Konditionier-und Abmessvorrichtung finir pastenförmige Produkte
Zahlreiche pastenförmige Produkte, wie beispielsweise Margarine, Butter oder dergleichen, werden während ihrer Herstellung oder Verarbeitung in einen geschmolzenen oder plastischen Zustand gebracht und sodann wieder verfestigt, bevor sie in eine geeignete Ausformeinrichtung gelangen. Hierbei müssen die betreffenden Produkte sehr sorgfältig konditio- nieras. werden, damit sie in der Ausformeinrichtung mit richtiger Dichte und richtigem Verfestigungsgrad zur Verfügung stehen.
Die Erfindung will eine sehr einfache und sehr zuverlässige Vorrichtung zum Konditionieren pastenförmiger Produkte schaffen. Die Vorrichtung soll in der Lage sein, ein in plastischem Zustand zugeliefertes Produkt in genau abgemessener Menge und mit richtiger Dichte und richtigem Verfestigungsgrad einer intermittierend arbeitenden Ausformeinrichtung, beispielsweise einer solchen nach der US-Patentschrift Nr. 2 592 793, zuzuführen, und zwar so, dass die Ausformeinrichtung fortlaufend Formstücke bilden kann, die anschliessend mit Verpackungsmaterial umhüllt und verpackt werden.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass ein mit einer in Kontraktionsrichtung belasteten Kammer variabeln Volumens versehener Kompensator das ihm zugeführte Produkt unter im wesentlichen konstanten Druck in ein intermittierend, mit doppeltwirkendem Kolben arbeitendes Messorgan abgibt, dessen Kolbenbewegungen durch den Druck des Produktes im Kompensator gesteuert sind und das das Produkt unter diesem gleichen Druck schubweise in einen zu der Ausformeinrichtung führenden Verfestigungskanal einspeist.
Der Kompensator stellt sicher, dal3 das Produkt unabhängig von der jeweiligen Stellung des Messven- tils mit im wesentlichen konstantem Druck, das heisst mit stets einwandfrei richtiger Dichte, an das Messventil und die ihm nachgeschalteten Teile abgegeben wird. Dies führt noch zu dem zusätzlichen Vorteil, dal3 auf der Zufuhrseite des Kompensators ein konstanter Strom an plastischem Produkt ständig aufrechterhalten werden kann. Dies vereinfacht den Aufbau und die Regelung der gesamten Verarbeitungsanlage wesentlich.
Vorzugsweise enthält der Kompensator ein Leitungssystem, das nach Art einer Posaune gegeneinander verschieblich ist, wobei der verschiebliche Teil des Leitungssystems gegen den unverschieblichen Teil mit einem vorbestimmten, konstanten Druck belastet ist, beispielsweise mittels einer hydraulischen oder pneumatischen Einrichtung. Der Druck ist zweck- mässig regelbar, um eine Anpassung an die jeweiligen optimalen Konditionierungsbedingungen zu erzielen.
Der posaunenartige Aufbau des Leitungssystems hat den Vorteil, dass sämtliche Teile des Leitungssystems im Strömungsweg liegen und sich keine toten Zonen bilden, in denen sich Produkt ansammeln kann.
Um zu verhindern, dass in der Endlage des gegeneinander verschieblichen Leitungssystems der Druck vor dem Messventil unzulässig ansteigen kann, ist zweckmässig noch ein Umgehungsweg vorgesehen, der sich bei ansteigendem Druck öffnet und überschüssi- ges Produkt wieder zur Entnahmestelle zurückleitet.
Das Messorgan enthält vorzugsweise ein in einem Gehäuse drehbares Küken, das eine Querbohrung besitzt, in der ein Messkolben verschieblich so gelagert ist, dass in beiden Endstellungen des Messkolbens in der Querbohrung jeweils ein Messraum von genau gleichem Volumen gebildet wird. Die Anordnung ist dabei so getroffen, dass die Betätigung des Messkolbens durch den Druck des zugeführten Produktes erfolgt, indem das zuströmende Produkt den Messkolben beaufschlagt und in seine Endstellung verschiebt, wobei der Messraum an der Zufuhrseite gefüllt, an der Ab gabeseite jedoch entleert wird. Nach vollendeter Füllung erfolgt eine Drehung des Kükens um 180 , wobei der zuletzt gefüllte Messraum an die Abgabeseite gelangt, während an der Zufuhrseite der Messkolben zur erneuten Beaufschlagung mit Produkt bereit ist.
