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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Giessmaschine gemäss Anspruch
1 zum Giessen einer fliessfähigen
Masse, insbesondere einer flüssigen
Masse mit suspendierten Feststoff-Partikeln, wie z. B. Schokolade,
bei der typischerweise Kakao-Partikel und Zucker-Partikel in einer Kakaobutter und mehr
oder weniger Milchfett aufweisenden, geschmolzenen Fettmasse suspendiert
sind.
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Ausserdem
bezieht sich die Erfindung auf ein Ventil gemäss Anspruch 30 und ein Druckerzeugungsmittel
gemäss
Anspruch 47, die in die erfindungsgemässe Giessmaschine eingebaut
werden können.
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Derartige
bekannte Giessmaschinen zum Giessen von Schokolade enthalten z.
B. einen Massebehälter
zur Aufnahme der fliessfähigen
Masse; mindestens ein Ventil, das mit dem Massebehälter-Innenraum
in Fluidverbindung steht, wobei das Ventil bei Vorhandensein eines
Druckgefälles
entlang seiner Ventil-Durchlassrichtung in einem geöffneten Zustand
ist und bei Nicht-Vorhandensein dieses Druckgefälles entlang seiner Ventil-Durchlassrichtung
in einem geschlossenen Zustand ist; sowie ein Druckerzeugungsmittel
zum Erzeugen eines Druckgefälles
entlang der Ventil-Durchlassrichtung des Ventils.
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In
der Praxis bestehen die Bestandteile solcher Giessmaschinen aus
starren Metallteilen. Der Massebehälter dient zur Aufnahme der
giessbaren Masse. Von seinem Boden führen Leitungen weg, die jeweils
in eine von einer Vielzahl von Kammern münden, in denen jeweils ein
Kolben bewegbar ist. Jede der Kammern ist andererseits mit jeweils
einer Düse verbunden.
Eine Ventilfunktion ist für
jede Kammer/Kolben/Düsen-Einheit
vorgesehen.
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In
einem Ansaughub öffnet
das jeweilige Ventil die jeweilige Verbindungsleitung zwischen dem Massebehälter und
der jeweiligen Kammer, während die
jeweilige Verbindungsleitung zwischen der jeweiligen Kammer und
der jeweiligen Düse
blockiert wird.
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Der
jeweilige Kolben bewegt sich in der Kammer dann derart, dass das
freie Kammervolumen vergrössert
und Masse in die jeweilige Kammer hineingesaugt wird.
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In
einem Ausstosshub schliesst das jeweilige Ventil die jeweilige Verbindungsleitung
zwischen dem Massebehälter
und der jeweiligen Kammer, während die
jeweilige Verbindungsleitung zwischen der jeweiligen Kammer und
der jeweiligen Düse
geöffnet
wird. Der jeweilige Kolben bewegt sich in der Kammer dann derart,
dass das freie Kammervolumen verkleinert und Masse aus der jeweiligen
Kammer heraus und zur jeweiligen Düse gepumpt wird.
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Die
aus der Düse
austretende Masse wird dann auf eine Unterlage oder in eine Hohlform
gepresst bzw. gegossen.
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Bei
einigen besonderen Bauformen derartiger Giessmaschinen ist die Ventilfunktion
mit der Kolbenfunktion gekoppelt. Hierfür ist der Kolben z. B. als im
wesentlichen zylindrischer Hub/Dreh-Kolben ausgebildet, der in einer
Zylinderkammer einerseits eine Hubbewegung entlang der Achse der
Kammer bzw. des Kolbens und andererseits eine Drehbewegung um die
Achse der Kammer bzw. des Kolbens ausführen kann. Durch eine spezielle
Anordnung der Einmündungen
der Verbindungsleitungen in der jeweiligen Kammerwand und entsprechende
Aussparungen und/oder Durchtritte in dem jeweiligen Kolben kann
durch eine Abfolge von Hub- und Drehbewegungen des jeweiligen Kolbens
in einer ersten Richtung und einer entgegengesetzten zweiten Richtung ein
vollständiger
Giesszyklus (Ansaugen + Ausstossen) durchgeführt werden.
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Wenn
auch bei den letztgenannten kompakteren Bauformen derartiger Giessmaschinen
die Anzahl der beweglichen Teile durch die Vereinigung der Kolben-
und Ventilfunktion etwas verringert werden konnte, besitzen solche
herkömmlichen
Giessmaschinen immer noch ein grosse Anzahl beweglicher Teile.
