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Vorrichtung zum Dosieren und Abfüllen
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insbesondere hochviskoser Medien Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Dosieren und Abfüllen insbesondere hochviskoser Medien, wie Nahrungsmittel in
Form von Marmelade, Magerquark oder dergl., wobei in einem Dosierraum zunächst ein
Vakuum erzeugt, dann das Medium mit Hilfe des Vakuums schlagartig in den Dosierraum
gesaugt und dabei verdichtet, und anschließend das den Dosierraum füllende Medium
zumindest teilweise aus dem Dosierraum hinausgedrückt wird, mit einem den Dosierraum
aufweisenden Zylinder, einem in dem im wesentlichen zylindrischen Dosierraum hin
und her verschiebbaren Dosierkolben, einem mit dem Dosierraum in Verbindung stehenden
Auslaßventil am Auslaßende des Dosierraums und einem Einlaßventil am dem Auslaßende
abgewandten Einlaßende des Dosierraums, nach Patent ...
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(Patentanmeldung P 27 11 208.9-27).
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Die dem Gegenstand des Hauptpatents zugrundeliegende Aufgabe wird
darin gesehen, eine Vorrichtung nebst Verfahren zu schaffen, die ein genaueres Abfüllen
insbesondere hochviskoser Medien erlauben, wobei die Vorrichtung einen besonders
einfachen Aufbau zeigt und besonders leicht steuerbar ist.
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Beim Gegenstand des Hauptpatents wird dafür gesorgt, daß beim Füllen
des Dosierraums eine Verdichtung des zu dosierenden Mediums erfolgt, nämlich im
Anschluß an das schlagartige Ansaugen des Mediums durch das erzeugte Vakuum, wobei
das Medium derart beschleunigt wird, daß die plötzliche Beendigung des
Füllvorgangs,
sobald der Dosierraum gefüllt ist, eine Art Verdichtungsstoß hervorruft, durch den
etwa vorhandene Gasblasen im angesaugten Medium aus dem Dosierraum herausgedrückt
werden. Im übrigen sorgt das erzLugte Vtkuum für die Überwindung der bei einer in
Ruhe befindlichen, hochviskosen Flüssigkeit bzw. Paste (z.D. Magerguark) ganz erheblichen
ilaf treibung. Durch das Vakuum wird nämlich geraue eine groi3e Anfangssaugkraft
hervorgerufen, welche eine entsprechend große Anfangsbeschleunigung zur Folge hat.
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Ein wesentlicher Vorteil der Vorrichtung nach dem Hauptpatent ist
darin zu sehen, daß sie besonders kompakt ausgebildet ist, nachdem bei den bekannten
Vorrichtungen einerseits das Einlaßventil und andererseits das Auslaßventil einen
erheblichen Abstand vom Dosierraum bzw. der oftmals verwendeten Dosierpumpe aufweisen,
was zusätzliche Leitungen erforderlich macht, die Steuerung kompliziert und die
Reinigung zumindest erschwert.
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Ferner ist das Einlaßventil von mindestens einer in der Wandung am
Einlaßende des Dosierraums angeordneten Durchbrechung und der Außenfläche des Dosierkolbens
gebildet; ferner ist der Zylinder zumindest im Bereich der Durchbrechung von einem
das Medium enthaltenden Vorratsraum umgeben. Dies erbringt eine weitere Vereinfachung
des Aufbaus insofern, als die sonst üblichen, zusätzlichen Bauteile für die Bildung
des Einlaßventils entfallen. Die Durchbrechung in der Zylinderwand bildet im Zusaninienwirken
mit dem Dosierkolben das Einlaßventil.
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Ferner umspült das zu dosierende und abzufüllende Medium ständig die
vorhandene Durchbrechung, so daß sein unmittelbarer Zutritt zum Dosierraum gewährleistet
ist, sobald der Dosierkolben die Durchbrechung freigegeben hat. Es ist somit ein
schnelleres Dosieren und Abfüllen als bisher möglich.