Auf diese Weise ergibt sich eine ausserordentlich einfache und sichere Arbeitsweise des Messorgans.
Zweckmässig ist der Hub des Messkolbens und damit die Grösse einer vom Messkolben abgegebenen Charge mikrometrisch einstellbar, und zwar dadurch, dass in einer Mittelöffnung des Kolbens ein stationärer und ein einstellbarer Keil mit ihren Schrägflächen zu sammenwirken. Die beiden Keile bilden innerhalb der Mittelöffnung des Messkolbens ein Anschlagelement von variabler Länge, das in beiden Bewegungsrich- tungen des Kolbens wirksam ist und den Kolbenhub so begrenzt, dass jeweils genau das gleiche Volumen auf beiden Seiten des Messkolbens abgegeben wird.
Auf diese Weise lässt sich die Einstellung mit Hilfe nur eines einzigen Einstellungsvorganges erzielen.
Der Verfestigungskanal ist von vorgegebener Länge, er kann mit einem Wärmemantel versehen sein, um sicherzustellen, dass sich das in den Verfestigungskanal eingespeiste Produkt in der gewünschten Weise zur Ausformeinrichtung bewegt.
Die Arbeitstakte des Messorgans und der Ausformeinrichtung sind zweckmässig mit Hilfe eines Getriebes aufeinander abgestimmt, so dass in der gesamten Anlage letztlich nur ein einziger Vorgang eingestellt zu werden braucht, von dem dann alle übrigen Vorgänge automatisch abhängen.
Weitere-Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend an Hand der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel näher er läutert.
In der Zeichnung stellen dar :
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Konditionier-und Abmessvorrich- ng,
Fig. 2 einen Querschnitt des Kompensators in grösserem Massstab,
Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Erläute- rung der Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 1,
Fig. 4 einen Querschnitt des Messorgans in der Ebene 4-4 der Fig. 3, in grösserem Massstab,
Fig. 5 einen Schnitt in der Ebene 5-5 der Fig. 4,
Fig. 6 das Messorgan in der Darstellung der Fig. 5, jedoch bei einem um 90 gedrehten Küken,
Fig. 7 das Messorgan in der Darstellung der Fig. 5, jedoch bei einem um 1809 gedrehten Küken.
Zur Beschreibung der Anlage möge zunächst die Darstellung der Fig. 3 herangezogen werden. Das plastische Produkt, wie beispielsweise Margarine, Butter oder dergleichen, befindet sich zunächst in einem Mischtank T1, von dem aus es mittels einer Pumpe Pl in einen Tank T2 gefördert wird. Eine Pumpe p2 pumpt das Produkt vom Tank T2 in eine Behandlungseinheit 10, die beispielsweise der in der US-Patentschrift Nr. 2 013 025 gezeigten Einheit entsprechen kann.
In dieser Einheit wird das Produkt gekühlt, und zwar unter gleichzeitigem kräftigem Rühren. Die Pumpe P2 setzt das Produkt in der Einheit 10 : unter Druck, so dass es mit einem bestimmten, durch das Manometer GI angezeigten Druck zu einem Reduzierventil Fi gelangt. Das Reduzierventil VI ist einstellbar, so dass', der Druck hinter dem Ventil V1 steuerbar ist. Das Produkt fliesst vom Ventil V1-aus zum Kompensator C, und zwar zu dessen feststehendem Grundkörper 24. Das überschüssige Material wird ! vom Ventil Vl aus über eine Leitung 12, ein T-Stück 14 und eine Rückleitung 16 zum Tank T2 zurückgeführt.
Der Druck hinter dem Ventil Vl wird durch ein Manometer. G2 angezeigt, so dass die richtige Einstellung des Ventils V1 jederzeit von einer Bedienungsperson nachprüfbar ist.
