CH632459A5

CH632459A5 - Vorrichtung zum einfuellen einer dosierten menge von fliessfaehigem gut in eine verpackung.

Info

Publication number: CH632459A5
Application number: CH796678A
Authority: CH
Inventors: Wilhelm Reil
Original assignee: Tetra Pak Dev
Priority date: 1977-07-29
Filing date: 1978-07-24
Publication date: 1982-10-15
Also published as: DE2734251C3; DE2734251A1; IT1097790B; IT7826254A0; FR2398667A1; US4243160A; FR2398667B3; DE2734251B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einfüllen einer bestimmten Menge von fliessfähigem Gut in Verpak-kungen mit einer Pumpeinrichtung, Abdichtungen und Anschlüssen für die Beschickung und die Abgabe des Fliessmittels.

Bekannt sind Abfüllvorrichtungen für Flüssigkeiten, z.B. Säfte oder Milch, die in auf einem Förderband zugeführten oben offenen Verpackungen eingefüllt werden. Die Verpak-kungen einer Serie haben dabei ein bestimmtes Volumen, und es ist deshalb eine Füllvorrichtung vorgesehen, die dafür sorgt, dass taktweise möglichst genau die richtige Menge Flüssigkeit eingefüllt wird. Zum Teil werden auch Schlauchpumpen eingesetzt, bei welchen an Armen befestigte Rollen während einer Kreisbewegung einen längs des Umfanges dieses Kreises gelegten Schlauch so walken, dass er an der Eingriffsstelle mit der Rolle weitgehend zusammengedrückt wird und somit die Flüssigkeit vorangetrieben wird. Es sind auch andere Füllvorrichtungen mit Kolbenpumpen, bisweilen Kolbenfüller genannt, bekannt, bei denen die vorbestimmte Flüssigkeitsmenge durch den Kolbenhub bzw. das Zylindervolumen bestimmt ist. Derartige Maschinen sollten in zweckmässiger Weise so universell aufgebaut sein, dass auch die aseptische EinfüIIung von Flüssigkeiten, z.B. Milch, möglich ist. Die Füllvorrichtungen weisen daher Sterilisieranlagen und dergleichen auf, haben aber den Nachteil, dass sie schwierig zu reinigen sind. Insbesondere müssen die Füllvorrichtungen teilweise auseinandergebaut werden, weil nicht mit Sicherheit gewährleistet ist, dass die aseptische Reinigungsflüssigkeit alle Teile beim Durchfluss während der Reinigung mit Sicherheit umspült und ausreichend reinigt, so dass den strengen Sauberkeitsbestimmungen Genüge getan ist.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Maschinen besteht in der Unbeweglichkeit der Füllvorrichtung. Die mechanischen Steuereinrichtungen für den Zylinder der Kolbenfüller verhindern die Beweglichkeit dieser bekannten Füllvorrichtung, d.h. ein taktweises Auf- und Abbewegen während des Betriebes.

Diese oszillierende Auf- und Abbewegung mit einer Amplitude von z.B. 20 cm ist insbesondere bei dem Abfüllen von Milch zur Vermeidung der Schaumbildung erforderlich. Bei der Abfüllung von Milch, aber auch bei Säften, ist es häufig erforderlich, den Ausströmstutzen der Füllvorrichtung ein Stück weit in die zu füllende Verpackung hineinzuführen und mit steigendem Füllungsgrad nach oben herauszuziehen. Hierdurch kann z.B. die Öffnung des Ausfliessstutzens stets unter dem Flüssigkeitsspiegel gehalten werden, wodurch die Schaumbildung erheblich verringert wird. Die oszillierende Auf- und Abbewegung des Ausfliessstutzens an der Füllvorrichtung kann entweder dadurch erreicht werden, dass man die ganze Füllvorrichtung oder im Verhältnis zu dieser die Verpackung selbst auf- und abbewegt.

Derzeit werden sehr viele Flüssigkeiten und Pasten in sogenannte Weichpackungen eingefüllt, wie sie z.B. für Milch in den letzten Jahren grosse Verbreitung gefunden haben. Diese Weichpackungen bieten keine festen Flächen für eine maschinelle Halterung zur Auf- und Abbewegung der Verpackung. Dadurch ergibt sich eine unstabile Bewegung, die zu grössten Schwierigkeiten führt. Will man die Auf- und Abbewegung der Füllvorrichtung gewährleisten, so stehen hier die mechanischen Steuerungen entgegen. Beim Kolbenfüller muss der Kolben an einer stationären Einrichtung gelagert und genau gesteuert werden. Bei den Schlauchpumpen ist die Steuerung für den mechanischen Antrieb der eingangs beschriebenen Arme oder anderer drehbeweglicher Teile notwendig.