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Darüber hinaus
lässt sich
in vielen Fällen beim
Giessen dünnflüssiger Massen
am Ende des Ausstosshubes ein Nachfliessen aus der Düse nicht verhindern.
Bei den meisten Anwendungen, in denen Schokoladenmasse gegossen
wird, erfolgt das Giessen bei derart hohen Temperaturen, dass zumindest die
bei niedrigeren Temperaturen schmel zenden Kristallmodifikationen
der Triglyceride aufgeschmolzen sind, so dass die Schokoladenmasse
insgesamt in einem recht dünnflüssigen Zustand
vorliegt und ein Nachfliessen an den Düsen stattfindet.
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Da
in der Regel kleine Mengen pro Giesszyklus gegossen werden, findet
fast der gesamte Giessvorgang im transienten (nicht-stationären) Modus statt.
Neben dem vorgenannten Nachfliessen und den dadurch zumindest mitverursachten
Dosierabweichungen führt
das vorwiegend im transienten Bereich stattfindende Giessen aber
auch zu strukturellen Veränderungen
in der Masse. Dies kann zu Beeinträchtigungen der Qualität der gegossenen
Schokoladenmassen führen.
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Ausserdem
ist es praktisch nicht möglich,
bei vorgegebenen Produktionsleistungen (Taktfrequenz und Dosiermenge
pro Takt) den durch die Fliesseigenschaften (Viskosität) von zu
giessender Schokoladenmasse und durch die geometrischen Randbedingungen
bedingten zeitlichen Verlauf des Strömungswiderstandes zu beeinflussen.
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Die
an der Düse
anliegende Druckdifferenz muss ausreichend gross sein, um die Fliessgrenze der
zu giessenden Schokoladenmasse zu Beginn des Giessens zu überwinden.
Dies führt
dazu, dass diese Druckdifferenz zunächst stark ansteigt. Sobald das
Fliessen beginnt, bedarf es einer viel kleineren Druckdifferenz,
um ein weiteres konstantes Fliessen aufrecht zu erhalten. Dazu kommt
noch, dass sich aufgrund der nun fliessenden laminaren Scherströmung mit
parabel-ähnlichem
Strömungsprofil
eine Veränderung
der Fliesseigenschaften (Viskosität) der Schokoladenmasse dahingehend
einstellt, dass die Viskosität
abnimmt. Die Scherung wirkt hier also verdünnend. Die anfänglich benötigte Druckdifferenz
zur Überwindung
der Fliessgrenze der Schokoladenmasse ist daher viel grösser als
die nach Beginn des Fliessens benötigte Druckdifferenz zur Aufrechterhaltung
des Fliessens. Die Auslegung der Druckquellen und die Stabilität vieler
Maschinenteile müssen sich
aber an diesem maximalen Druckbedarf orientieren.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Giessmaschine zum
Herstellen eines Verzehrproduktes aus einer giessbaren Masse, insbesondere
aus einer Fettmasse wie z. B. Schokolade, bereitzustellen, bei der
die geschilderten Nachteile und Unzu länglichkeiten beim Giessen vermieden oder
zumindest verringert werden können.
Gleichzeitig soll die Giessmaschine einen einfachen und störunanfälligen Aufbau
haben.
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Giessmaschine
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Diese
Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst, indem bei der eingangs
beschriebenen Giessmaschine das Ventil einen Ventilkörper mit
einer Ventilöffnung
sowie mindestens eine der Ventilöffnung zugeordnete
Ventilklappe aufweist, die an dem Ventilkörper angelenkt ist und wobei
die Ventilklappe gegen die Ventilöffnung gedrückt wird und diese abdichtet.
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Da
die Ventilklappe in ihrem geschlossenen Zustand am Ventilkörper anliegt
und gegen die Ventilöffnung
drückt,
verhindert sie das unkontrollierte, d. h. ohne definierte Druckdifferenz
an dem Ventil stattfindende Austreten von Masse durch das Ventil
und insbesondere das Nachfliessen von Masse am Ende eines Giessvorgangs.