In dem feststehenden Grundkörper 24 des Kompensators C (Fig. 2) gleiten zwei Rohre 26 und 28, die über ein U-förmiges Rohrstück 30 miteinander verbunden sind. Das Produkt fliesst vom Ventil V1 aus in die Leitung 80 im Grundkörper 24, gelangt dann durch das verschiebliche Leitungssystem 26,30, 28 in die zweite Leitung 82 im Grundkörper 24 und verlässt den Kompensator über eine Leitung 50. Man erkennt, dass das Leitungssystem 26,30,28 nach Art einer Posaune in dem Grundkörper 24 verschieblich ist. Die Leitung 50 (Fig. 3) ist an ein Messorgan V2 angeschlossen, von dem aus eine Leitung 52 zu einer Verfestigungs-oder Kristallisationskammer 54 führt.
Die Kammer 54 ist kanalförmig ausgebildet und auf dem Rahmen 18 (Fig. 1) einer Ausformeinrichtung befestigt, beispielsweise einer solchen, die-in der eingangs erwähnten Patentschrift beschrieben ist. Am Ende des Kristallisationskanals 54 befindet sich ein Ausformkopf 20.
Am Rahmene 18 ist gleichfalls noch ein Traggestell 22 für den Kompensator befestigt, und der Grundkörper 24 des Kompensators ist an diesem Traggestell angebracht. Ein Kreuzkopf 32 verbindet die beiden verschieblichen Rohre 26 und 28 miteinander. An diesem Kreuzkopf greifen gleichfalls zwei Führungsstangen 34 an, die sich. nach abwärts erstrecken und im Grundkörper 24 des Kompensators gleitbar gelagert sind. Weiterhin greift am Kreuzkopf 32 eine Kolbenstange 36 an, die sich ebenfalls nach abwärts erstreckt und die durch den Grundkörper 24 gleitbar hindurchgeführt ist. Die Kolbenstange 36 trägt an ihrem unteren Ende einen Kolben 40, der sich in einem an einem Traggestell befestigten Zylinder 38 befindet.
Diese Kolben/Zylinder-Anordnung ist einfachwirkend ; der Kolben 40 wird in Abwärtsrichtung konstant über einen Anschluss 49 mit Druckluft versorgt. Die Druckluft stammt aus einem Behälter 44, der über eine Leitung 48 mit dem Anschluss 49 verbunden ist und der über eine Hauptversorgungsleitung 42 und ein Druckregelventil 46 ständig mit Druckluft gespeist bleibt.
Ein Manometer G3 zeigt den Druck im Behälter 44 und damit den Druck im Zylinder 38 an. Am unteren Ende des Zylinders 38 kann eine Entlüftungsdüse 53 vorgesehen sein, die zu einem Auslasstopf-führt. Der so weit beschriebene Kompensator bildet einen Weg von variabler Länge für das Produkt, den das Produkt durchströmen muss, ohne dass sich tote Zonen bilden können. Das Produkt bleibt dabei ständig mit im wesentlichen konstantem Druck beaufschlagt.
Der in der eingangs erwähnten Patentschrift in Einzelheiten beschriebene Ausformkopf 20 (Fig. 3) ist mit einer rechteckigen Bohrung 58 versehen, in welcher ein Kolben 60 vertikal hin und her gehend beweglich gelagert ist. Im oberen Teil 61 des Kolbens ist eine Ausnehmung vorgesehen, die einmal pro Arbeitsperiode der Ausformmaschine zur Ausfluchtung mit der Entnahmeöffnung 56 der Kristallisationskammer 54 gelangt, so dass das in der Kristallisationskammer 54 befindliche, unter Druck stehende Material in die Ausnehmung 61 eintreten kann. Der Kolben 60 wird durch einen Lenkhebel 62 betätigt, der seinerseits mit einem im Schwenkpunkt 66 am-Rahmen 18 angelenkten Schwenkhebel 64 verbunden ist.