Man erkennt also, dass das Einfüllen von fliessfähigen Gütern, Z.B. Flüssigkeiten oder Pasten, in genauer Dosierung sehr schwierig ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Dosiereinrichtung zum Abfüllen von Flüssigkeiten oder Pasten in Behälter oder Verpackungen mit genau bestimmtem Volumen zu schaffen, die einen einfachen Pumpenantrieb hat und gegenüber dem stationären Maschinenrahmen frei beweglich ist.

Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass in einem festen Gehäuse, an dessen Eingang und Ausgang je ein Steuerventil angeordnet ist, ein Stützkörper und eine elastische, an die Innenwand des Gehäuses bzw. an den. Stützkörper anlegbare Hülle angeordnet ist und im Gehäuse Gaseinführöffnungen angeordnet sind. Das Überraschende an dieser neuen Füllvorrichtung liegt in der Möglichkeit des Pumpens mit Hilfe einer elastischen Hülle aus flexiblem Material, wie z.B. Kautschuk oder Kunststoff. Diese Hülle liegt normalerweise an der inneren Oberfläche des Gehäuses an, wenn fliessfähiges Gut eingefüllt ist oder wird, und zwar bis das durch das feste Gehäuse fest definierte Volumen mit dem fliessfähigen Gut vollständig aufgefüllt ist. Über die Gaseinführöffnungen im Gehäuse kann dann ein Gas, z.B. Luft, unter Druck so aussen zwischen Gehäuse und Hülle eingeführt werden, dass die Hülle sich unter Herausdrücken des fliessfähigen Gutes infolge ihrer Elastizität oder Flexibilität schliesslich an die äussere Oberfläche des Stützkörpers anlegt. Man erkennt, dass der Raum zwischen dem Stützkörper und dem Gehäuse sozusagen der Hubraum ist, welcher das Volumen bestimmt. Der Vorteil dieser neuen Füllvorrichtung besteht nun einerseits in der freien Beweglichkeit, weil keine mechanischen Antriebseinrichtungen zum Pumpen erforderlich sind; und andererseits in der guten Reinigungsmöglichkeit, weil alle Teile, die auch mit dem abzufüllenden Gut in Berührung kommen, beim Sterilisieren mit aseptischer Reinigungsflüssigkeit von letzterer umspült werden. Mit der neuen Vorrichtung ist es möglich, die Verpackungen auf einem Förderer ohne oszillierende Auf- und Abbewegung unter der Füllvorrichtung vorbeizubewegen. Andererseits wird das Einführen des Ausfliessstutzens der Füllvorrichtung dadurch er5

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möglicht, dass infolge der guten Beweglichkeit die Füllvorrichtung selbst in beliebigem Takt auf- und abbewegt wird.

Bei vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung weist das Gehäuse ein an beiden Enden dichtend abschliessbares Rohr auf, an dem innen die als Schlauch ausgebildete Hülle anliegt und dichtend am Umfang der Rohrenden angebracht ist, wobei der Stützkörper unter Bildung von längs im Rohr verlaufenden Kanälen mittig im Rohr befestigt ist. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erkennt man die praktische Herstellungsmöglichkeit eines aus einem Rohr aufgebauten Gehäuse mit entsprechenden Abdichtungen, wobei eine besonders bevorzugte konstruktive Lösung für den Stützkörper darin besteht, dass er im Querschnitt beispielsweise drei etwa um 120° zueinander versetzte Arme aufweist, deren Verbindungsstelle in der Mitte des Stützkörpers und damit auch in der Mitte des Rohres angeordnet ist, so dass die Lagerung des Stützkörpers, gegebenenfalls unter Abstützung mittels seiner Arme aussen an der Rohrinnenwand, vereinfacht ist.

Zweckmässig ist es gemäss der Erfindung, wenn die Steuerventile als angefedert gelagerte Kegel ausgebildet und in an den Rohrenden lösbar befestigten, einen ringförmigen Dichtsitz aufweisenden Kopfteilen beweglich angeordnet sind. Die Vorspannung dieser Ventilkegel kann z.B. durch Spiralfedern gewährleistet werden, die gegen Stützringe einerseits und gegen den Ventilkegel andererseits abgestützt sind. Die Kompression dieser Federn erfolgt in vorteilhafter Weise durch das fliessfähige Gut bzw. das Pumpgasmittel, so dass mechanische, meist an einem stationären Rahmen zu befestigende Steuerteile nicht erforderlich sind. Man könnte die Anfederung der Ventilkegel auch durch Tellerfedern gewährleisten, die jeweils in der Nähe des betreffenden Kegels angeordnet sind.