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Zwecks Vergrößerung des Durchtrittswuerschnitts und Vergleichmäßigung
des Zutritts des Mediums zum Dosierraum von allen Seiten können drei am Zylinderumfang
in gleicher ilöhe um jeweils 120 ° versetzte Durchbrechungen vorgesehen sein, die
außerdem auch noch Rechteckform aufweisen können, um bei einer Bewegung des Dosierkolbens
im Öffnungssinne sich möglichst schnell vergrößernde Durchlaßquerschnitte zur Verfügung
zu stellen. Dabei verbleiben zwischen den Durchbrechungen lediglich axiale Stege,
deren Gesamtbreite kleiner ist als die Gesamtbreite der Durchbrechungen, jeweils
gemessen in Umfangsrichtung des Zylinders. Dies erbringt eine weitere Vergrößerung
des schlagartig zur Verfügung gestellten Durchtrittsquerschnittes, was der schlagartigen
Füllung des Dosierraums nebst anschließender Verdichtung zusätzlich förderlich ist.
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Als zusätzlicher Vorteil ist anzführen, daß die Vorrichtung sich besonders
gut einigen und gegebenenfalls sterilisieren läßt, was für das Dosieren unu Abfüllen
von Nahrungsmitteln von besonderer Bedeutung ist. Dies wird erreicht durch die glatten,
leicht zu umspülenden Medienräurne. Infolge der erläuterten Ausbildung des Einlaßventils
gibt es keine Xoträume, Winkel oder dergl., in denen sich das Medium stauen könnte
bzw. die von einer Reinigungsflüssigkeit nur schlecht erreicht würden.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird darin gesehen, das
Auslaßventil der Vorrichtung nach dem Haptpatent weiter zu verbessern. Es hat sich
nämlich herausgestellt, daß bei Verwendung eines Tellerventils mehr oder weniger
feste Bestandteile des abzufüllenden Mediums, beispielsweise ganze Früchte, Fruchtkerne
oder sonstige Bestandteile sich beim Schließvorgang zwischen dem Ventilsitz und
der Oberfläche des Tellerventils festsetzen und die Abdichtung beeinträchtigen können.
Vor allen Dingen kann Jedoch die Gleichmäßigkeit und
Gewichtsgenaufgkeit
bei iiihomogenen Medien bzw. Abfül lmaLerial, wie Konfitüre oder dergl., beeinträchtigt
sein, beispielsweise kann der viskositätsmäßig, dünnere Teil einer Konfitüre das
Auslaßventil schneller passieren als beispielsweise die Fruchtstücke. Wie sich gezeigt
hat, läßt sich dies auch bei variablen Abgabedüsen nicht ohne weiteres beherrschen.
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Eine Lösung dieser Probleme bietet die vorliec;ende erfindung, welche
sich dadurch kennzeichnet, daß das Auslaßventil ein mittels einer koaxial in der
Kolbenstange des Dosierkolbens geführten Ventilstange betätigbares Kolbenventil
ist.
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Dieses Kolbenventil sorgt für ein scharfes Durchschneiden von Fruchtstücken
oder dergl. und erleichtert allein schon aus diesem Grunde die Abfüllung.
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In weiterer, bevorzugter Ausgestaltung kennzeichnet sich die Erfindung
dadurch, daß sich der Dosierraum zu seinem Auslaßende hin verengt, daß der Ventilsitz
für den Kolbenventilkörper von einer in der Wandung des Dosierraums koaxial angeordneten
Durchbrechung gebildet ist, und daß das Ventil nach innen öffnet.
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Die Verengung des Auslaßendes des Dosierraums bildet eine besonders
gute Zuführung des Mediums zum Auslaßventil hin.
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Die Abdichtung erfolgt zwischen der Außenfläche des Kolbenventilkörpers
und der Wandung des Dosierraums. Einen besonderen Vorteil im Sinne einer Lösung
der Erfindungsaufgabe erbringt insbesondere die Tatsache, daß das Kolbenventil nach
innen öffnet. Dadurch wird nämlich die gesamte Durchlaßfläche de-Durchbrechung freigegeben
und somit einerseits der Durchlaßquerschnitt vergrößert, so daß z.B. Früchte besonders
gut passieren können. Dies allein genügt jedoch noch nicht, es muß das bereits erwähnte
Abscheren an der unteren Schneidkante des Kolbenventilkörpers am Einlaßrand der
Durchbrechung hinzukommen.