Der Schwenkhebel 64 trägt eine Gleitrolle 68, die mit einem drehbaren Nocken 70 zusammenwirkt. Der Nocken wird durch eine Welle 72 gedreht, an deren anderem Ende sich ein mit zwei Triebstöcken 74 versehener Treiber eines Malteserkreuzgetriebes befindet. Das Schaltrad 76 des Malteserkreuzgetriebes ist in der üblichen Weise ausgebildet ; es dreht sich um eine Welle 78 bei jeder halben Rotation der Welle 72 um jeweils 90fi. Die Welle 78 führt zum Messorgan V2 und betätigt dieses in der weiter unten noch erläuter- ten Weise.
Die Leitungen 80 und 82 im Grundkörper 24 des Kompensators C sind an ihrem oberen Ende in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise mit geeigneten Dichtungen, beispielsweise O-Ringen, gegen die beweglichen Rohre 26 und 28 abgedichtet. In der äussersten Endlage des Leitungssystems 26,30,28, die in Fig. 2 in ausgezogenen Linien dargestellt ist, hat das untere Ende des Rohres 28 eine in der Leitung 82 angeord- nete Offnung 84 freigegeben. Die Öffnung 84 führt zu einer Rückleitung 86, die in dem T-Stück 14 mündet und damit die Rückführung von überschüssigem Produkt zum Tank T2 ermögl-icht. Die Kristallisationskammer 54 kann, falls gewünscht, durch Wasser oder dergleichen angewärmt werden.
Hierfür ist ein Mantel 118 vorgesehen, der mit Einlass-bzw. Auslassöffnun- gen 120 und 122 versehen ist. Auch die Rückleitung 86 kann durch Wasser angewärmt werden, sie ist aus diesem Grunde mit einem Mantel 124-versehen, der Einlass-bzw. Auslassöffnungen 126 und 128 besitzt.
Der Mantel 124 stellt sicher, dass das Produkt auf dem Rückweg zum Tank T2 durch die Leitungen 86 und 16 flüssig und damit leicht bewegbar bleibt ;
Einzelheiten des Messorgans lassen sich am besten den Fig. 4 und 5 entnehmen. Das Organ besitzt ein Gehäuse 88, in welchem ein Küken 94 drehbar gelagert ist. Das Küken ist gegen das Gehäuse in der dargestellten Weise mittels O-Ringen abgedichtet. Das Gehäuse 88 ist mit einer Einlassöffnung 90 und einer Auslassöffnung 92 versehen. Im Küken 94 ist eine Querbohrung 96 angebracht, in welcher ein Messkol -ben gleiten kann ; Der Messkolben besitzt zwei Kolben Hipfe 98und 100, die ihrerseits mit O-Ringen gegen das Küken abgedichtet sind und die über ein Zwi schenstück 102von etwas kleinerem Durchmesser fest miteinander verbunden sind.
Im Zwischenstück 102 befind'et sich eine rechteckförmige Öffnung 104, durch die ein stationärer Keil 106 und ein einstellbarer Keil
108 hindurchragen. Die Keile liegen mit ihren Schräg- flächen gleitbar aufeinander, so dass die untere Fläche des Keiles 1 : 06 und die obere Fläche des Keiles 108 stets parallel zueinander bleiben. Parallel zu den
Schrägflächen erstreckt sich eine Einstellspindel 110 dur. ch einen im einstellbaren Keil 108 angeordneten
Gewindegang. Die Einstellspindel ist drehbar, in
Axialrichtung jedoch unverschieblich im Küken 94 bzw. in einer am Küken angebrachten Deckelplatte 95 gelagert.
Am äusseren Ende trägt die Spindel 110 ein
Handrad 112 und eine mit Messmarken versehene Scheibe 114. Mittels der Spindel ist eine mikro metrische Einstellung der Menge des vom Messorgan
V2 abgemessenen Produktes möglich. Die Kolben anordnung 98, 100,1,02 ist in der Querbohrung 96 frei gleitbar. gelagert und wird lediglich durch den
Druck des zuströmenden Produktes von der einen
Endlage in die andere Endlage verschoben, wie weiter unten noch im einzelnen erläutert wird. Der so weit beschriebene Aufbau ist sehr einfach, er besitzt nur einige wenige bewegliche Teile, die nur durch das
Produkt selbst sowie durch eine einfache Verbindung zur Ausformmaschine betätigt werden.