Bei vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist die äussere Fläche des Stützkörpers gleich gross wie die Innenfläche des Rohres. Hierdurch ist die genaue Einstellung des Füllvolumens besonders günstig zu beherrschen, wobei dann nämlich die als Schlauch ausgebildete elastische Hülle im Zustand nach dem Herausdrücken des fliessfähigen Gutes vollständig und satt an der Oberfläche bzw. der äusseren Fläche des Stützkörpers und nach der Druckgasentlastung und unmittelbar vor der Füllung sowie auch nach der Füllung des Volumens mit fliessfähigem Gut an der inneren Oberfläche des Rohres anliegt. Man kann dann das Volumen einwandfrei berechnen und auch entsprechend bemessene Hüllkörper vorsehen oder die Flexibilität des Schlauches entsprechend einrichten.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ventilkegel mittig in Flucht zur Längsachse des Rohres angeordnet, von einer in einer zentralen Öffnung im Stützkörper vorgesehenen Ventilstange gehalten und von je einer Feder in Schliessstellung vorgespannt sind. Bei dieser Ausführungsform geht die Ventilstange von oberhalb des Einlassendes des Rohres durch den Ventilkegel,

durch den mittig angeordneten Stützkörper hindurch bis zum Auslassventilkegel, mit welchem das Stangenende verbunden ist. Auf diese Weise ist es möglich, die Federn für die Vorspannung der Ventilkegel beide z.B. am oberen Einlassteil anzuordnen.

Vorteilhaft ist es erfindungsgemäss ferner, wenn an den Gaseinführöffnungen im Rohr ein Schlauch zur Verbindung mit einer Gaspumpe und an mindestens dem Beschickungs-anschluss an dem einen Rohrende ein Schlauch zur Verbindung mit einem Behälter für das fliessfähige Gut vorgesehen sind. Durch diese Schlauchverbindungen wird die hervorragende Beweglichkeit der Füllvorrichtung gemäss der Erfindung besonders deutlich. Da keinerlei starre Verbindungen mit stationären Teilen erforderlich sind, vielmehr die Pumpenergie zum Fördern des Gutes gewünschter Menge über den Schlauch z.B. als Druckluft zugeführt wird und das fliessfähige Gut selbst taktweise durch Druck über beliebig bewegliche Schläuche zugeführt wird, kann die Fördervorrichtung auch über grössere Strecken ohne Schwierigkeiten der eingangs genannten Art oszillierend bewegt werden.

Auf die genaue Festlegung des Luftdruckes für die Pumpbewegung der Schlauchhülle kommt es z.B. nicht an, es ist nur notwendig, dass man zum Herausdrücken des fliessfähigen Gutes einen so starken Gasdruck vorsieht, dass die den Austrittsventilkegel gegen seinen Dichtsitz drückende Feder überwunden werden kann. Durch die Füllvorrichtung gemäss der Erfindung ist man mithin von jeglichem mechanischen Antrieb unabhängig geworden. Die Kraft der am Einlassende des Rohrgehäuses vorgesehenen Feder zum Andrük-ken des Einlassventils gegen seinen Dichtsitz sollte in zweckmässiger Weise so bemessen sein, dass sie kleiner als die im Vorlaufdruck in dem abzufüllenden fliessfähigen Gut herrschende Kraft ist. Dann kann durch Öffnen eines Ventils an der Zuführleitung für das fliessfähige Gut in der Füllvorrichtung gemäss der Erfindung ein ausreichender Druck durch den Vorlaufdruck aufgebaut werden, so dass der Einlassventilkegel abhebt und in erwünschter Weise das Volumen im Rohrgehäuse gefüllt wird.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusamenhang mit den Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise abgebrochene Querschnittsansicht durch die Füllvorrichtung gemäss der Erfindung,

Fig. 2 eine Schnittansicht durch das Rohrgehäuse mit den Gaseintrittsöffnungen, abgebrochen und verkürzt gezeigt, und

Fig. 3 eine Querschnittsansicht durch die Vorrichtung gemäss Fig. 1, und zwar entlang einer Ebene, wie bei der Linie A-A gezeigt ist.

