
Verdünnungsmittel gemischt
wird. Nach dem Mischen mit dem Verdünnungsmittel strömt die Flüssigkeit
durch den statischen Mischer 127 und wird von diesem als
homogene Flüssigkeit
ausgegeben. In dem Flüssigkeitseinlass
(114, 13) ist ein Verschluss 129 vorgesehen,
welcher mittels eines Hebels 130 drehbar ist, um die Strömung von
dem Reservoir (nicht dargestellt zu den Einlassöffnungen 104 zu öffnen oder
zu schließen.
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Unter
Bezugnahme auf 15 ist eine vorgeformte flexible
Membran dargestellt, welche zweckdienlich ist, um durch Wärmespeisung
an der Pumpzone der Erfindung befestigt zu werden.