Auf diese
Weise kann ohne Schwierigkeit und mit ausserordent- lich geringem Aufwand der Arbeitstakt des Mess- organs auf den Arbeitstakt der Ausformmaschine ab gestimmtwerden..
Im Betrieb der Anlage wird das plastische Mate rial im. Tank Tl in der üblichen Weise gemischt und dann zum Tank T2 gepumpt, von dem aus die Pumpe ?2dasMaterialunter dem durch das Manometer GI angezeigten Druck durch die Behandlungseinheit 10 und das Reduzierventil hindurch zum Kompen sator C fördert. Natürlich ist das Reduzierventil auf den Druck eingestellt, der im Kompensator C ge wünscht ist und der sich am Manometer G2 ablesen lässt. Da die Pumpe P2 konstant fördert, verlässt ein konstanter Strom an flüssigem Material die Einheit 10 und das Ventil Fi in Richtung auf das Messorgan V2.
Es soll nun angenommen sein, dass sich sämtliche
Teile der Anlage in der in Fig. 3 gezeigten Lage be finden. Der Messkolben im Messorgan V2 ist durch den Druck des vom Kompensator C zugelieferten Pro duktes abwärts bewegt worden und in seine Endlage gelangt, in der die zugeordnete Anschlagfläche der Öffnung 104 gegen die obere Fläche des einstellbaren
Keils 108 anliegt (Fig. 4 und 5). Auch der Kolben 60 der Ausformmaschine befindet sich in seiner tiefsten
Stellung, so dass die Öffnung im oberen Teil 61 des
Kolbens mit der Auslassöffnung des Verfestigungs kanals 54 fluchtet. In dieser Lage des Kolbens 60 konnte Produkt in die im Kolben gebildete Ausneh mung eintreten, und zwar unter dem Druck, der im Koniperisator C herrscht, wie nachfolgend noch deutlicher erkennbar ist.
Sobald nunmehr die Hauptwelle 72 mit einer weiteren Drehung beginnt, gelangt der linke Triebstock des Malteserkreuzgetriebes in den entsprechenden Schlitz des Schaltrades 76. Während sich somit der Kolben 60 in seine obere Lage bewegt, führt die Welle 78 eine Drehung um 90"gegen den Uhrzeiger aus. Am Ende des Hubes des Kolbens 60 befindet sich ein Formstück 63 an der in gestrichelten Linien in Fig. 3 angedeuteten Stelle ; es kann durch einen Mitnehmer 65 ergriffen und gegen eine Lage von Verpackungsmaterial 67 gedrückt werden, wie dies im einzelnen in der eingangs erwähnten Patentschrift erläutert ist.
Während dieses Teiles des Vorganges ist der Messraum oberhalb des Kolbenkopfes 98 in die in Fig. 6 gezeigte Lage gelangt. Das Produkt in diesem Messraum befindet sich im Ruhezustand und bleibt in diesem Ruhezustand so lange, bis das Küken des Messorgans eine weitere Drehung um 90 durchgeführt hat. Diese weitere Drehung um 90, 0- erfolgt, sobald der Kolben 60 sich bei weiterer Drehung der Hauptwelle 72 wieder abwärts bewegt. Während dieser Abwärtsbewegung des Kolbens 60 wird das Schaltrad 76 erneut um 90 weitergeschaltet, so dass das Messventil sich in der in Fig. 7 gezeigten Stellung befindet, wenn der Kolben 60 wieder in seiner unteren Lage angekommen ist.
Durch den Druck im Kompensator C fliesst das Produkt nunmehr durch die Leitung 50 hindurch in den Messraum oberhalb des Kolbenkopfes 100. Hierdurch wird die Kolbenanordnung 100,102,98 nach abwärts verschoben, so dal3 in dem Masse, wie der Messraum oberhalb des Kolbenkopfes 100 gefüllt wird, sich der Messraum oberhalb des Kolbenkopfes 98 durch die Leitung 52 hindurch entleert. Der Vorgang ist beendet, sobald die Kolbenanordnung in ihre neue, nunmehr durch den Teil 106 bestimmte Endlage gelangt ist. Man erkennt, dass das Messorgan eine neue abgemessene Charge aufgenommen und die vorher abgemessene Charge in die Kristallisationskammer 54 abgegeben hat.
