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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Befüllung von
Behältern
mit einer Flüssigkeit
und im speziellen zur Regulierung der Befüllung eines Behälters mit
Flüssigkeit
beitragende Verbesserungen. Sie bezieht sich im besonderen, aber
nicht ausschließlich,
auf die Regulierung der Befüllung
eines Behälters
mit einer Flüssigkeit,
welche in einem Reservoir enthalten ist und mit großem Durchsatz
vermittels der Schwerkraft in den auf dichte Weise geschlossenen
Behälter
geführt
wird, wobei das Gas, welches in diesem enthalten ist, bei der Befüllung des Behälters nach
und nach verdrängt
wird.
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Die
Befüllung
eines Behälters
mit einer Flüssigkeit
kann von unerwünschten
Phänomenen
begleitet sein, wie beispielsweise der Schaumbildung (beispielsweise
bei kohlensäurehaltigen
Flüssigkeiten
und u.a. bei Bier). Die Schaumbildung tritt insbesondere am Anfang
der Befüllung
auf, wenn der Flüssigkeitsstrahl
auf den Boden des Behälters
aufprallt und am Ende der Befüllung,
wenn das Niveau der Flüssigkeit
die der Schulter des Behälters
entsprechende Verengung erreicht.
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Es
ist bereits bekannt, Behälter
mit Füllspitzen
zu befüllen,
welche dafür
ausgelegt sind, einen konischen Produktstrahl oder einen Produktstrahl „in Schirmform" zu erzeugen, welcher
sehr schnell nach dem Austritt aus der Spitze gegen die seitliche
Innenwandung des Behälters
gespritzt wird. Das Produkt rinnt anschließend entlang dieser Wandung,
was zu einer geringeren Schaumbildung führt.
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Es
ist auch bekannt, ferner einen konischen Gasstrahl zur Innenwandung
des Behälters
zu richten und den Flüssigkeitsstrahl „in Schirmform" zwischen die Wandung
des Behälters
und die Gasströmung
zu spritzen. Die Schaumbildung wird auch für höhere Durchflüsse noch
besser reduziert.
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Allerdings
werden die mit diesen bekannten Anordnungen erreichten Ergebnisse
als unzureichend erachtet, da, wenn die während der Befüllung erzeugte
Schaummenge gewiss wesentlich reduziert ist, noch Schaum existiert,
obwohl es in der Praxis gewünscht
ist, dass kein oder sozusagen kein Schaum erzeugt wird.
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Gemäß dem Dokument
DE 40 36 290 ist es bekannt,
die Befüllung
eines Behälters
mit Flüssigkeit
zu verlangsamen, indem ein im Kreislauf für das Entweichen des im Behälter vorliegenden
Gases vorliegendes Ventil periodisch geöffnet und geschlossen wird.
Dieses Ventil ist vom Typ offen/geschlossen (alles-oder-nichts-Funktion),
derart, dass bei jeder Öffnung
des Ventils die Flüssigkeit
in den Behälter
mit maximalem Durchsatz eingeführt
wird: Hieraus ergibt sich also die Schaumbildung, wenn der Flüssigkeitsstrahl
am Anfang der Befüllung
auf den Boden des Behälters
aufprallt, aber auch, wenn die Flüssigkeit die der Schulter des
Behälters
entsprechende Verengung erreicht, und auch jedesmal, wenn das Ventil während des
Verlaufs des Befüllungsprozesses
wieder geöffnet
wird und der Flüssigkeitsstrahl
auf die bereits im Behälter
vorhandene Flüssigkeitsoberfläche auftrifft.
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Die
Erfindung weist somit im wesentlichen die Aufgabe auf, eine verbesserte
Lösung
vorzuschlagen, welche zum gewünschten
Ergebnis führt und
nur eine beschränkte
technologische Anpassung von Installationen erfordert.
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Zu
diesem Zweck schlägt
die Erfindung gemäß einem
ersten ihrer Aspekte ein Verfahren vor zur Regulierung der Befüllung eines
Behälters
mit einer Flüssigkeit,
welche von einer Quelle in den Behälter durch eine Füllspitze
zugeführt
wird, die dazu geeignet ist, hermetisch mit einer Öffnung des
Behälters zusammen
zu wirken und die eine erste Mündung
für den
Durchfluss der Flüssigkeit
aufweist, wobei das im Behälter
enthaltene Gas nach und nach bei der Befüllung des Behälters nach
außen
durch eine zweite Öffnung
verdrängt
wird, wobei das Verfahren gemäß der Erfindung
dadurch gekennzeichnet ist, dass das Abfließen des verdrängten Gases
derart proportional gesteuert/geregelt wird, dass ein Durchsatz
der in den Behälter
eindringenden Flüssigkeit
reguliert wird.