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Zweckmäßig weist die Ventilsitzfläche in Verschließstellung im wesentlichen
Flachenberührung mit der zylindrischen Außenfläche des Kolbenventilkörpers auf.
Dies verbessert im !1hinblick auf die Vergrößerung der Dichtfläche die Abdichtung
gegenüber derjenigen beim Gegenstand des Hauptpatents, bei dem das Auslaßventil
im wesentlichen lediglich Linienberührung aufweist.
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Die Erfindung und ihre vorteilhaftm Ausgestaltungen sind im folgenden
anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie II-II in
Fig. 1.
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Fig. 3 den Kolbenventilkörper in vergrößertem Maßstab, teilweise aeschnitten.
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Die in den Figuren der Zeichnung dargestellte Vorrichtung zeigt einen
den Dosierraum 1 aufweisenden Zylinder 2, einen in dem zylindrischen Dosierraum
1 hin und her verschiebbaren Dosierkolben 3 und ein mit dem Dosierraum 1 in Verbindung
stehendes Ventil. Dieses Ventil ist als Auslaßventil 4 unmittelbar am Auslaßende
5 des Dosierraums 1 angeordnet.
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An dem dem Auslaßende 5 abgewandten Einlaßende 6 des Dosierraums 1
ist ein zweites Ventil als Einlaßventil 7 vorgesehen.
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Das Einlaßventil 7 wird von mindestens einer in der Wandung des Zylinders
2 am Einlaßende 6 des Dosierraums 1 angeordneten Durchbrechung 8 und der radialen
Außenfläche 9 des Dosierkolbens 3 gebildet. Ferner ist der Zylinder 2 zumindest
im Bereich der Durchbrechung 8 von einem das Medium enthaltenden Vorratsraum 10
umgeben.
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Bei der gezeigten Ausführungsform (Fig. 2) sind drei am Zylinderumfang
in gleicher Ildhe um jeweils 1200 versetzte Durchbrechungen 8 vorgesehen. Sie weisen
zweckmäßig Rechteckform auf. Zwischen den Durchbrechungen sind axiale Stege 11 verblieben,
deren Gesamtbreite kleiner ist als die Gesamtbreite der Durchbrechungen 8, jeweils
gemessen in Umfangsrichtung des Zylinders 2.
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Hierdurch ist sichergestellt, daß ein möglichst großer Eintrittsquerschnitt
für das Medium zur Verfügung steht, sobald die Fläche 9 des Dosierkolbens 3 die
Durchbrechungen 8 freigibt.
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Das Auslaßventil 4 ist ein mittels einer koaxial in der Kolbenstange
12 des Dosierkolbens 3 geführten Ventilstange 13 betätigbares Kolbenventil. Der
Dosierraum 1 verengt sich zu seinem Auslaßende 5 hin und der Ventilsitz 14 für den
Kolbenventilkörper 15 ist von einer in der Wandung des Dosierraums 1 koaxial angeordneten
Durchbrechung gebildet, wobei das Auslaßventil 4 nach innen öffnet. Die Durchbrechung
14' bleibt demnach von jeder Einengung, beispielsweise durch die Ventilstange 13,
frei. Wie man ferner leicht entnimmt, weist die Ventilsitzfläche 14 in Verschließstellung
im wesentlichen Flächenberührung mit der zylindrischen Außenfläche des Kolbenventilkörpers
15 auf.
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Zweckmäßig ist dem Auslaßventil 4 ein Düsenraum 16 mit einer Abgabedüse
17 nachgeordnet. Bei der gezeigten, bevorzugten Ausführungsform ist die Abgabedüse
17 zur Anpassung an unterschiedliche Viskositäten und Konsistenzen der Abfüllmedien
auswechselbar. Zweckmäßig weist die Abgabedüse 17 ferner eine im wesentlichen ringförmige
Offnung auf.