Dieser Vorgang kann jedoch nur dann ablaufen, wenn die Ausnehmung im oberen Teil 61 des Kolbens 60 mit der Endlageöffnung 56 in der Kristallisationskammer 54 fluchtet, so dass eine der abgemessenen Charge entsprechende Menge an Produkt in die genannte Ausnehmung gelangen kann. Mit anderen Worten wird während des soeben beschriebenen Teiles des Arbeitsablaufes das Produkt unter Einwirkung des Druckes im Kompensator C sowohl in den neu zu füllenden Messraum im Messorgan als auch in die das Formstück aufnehmende Ausnehmung im Kolben der Ausformmaschine gedriickt, so dass gleichzeitig mit dem Abmessen einer nächsten Charge eine entsprechende Materialmenge in die Ausformmaschine zur Bildung des nächsten Formstückes gelangt.
Sobald sich der posaunenartige Teil 26,30,28 im Kompensator abwärts bewegt, wird die Öffnung 84 für die Rückleitung 86 geschlossen, so dass ein geschlossener Durchlauf für das Produkt vom Reduzierventil V1 aus zum Messorgan V2 entsteht. Das Volumen dieses geschlossenen Durchlaufes wird unter der Wirkung der pneumatischen Belastung des posaunenartigen Teiles vermindert, so dass Produkt aus dem Kompensator austreten und in das Messventil eintreten kann.
Der gleiche Druck, mit dem das Material in das Messventil eintritt, herrscht auch beim Herausdrücken der zuvor abgemessenen Charge aus dem Messventil und beim Verschieben des Vorrats in der Kristallisationskammer 54 um ein entsprechendes Stück in die zur Bildung eines Formstückes vorgesehene Öffnung im oberen Teil 61 des Kolbens 60. Mit anderen Worten veranlasst lediglich der Druck im Kompensator C die Bewegung des Materials durch das Messorgan und die Kristallisationskammer hindurch zur Ausformmaschine, wobei das Messorgan lediglich durch eine einfache Verbindung im Takt mit der Ausformmaschine gesteuert zu werden braucht.
Es wurde weiter oben erwähnt, dass beim ersten Messvorgang die Endlage des Kolbenkopfes 98 durch den Keil 108 bestimmt ist, während beim zweiten Messvorgang die Endlage des Kolbenkopfes 100 durch den Keil 106 definiert wird. In beiden Fällen findet exakt die gleiche Messung statt, da der Abstand zwischen den Oberflächen der Kolbenköpfe 98 und 100 konstant bleibt und da gleichermassen der Abstand zwischen der unteren Fläche des Keiles 106 und der oberen Fläche des Keiles 108 konstant bleibt (natürlich nur so lange, bis eine Neueinstellung stattfindet).
Bei jeder Drehung der Hauptwelle um 360 führt das Messorgan eine Drehung um 180 aus. Die Ausformmaschine benötigt zu einem vollen Arbeitstakt eine volle Umdrehung der Hauptwelle 72, so dass im Ergebnis bei jedem Arbeitstakt der Ausformmaschine eine abgemessene neue Charge an Produkt in den Kristallisationskanal gelangt. Diese Charge besitzt eine Dichte, die vom Druck im Kompensator abhängt und die nur innerhalb sehr geringer Grenzen schwankt, so dass, obgleich die gesamte Anlage nur auf Volumenmessung beruht, jedes Formstück ein Gewicht besitzt, das sehr genau innerhalb sehr enger Grenzen gesteuert ist.
Das posaunenartige Leitungssystem 26,30,28 steht, wie erwähnt, ständig unter einem konstanten Druck. Hierdurch wird die Steuerung der Gesamt- anlage ausserordentlich einfach. Tatsächlich wird der Druck im Kompensator aber nur in einer der offenen Stellungen des Organs V2 (z. B. Fig. 5 und 7) benötigt, während bei geschlossenem Messorgan (z. B.
Fig. 6) kein Druck im Kompensator vorhanden zu sein braucht.