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Entsprechend
dem Verfahren der Erfindung wirkt die Steuerung/Regelung der Regulierung
also nicht nur auf das Ausströmen
der Flüssigkeit
selbst, sondern auch auf dasjenige des aus dem Behälter verdrängten Gases.
Mit anderen Worten wird durch das Einwirken auf den Durchsatz des
verdrängten Gases
das Ausströmen
der Flüssigkeit
gebremst, ohne diese durch die Hinzufügung irgendeines Regulierungsventils
zwischen dem Reservoir und dem Behälter zu stören.
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Es
versteht sich, dass man, wenn der bereits Durchsatz des verdrängten Gases
gemäß eines
zuvor aufgestellten Programms bereits während der Befüllung des
Behälters
gesteuert wird, in der Lage ist, den Durchsatz des Strömens der
Flüssigkeit
derart anzupassen, dass die Flüssigkeit
ohne Schaumbildung oder wenigstens mit einer minimalen Schaumbildung
in den Behälter
strömt.
Insbesondere kann man so ein Strömen
mit geringem Durchsatz am Anfang der Befüllung hervorrufen, dann den Durchsatz
erhöhen
bis zu einem Maximum für
die Befüllung
des größten Teils
des Behälters
und anschließend
den Durchsatz verringern, wenn das Flüssigkeitsniveau die Schulter
des Behälters
erreicht, während
bei den unterschiedlichen Strömungsbetrieben
die Flüssigkeit
zwischen dem Reservoir und dem Behälter in einem Kreislauf mit
konstantem Querschnitt ohne ein Hindernis zirkuliert, mit anderen
Worten unter vorteilhaften Bedingungen für keine oder minimale Schaumbildung.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
des Verfahrens der Erfindung ist die Quelle ein geschlossenes Reservoir,
das bei der Befüllung
des Behälters verdrängte Gas
wird zum Reservoir zurückgeführt und
am Ende der Befüllung
des Behälters
wird der Behälter
in Verbindung mit der Atmosphäre
gebracht, wobei die Geschwindigkeit des Setzens unter einem bestimmten
Druck gesteuert/geregelt wird.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
findet eine besonders interessante Anwendung, wenn es sich bei der
Flüssigkeit
um eine kohlensäurehaltige
Flüssigkeit
handelt.
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Im
letzteren Falle ist es möglich
zu berücksichtigen,
dass die im Reservoir enthaltene und in den Behälter ausgegossene Flüssigkeit
unter Überdruck
gehalten wird, und dass am Ende der Befüllung des Behälters der
Behälter
in Verbindung mit der Atmosphäre
gesetzt wird, wobei die Geschwindigkeit des Setzens der kohlensäurehaltigen
Flüssigkeit
unter einem vorbestimmten Druck gesteuert/geregelt wird.
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Nach
einer anderen Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist vorgesehen, dass während
der gesamten Befüllung
des Behälters
das in diesem enthaltene Gas in die Atmosphäre verdrängt wird.
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Gemäß einem
zweiten ihrer Aspekte schlägt die
Erfindung auch eine Einrichtung zur Befüllung eines Behälters mit
einer Flüssigkeit
vor, welche zur Durchführung
des weiter oben beschriebenen Verfahrens umfasst:
- – eine Flüssigkeitsquelle;
- – eine
Füllspitze,
die dazu geeignet ist, eine Öffnung
des Behälters
dicht zu verschließen,
und die eine Versorgungsleitung aufweist, um die Flüssigkeit
von der Quelle bis zum Behälter
zu führen, und
eine Verdrängungsleitung
für das
im Behälter enthaltene
Gas, um das Gas nach und nach bei der Befüllung des Behälters zu
verdrängen,
wobei
die Einrichtung, wenn sie entsprechend der Erfindung ausgeführt ist,
dadurch gekennzeichnet ist, dass sie ferner umfasst: - – ein
Regulierventil, das in der Verdrängungsleitung
vorgesehen ist, und
- – Steuer-/Regelmittel,
welche mit dem Regulierventil verbunden sind und dazu geeignet sind, dessen
proportionale Öffnung
in vorbestimmter Weise bei der Befüllung des Behälters derart
zu steuern/regeln, dass die Flüssigkeit
mit einem regulierten Durchsatz in den Behälter strömt.