Die in der folgenden Beschreibung erläuterte Ausführungsform dient zum Einfüllen einer bestimmten Menge Milch in Weichpackungen, wobei weder die in Fig. 1 oben angeordnet zu denkende Milchzuführleitung noch die unten angeordnet zu denkenden Weichpackungen gezeigt sind. Das Gehäuse der Vorrichtung besteht aus einem Rohr 1, welches in Fig. 2 gesondert herausgezeichnet ist, damit man die in zweckmässiger Höhe vorgesehenen Gaseinführöffnungen 2 und den Kragen 3 erkennen kann, der am Rohr 1 ange-schweisst ist. Flüssigkeitsdicht ist ein Anschlussring 4 um diesen Kragen 3 herumgelegt, um somit den Anschluss für einen Gaseinführnippel 5 vorzusehen, der am vorderen Ende eines Schlauches 6 befestigt ist und über letzteren mit einer nicht dargestellten Gaspumpe in Verbindung steht. Bei der hier gezeigten Ausführungsform handelt es sich um eine Druckluftpumpe.

Das obere oder Zufuhrende des Rohres 1 ist mit einem Kopfteil 7, das untere oder Abflussende des Rohres 1 ist mit einem Kopfteil 8 dichtend insofern verschlossen, als am oberen Ende ein Ventilkegel 9 und am unteren Ende ein Ventilkegel 10 angefedert gegen Kegelsitzflächen 11 und 12 angeordnet sind. Beide Ventilkegel 9 und 10 sind mit einer Ventilstange 13 verbunden, die sich durch den oberen Ventilkegel 9 bis in einen Einfüllstutzen 14 erstreckt, der am oberen Kopfteil 7 angeschweisst ist, während am unteren Kopfteil 8 ein Ausfliessstutzen 15 angebracht ist, an dessen unterem Ende vorzugsweise auch Siebeinsätze 16 zur Vermeidung der Schaumbildung angeordnet sein können.

Sowohl am oberen als auch am unteren Ende des Rohres 1 ist längs des Umfanges dichtend das jeweilige Ende eines Schlauches 17 befestigt, der sich in der Darstellung mit den ausgezogenen Linien in den Figuren 1 und 3 innen am Umfang des Rohres 1 angelegt hat. In Fig. 3 ist mit gestrichelter Linie 17' eine andere Stellung oder Lage des Schlauches 17

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gezeigt, nämlich wenn er sich infolge Druck der durch die Druckeinführöffnungen 2 hereingepumpten Luft gegen die äussere Oberfläche des mittig im Rohr 1 angeordneten Stützkörpers 18 anlegt. Der Stützkörper 18, der ebenfalls wie die anderen Rohre, Nippel, Stutzen, Kopfteile und dergleichen aus Stahl, vorzugsweise nicht rostendem Stahl, hergestellt sein kann, hat hier einen Querschnitt mit drei, gegeneinander um 120° versetzten Armen, deren äussere Enden längs des gesamten Schlauches 17 an den Stellen B anliegen. In der Mitte befindet sich eine Längsöffnung 19, die sich ebenso längs innerhalb des Rohres 1 erstreckt wie die durch die Form des Stützkörpers 18 ausgebildeten Kanäle 20.

In den Figuren 1 und 3 erkennt man schräge Übergangsflächen 21 mit axialen Bohrungen 22. Die Flächen 21 bilden den Übergang vom Stützkörper 18 zu dem Dichtrand an den äusseren Enden des Schlauches 17. Durch die Öffnungen 22 kann die Flüssigkeit nach unten in den Ausschliessstutzen 15 herausgedrückt werden.

Die Steuerventile sind als Kegel 9 und 10 ausgebildet. Der obere Ventilkegel 9 befindet sich am Einlass- oder Beschik-kungsende der Füllvorrichtung. Er ist schwimmend auf der Ventilstange 13 angeordnet und mittels der Feder 23 gegen den Stützkörper 18 angefedert. Der untere Ventilkegel 10 ist über die Spiralfeder 24 abgefedert, die mit ihrem einen Ende an einer durch Führungsstifte 25 gehalterten Gegenlagerringscheibe 26 und an ihrem anderen Ende gegen eine Ringscheibe 27 abgestützt ist.