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Ein Auswechseln der Abgabedüse 17 erfolgt naturgemäß zur Anpassung
an unterschiedliche Viskositäten und Konsistenzen der Abfüllmedien, wobei sowohl
die Form des Düsenraums 16 als auch diejenige des die eigentliche Düse bildenden
Auslaßringes veränderbar sein kann. Bei der gezeigten Ausführungsform wird die Auswechselbarkeit
durch eine mit der Düse verbundene Oberwurfmutter 18 gewährleistet, die mit einem
entsprechenden Gewinde 19 am Auslaßstutzen 20 zusammenarbeitet.
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Der Auslaßstutzen 20 ist ein Teil des Zylinders 2, der mit einem den
Vorratsraum 10 bildenden Behälter 21 verbunden ist.
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Dieser Behälter 21 besitzt eine Zuführungsleitung 22 für das jeweilige
Medium.
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Sowohl die Betätigung des Einlaßventils 7 als auch diejenige des Auslaßventils
4 kann jeweils pneumatisch durch die Kolbenstange 12 bzw. die Ventilstange 13 erfolgen,
die beide jeweils in Richtung des Doppelpfeils A bewegbar sind, wenn auch gegenläufig.
Die Funktion des Einlaßventils 7 und des Auslaßventils 4 braucht an dieser Stelle
nicht näher erläutert zu werden, da sie dem Fachmann aus dem Hauptpatent geläufig
ist.
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Aus diesem Grunde konnte auch die Kolbenstangew bzw. Ventilstangenbetätigung
weggelassen werden.
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Die am Kolbenventilkörper 15 vorhandene Schneidkante 23 dient in der
geschilderten Weise dem Durchschneiden von Früchten und anderen mehr oder weniger
festen Bestandteilen eines inhomogenen Mediums bzw. Abfüllmaterials, Konfitüre oder
dergl.
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Wie sich herausgestellt hat, ermöglicht das geschilderte Auslaßventil
ein besonders sauberes und gleichmäßiges, gewichtagenaues Abfüllen auch inhomogener
Abfüllmedien.
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In Fig. 3 ist der Kolbenventilkörper 15 in teilweisem Schnitt vergrößert
dargestellt, und zwar in bevorzugter Ausgestaltung.
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Demzufolge weist der Kolbenventilkörper 15 in seinem oberen Bereich
einen umlaufenden Bund 22 auf, dessen Ringfläche 24 zumindest in ihrem Randbereich
an der die Durchbrechung 14' umgebenden Fläche der Verengung des Dosierraums 1 in
SchlieB-stellung anliegt. Hierdurch ergibt sich eine verbesserte Abdichtung.
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Diese Abdichtung wird noch weiter verbessert, wenn der Randbereich
der Ringfläche 24 zur Bildung einer Ringfase 25 unter einem Winkel oc abgeschrägt
ist, welcher dem Böschungswinkels der Verengung in dem Bereich 26 entspricht, in
welchem die Ringfase 25 unter Bildung eines zwischen Kolbenventilkörper 15 und dem
Bereich 26 angeordneten Ringraums 27 anliegt.
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Wie man ferner Fig. 1 entnimmt, ist die Verengung kegelförmig und
unter Xnderung des Döschunqswinkels abgesetzt, wobei die steilere Böschung im Anlagebereich
26 der Ringfläche 24 bzw.
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deren Ringfase 25 angeordnet ist.Auch diese weiteren Maßnahmen tragen
zu einer besonders guten Abdichtung bei.
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Außerdem trägt diese Ausgestaltung der Verengung zu einem verbesserten
Ausfließverhalten des Mediums bei.
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Schließlich ist bei der gezeigten Ausführungsform das untere Ende
des Kolbenventilkörpers 15 als Begrenzung seiner zylindrischen Außenfläche mit einer
umlaufenden Schneide 23 versehen, die radial nach innen hinterschnitten ist, um
eine besonders scharfe Abscherkante für Früchte oder dergl. zu bilden.