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Wenn
die Einrichtung eine durch ein geschlossenes Reservoir gebildete
Quelle umfasst, welche unter Druck steht oder nicht, ist es vorgesehen,
dass der Verdrängungskreislauf
zwischen der Füllspitze
und dem geschlossenen Reservoir derart liegt, dass das beim Befüllen des
Behälters
aus diesem verdrängte
Gas im Reservoir gesammelt wird. In diesem Falle ist es möglich, stromabwärts des
Regulierventils geeignete Auswahlmittel vorzusehen, welche dazu
geeignet sind, den Ausgang des Ventils selektiv in Verbindung mit
der Verdrängungsleitung
für das
Gas in Richtung des Reservoirs oder mit einer Leitung zur Entlüftung einzustellen,
und dass die oben genannten Steuer-/Regelmittel auch mit den Auswahlmitteln
derart verbunden sind, dass- am Ende der Befüllung des Behälters der
Behälter
durch Verschwenken der Auswahlmittel in Verbindung mit der Atmosphäre kommt,
so dass ein Druckabfall im Behälter
mit einer kontrollierten Geschwindigkeit erfolgt.
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Ferner
ist nach dem zuvor Erwähnten
klar, dass die Erfindung egal mit welcher Befüllungsart des Behälters umgesetzt
werden kann: durch Niveau-, Volumen-, Gewichtserfassung, was ihren
Anwendungsbereich sehr breit macht.
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Die
Erfindung wird besser verstanden beim Lesen der nachfolgenden detaillierten
Beschreibung von bestimmten Ausführungsformen,
welche nur illustrativ gegeben sind. In dieser Beschreibung wird Bezug
genommen auf die anliegenden Zeichnungen, in denen:
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die 1 ein
vereinfachtes Schema ist, welches die Basisanordnungen der Erfindung
zeigt; und
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die 2 und 3 zwei
vereinfachte Schemata sind, welche jeweils zwei bevorzugte Varianten der
Umsetzung der Anordnungen der Erfindung zeigen.
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In
der 1, auf die zuerst Bezug genommen wird, ist ein
schematisches Beispiel der Umsetzung der Anordnungen der Erfindung
dargestellt. Eine Flüssigkeitsquelle
S wird durch ein Reservoir 1 gebildet, welches eine Flüssigkeit 2 enthält, mit
der man Behälter
befüllen
möchte.
Das Reservoir 1 ist offen dargestellt und die Flüssigkeit
steht unter atmosphärischem
Druck. Gemäß dem Einrichtungstyp kann
das Reservoir 1 nur eine Befüllungsdosis enthalten, welche
durch eine Rohrleitung 3 von einem allgemeinen Reservoir
vermittels einer insbesondere volumetrischen Dosiervorrichtung (nicht
gezeigt) zugeführt
wird. Es kann sich auch um ein Zwischenreservoir handeln, welches
durch die Rohrleitung 3 von einem allgemeinen Reservoir
versorgt wird und welches beispielsweise mit Detektoren für hohe und
tiefe Niveaus (nicht gezeigt) ausgerüstet ist.
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Vom
Reservoir 1 geht eine Befüllleitung 4 ab, welche
mit einem Befüllventil 5 ausgestattet
ist. Die Befüllleitung 4 erreicht
eine Füllspitze 6,
welche in einen Behälter 7 mündet. Die
Füllspitze 6 wirkt
mit der Öffnung
des Behälters
zusammen, um diesen auf dichte Weise zu verschließen.
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Das
Ausströmen
der Flüssigkeit
aufgrund der Schwerkraft aus dem Reservoir 1 zum Behälter 7 ist
begleitet vom Verdrängen
eines identischen, im Behälter 7 enthaltenen
Gasvolumens aus dem Behälter 7 (in
der 1 ist der Pfad der Flüssigkeit schematisiert durch
Pfeile mit einer Linie und der Pfad des verdrängten Gases durch Pfeile mit
Doppellinie), dank dem Vorliegen eines Abzugs, welcher zu diesem
Zweck in der Füllspitze 6 vorgesehen
ist.
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Das
Befüllventil 5 ist
vom Typ offen/geschlossen mit einer Fernsteuerung (insbesondere elektrisch
oder pneumatisch) ausgehend von einer Führungseinheit 10 für den Betrieb
der Einrichtungsanordnung.
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Eine
wie oben beschriebene Einrichtung erlaubt die Steuerung/Regelung
des Startens und Anhaltens des Flüssigkeitsstrom, welcher aufgrund
der Schwerkraft in den Behälter 7 fällt. Im
Falle von bestimmten Flüssigkeiten
tritt eine Schaumbildung aufgrund des Aufpralls der Flüssigkeit
auf dem Boden des Behälters
am Anfang der Befüllung
auf und dann am Ende der Befüllung,
wenn das Flüssigkeitsniveau die
verengte Schulter des Behälters
erreicht.