In Betrieb arbeitet die Füllvorrichtung gemäss der Erfindung wie folgt: Die Zufüllung der Milch erfolgt über einen nicht dargestellten, entweder auf den Einfüllnippel 14 aufgeklemmten oder aufvulkanisierten Schlauch in das obere Kopfteil 7 hinein. Der Vorlaufdruck der Milch ist gross genug, um die relativ schwache Kraft der Feder 23 zu überwinden und damit den oberen Ventilkegel 9 von seinem Sitz 11 abzuheben. Der Kautschukschlauch 17 befindet sich unmittelbar vor Beginn des Zufüllens in dem mit ausgezogenen Linien in den Figuren 1 und 3 gezeigten Zustand, d.h. er liegt an der inneren Oberfläche des Rohres 1 an. Die Milch strömt am oberen Ventilkegel 9 vorbei, durch die oberen Öffnungen 22 in den Übergangsflächen 21, durch die axialen Kanäle 20 hindurch und staut sich an dem mit ausgezogenen Linien gezeichneten, durch die Spannung der Feder 24 gegen den 5 Dichtsitz 12 dichtend angelegten unteren Ventilkegel 10. Auf diese Weise füllt sich das ganze Volumen innerhalb des Rohres 1, d.h. die Summe der drei durch die Kanäle 20 gebildeten Volumina, mit Milch, bis sich der obere Ventilkegel 9 mangels Druckdifferenz auf den Sitz 11 legt. Sodann schaltet io über nicht dargestellte'Schalteinrichtungen die Druckgaspumpe ein, fördert Druckluft durch den Schlauch 6 und die Gaseinführöffnungen 2 zwischen Rohr 1 und Schlauch 17, so dass nun ein Überdruck in dem Volumen entsteht, der einerseits den oberen Ventilkegel 9 fest gegen seinen Dichtsitz 11 15 drückt und andererseits nach Übersteigen eines gewünschten Druckniveaus die Kraft der stärker ausgelegten Feder 24 überwindet und den unteren Ventilkegel 10 von seinem Sitz 12 abhebt. In diesem Augenblick beginnt das Einfüllen der Milch in die nicht dargestellte darunter befindliche Verpak-2o kung, wobei die Füllvorrichtung in ihrer Gesamtheit nach unten und nach oben bewegt werden kann. Beim Einfüllen der Milch in die nicht dargestellte Verpackung unten bewegt sich der Schlauch 17 aus der in den Figuren 1 und 3 mit ausgezogenen Linien bestellten Position in die in Fig. 3 mit 25 gestrichelten Linien gezeigte Stellung. D. h. der Schlauch 17' liegt dann satt an der äusseren Oberfläche des Stützkörpers 18 an; dies insbesondere dann, wenn die äussere Fläche des Stützkörpers 18 gleich gross ist wie die Innenfläche des Rohres 1. Die Verpackung ist nun mit der gewünschten Menge 30 Milch gefüllt, die obere Feder 24 spürt keinen Gegendruck, ausserdem wird die Druckgaspumpe abgeschaltet, und der untere Ventilkegel 10 setzt sich wieder auf seinen Dichtsitz 12 auf. Der Schlauch 17' gelangt aus der in Fig. 3 mit gestrichelten Linien gezeigten Stellung wieder in die ursprüngliche Stel-35 lung an der inneren Oberfläche des Rohres 1. Der zuvor beschriebene Vorgang kann nun erneut zur Füllung der nächsten, von dem nicht dargestellten Förderer unter der Füllvorrichtung heranbewegten Verpackung beginnen.

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2 Blätter Zeichnungen

Claims

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1. Vorrichtung zum Einfüllen einer bestimmten Menge von fliessfähigem Gut in Verpackungen mit einer Pumpeinrichtung, Abdichtungen und Anschlüssen für die Beschickung und die Abgabe des fliessfähigen Gutes, dadurch gekennzeichnet, dass in einem festen Gehäuse (1,7, 8), an dessen Eingang und Ausgang je ein Steuerventil (9, 10) angeordnet ist, ein Stützkörper (18) und eine elastische, an die Innenwand des Gehäuses (1) bzw. an den Stützkörper (18) anlegbare Hülle (17, 17') angeordnet sind und im Gehäuse (1) Gaseinführöffnungen (2) angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse ein an beiden Enden dichtend ab-schliessbares Rohr (1) aufweist, an dem innen die als Schlauch ausgebildete Hülle (17) anliegt und dichtend am Umfang der Rohrenden angebracht ist, und dass der Stützkörper (18) unter Bildung von längs im Rohr (1) verlaufenden Kanälen (20) mittig im Rohr (1) befestigt ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere Fläche des Stützkörpers (18) gleich gross ist wie die Innenfläche des Rohres (1).

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass an den Gaseinführöffnungen (2) im Rohr (1) ein Schlauch (6) zur Verbindung mit einer Gaspumpe und an mindestens dem Beschickungsanschluss (14) an dem einen Rohrende ein Schlauch zur Verbindung mit einem Behälter für das fliessfähige Gut vorgesehen sind.