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Um
diesen Nachteil zu vermeiden, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der zuvor
genannte Abzug der Füllspitze 6 Teil
einer anderen Leitung 8 (Verdrängungsleitung) ist, welcher
ein Verdrängungsventil 11 zugeordnet
ist, das einen proportionalen Typ aufweist und welches unter der
Steuerung/Regelung der Führungseinheit 10 angeordnet ist.
Die Leitung 8 kann beispielsweise zur Atmosphäre geöffnet sein.
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Im
Betrieb werden das Befüllventil 5 und
das Verdrängungsventil 11 durch
die Führungseinheit 10 gleichzeitig
angesteuert, und zwar auf folgende Art und Weise:
- – Das Befüllventil 5 wird
gleichzeitig geöffnet, wenn
das proportionale Ventil 11 sich zu öffnen beginnt mit einem beschränkten Durchgang
für das
aus dem Behälter 7 durch
Einführung
der durch die Schwerkraft vom Reservoir 1 ankommenden Flüssigkeit
verdrängte
Gas; das verdrängte
Gas wird abgebremst und hindert die Flüssigkeit daran, normal in den
Behälter
zu strömen
und verlangsamt dessen Herunterfallen vermittels der Schwerkraft
(Durchsatzreduzierung); die durch das proportionale Ventil 11 auferlegte Einschränkung kann
derart sein, dass das verlangsamte Strömen der Flüssigkeit, welche zum Boden
des Behälters
gelangt, nicht von einer Schaumbildung begleitet wird oder dass
wenigstens die Schaumbildung minimal bleibt;
- – Nach
und nach mit dem Erhöhen
des Flüssigkeitsniveaus
im Behälter 7 steuert/regelt
die Führungseinheit 10 eine
progressive Öffnung
(kontinuierlich oder abgestuft) des proportionalen Ventils 11;
- – Wenn
das Flüssigkeitsniveau
in die Nähe
der Schulter des Empfängers
gelangt, steuert/regelt die Führungeinheit 10 ein
progressives Schließen des
proportionalen Ventils 11 derart, dass der Durchsatz des
Flüssigkeitsstroms
reduziert wird und dass die Erhöhung
des Flüssigkeitsniveaus
in der Schulter des Behälters
verlangsamt wird, um auch da die Schaumbildung in diesem Zustand
zu verhindern;
- – Schließlich werden
das proportionale Ventil 11 und das Befüllventil 5 geschlossen,
wenn der Behälter 7 gefüllt ist
(Flüssigkeitsniveau
im unteren Teil des Halses).
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Dank
dieser Anordnung bleibt das Befüllventil 5 während der
Befüllungsphase
des Behälters 7 maximal
offen und bildet kein Hindernis für die homogene Strömung der
Flüssigkeit
(welche eine kohlensäurehaltige
Flüssigkeit
sein kann oder/und feste Phasen enthalten kann – beispielsweise Fruchtmark –).
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Die
proportionale Steuerung/Regelung des Ventils 11 wird gemäß einer
vorbestimmten Sequenz, welche durch die Einheit 10 geführt wird,
bewirkt und kann von einer Erfassung eines Parameters begleitet sein,
welcher die Befüllung
des Behälters
kennzeichnet (beispielsweise Dauer, Durchsatz, durchgeströmtes Volumen,
...). In der 1 wurde beispielsweise eine
Durchsatzerfassung (Durchsatzmesser 12) angenommen, welche
ein Anweisungssignal an die Führungseinheit 10 liefert.
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Um
die gewünschte
Steuerung/Regelung zu gewährleisten,
kann die Führungseinheit 10 ein
zuvor aufgestelltes Programm für
das Öffnen
und das Schließen
des proportionalen Ventils 11 in Funktion des Befüllungszustands
des Behälters 7 umfassen.
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In
der 2, auf welche nun Bezug genommen wird, wird ein
Beispiel der bevorzugten Umsetzung von Anordnungen der Erfindung
dargestellt. Die Flüssigkeitsquelle
S wird eher gebildet durch ein Reservoir 1, welches geschlossen
ist, wobei die Flüssigkeit 2 unter
Druck sein kann oder nicht.
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Der
Leitung 8 ist ein Entgasungs-Ausgleichsventil 9 zugeordnet,
welches ebenfalls vom Typ offen-geschlossen ist. Hier ist die Leitung 8 nicht
zur Atmosphäre
geöffnet,
sondern am geschlossenen Reservoir 1 angeschlossen, insbesondere
an dessen oberen Teil.
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Das
geschlossene Reservoir 1, der durch die Füllspitze 6 geschlossene
Behälter 7 sowie
die Füllleitung 4 und
die Entgasungsleitung 8 bilden für die Gase einen dichten, geschlossenen
Kreislauf.
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Um
in größtmöglichem
Maße die
Schaumbildung während
der Befüllung
des Behälters
zu verhindern, ist gemäß der Erfindung
vorgesehen, das oben genannte Verdrängungsventil 11 parallel
gesteuert zum Entgasungsventil 8 anzuordnen, wie dies aus der 2 ersichtlich
ist.
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Ein
vollständiger
Befüllungszyklus
beginnt also nach dem dichten Inkontaktbringen der Füllspitze 6 mit
der Öffnung
des Behälters 7 durch
das Öffnen
des Entgasungs-Ausgleichsventils 9 (wobei das proportionale
Verdrängungsventil 11 und
das Befüllungsventil 5 geschlossen
gehalten sind) für
den Druckausgleich zwischen dem Behälter 7 und dem Reservoir 1;
danach wird dieses Ventil 9 geschlossen. Anschließend werden
die unter Bezugnahme auf die 1 bereits
oben dargestellten Schritte durchgeführt.
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Dank
dieser Anordnung werden die Funktionen der anfänglichen Entgasungsausgleichung
und der Verdrängung
des Gases außerhalb
des Behälters,
wenn dieser befüllt
wird, durch zwei unterschiedliche Ventile, die Ventile 9 bzw. 11,
gewährleistet.
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Wenn
der Behälter 7 mit
einer kohlensäurehaltigen
Flüssigkeit
unter einem Aufbereitungsdruck Po befüllt werden
muss, ist es gebräuchlich,
dass der Arbeitschritt der Befüllung/Abdichtung
von kohlensäurehaltiger
Flüssigkeit
unter einem Druck P1, welcher größer ist
als der Druck Po, derart durchgeführt wird,
dass Gasverluste, welche durch die verschiedenen Übertragungen
bis zum abgedichteten Behälter bedingt
sind, berücksichtigt
werden. Am Ende der Befüllung
enthält
der Behälter
also eine Flüssigkeit unter
dem Druck P1 > Po, während die
Abdichtung unter dem vorbestimmten Druck durchgeführt werden muss.
Es ist daher gebräuchlich,
den Arbeitsschritt der Befüllung
durch einen Entgasungsschritt zu beenden, welcher den Druck der
kohlensäurehaltigen Flüssigkeit
von P1 auf Po absenkt.
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Zu
diesem Zweck muss die unter Bezugnahme auf die 2 oben
beschriebene Einrichtung angepasst werden, wie dies in der 3 dargestellt
ist (in welcher die Bezugszeichen der 1 und 2 beibehalten
worden sind, um die gleichen Elemente zu bezeichnen).
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Im
Entgasungsrohr 8 stromabwärts vom Ausgleichs-/Proportionalventil 9/11 (mit
anderen Worten zwischen diesen und dem Reservoir 1) wird ein
Stoppventil 13 angeordnet, während eine Abzweigung 14,
welche zwischen den Ventilen 9, 11 und dem Ventil 13 angeschlossen
ist, vermittels eines Stoppventils 15 entlüftet.
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Die
Steuerung/Regelung der Ventile 14 und 15 wird
durch die Führungseinheit 10 gewährleistet.
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Die
Einrichtung funktioniert also wie folgt. Am Ende des oben unter
Bezugnahme auf die 1 beschriebenen Befüllzyklus
(während
dem das Ventil 15 geschlossen gehalten ist und das Ventil 13 offen gehalten
ist) wird nach dem Schließen
des proportionalen Ventils 11 das Ventil 13 geschlossen,
das Ausgleichsventil 9 geöffnet und dann das Entlüftungsventil 15 geöffnet. Sobald
der Druck auf den vorbestimmten Wert Po zurückgefallen
ist, wird das Ventil 15 geschlossen, das Ausgleichsventil 9 geschlossen und
das Ventil 13 geöffnet.
Die Einstellung des Drucks Po, welcher beispielsweise
durch einen in der Nähe
des Behälters 7 im
Rohr 8 angeordneten Drucksensor 16 erfasst werden
kann, kann an die Führungseinheit 10 geliefert
werden, wie dies in der 2 dargestellt ist (oder auch
direkt an dem Aktuator des Ventils 15 angewendet werden).
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Die
zwei Ventile 13 und 15 funktionieren wie eine
Auswahleinrichtung, welche es ermöglicht, das vom Behälter 7 abgegebene
Gas entweder zum Reservoir 1 oder zur Atmosphäre zu leiten.