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Wenn
die am Ventil erzeugte, vorzugsweise in definierter Weise aufgebaute
Druckdifferenz gross genug ist, um die abdichtende Ventilklappe
sowie die Fliessgrenze der durch die Ventilöffnung zu drückenden
Masse zu überwinden,
beginnt die Masse durch die Ventilöffnung zu fliessen, wobei die
Ventilklappe bewegt wird und den Strömungsquerschnitt des Ventils
vergrössert.
Dabei stellt sich während
des Giessvorgangs ein momentanes oder stationäres Gleichgewicht ein zwischen
der elastischen Rückstellkraft (Schliesskraft)
der Ventilklappe und der durch die Druckdifferenz in der strömenden Masse
erzeugten Auslenkungskraft (Öffnungskraft)
der Ventilklappe. Durch das ”nachgebende” Ventil
werden momentane transiente Druckspitzen der am Ventil anliegenden Druckdifferenz
verhindert oder zumindest deutlich geringer gehalten als bei einer
starren Düse.
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Ventil
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Das
erfindungsgemässe
Ventil ist für
den Einbau in die oben beschriebene Giessmaschine geeignet. Es besitzt
einen Ventilkörper
mit einer Ventilöffnung
sowie mindestens eine der Ventilöffnung
zugeordnete Ventilklappe, die an dem Ventilkörper angelangt ist wobei die
Ventilklappe gegen die Ventilöffnung
gedrückt
wird und diese abdichtet.
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Vorzugsweise
ist die Ventilklappe flexibel. Dazu besteht sie aus einem ausreichend
weichelastischen Material und/oder ist entlang einer Dimension ausreichend
klein, d. h. besitzt eine geringe Klappendicke. Besonders vorteilhaft
ist es, wenn die Ventilklappe aus Elastomermaterial besteht. Dadurch
lässt sich
eine gute Schliesswirkung des Ventils erreichen.
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Zur
Verbesserung der Symmetrie der Strömung durch das Ventil können mindestens
zwei der Ventilöffnung
zugeordnete Ventilklappen vorgesehen werden, die an dem Ventilkörper angelenkt
sind wobei die Ventilklappen aneinander gedrückt werden und die Ventilöffnung abdichten.
Ausserdem wird der Beitrag zur Ventilöffnung dann auf zwei Ventilklappen verteilt,
was zur Folge hat, dass die Auslenkung und/oder Verformung jeder
einzelnen der Ventilklappen geringer ist. Das Material im Anlenkungsbereich der
Ventilklappen am Ventilkörper
bzw. das Material der Ventilklappen an sich wird dadurch weniger
stark strapaziert, wodurch sich die Lebensdauer der Ventile erhöhen kann.
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Vorzugsweise
besitzt die erfindungsgemässe
Ventilklappe eine derartige Geometrie, dass der auf eine Ventil-Querschnittsebene
senkrecht zur Ventil-Durchlassrichtung projizierte Klappenrand von mindestens
einer Ventilklappe des Ventils von einem ersten radial äusseren
Punkt der Ventil-Querschnittsebene über einen radial mittigen Punkt
der Ventil-Querschnittsebene zu einem zweiten radial äusseren
Punkt der Ventil-Queschnittsebene verläuft. Dieser winkelförmige oder
gekrümmte
Verlauf ermöglicht
es, die Anpresskraft der Ventilklappe bzw. des Klappenrandes an
die Ventilöffnung
bzw. den Öffnungsrand
zu erhöhen,
indem man von den beiden radial äusseren
Punkten der Ventil-Querschnittsebene im Anlenkungsbereich jeweils
mit einer radial nach innen gerichteten Kraft auf die Ventilklappe
einwirkt.
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Es
ist vorteilhaft, wenn das Ventil mindestens drei der Ventilöffnung zugeordnete
Ventilklappen aufweist, die an dem Ventilkörper in einem peripheren Bereich
angelangt sind wobei das Ventil eine sich in Richtung der Ventil-Durchlassrichtung
erhabene pyramidenartige Gestalt besitzt, deren pyramidenartige Flächen jeweils
durch eine Ventilklap pe gebildet sind, so dass sich zwischen zwei
aneinandergrenzenden pyramidenartigen Flächen jeweils ein Ventilschlitz von
einem radial äusseren
Punkt zur radialen Mitte erstreckt. Diese in Durchlassrichtung erhabene
Gestalt des Ventils erhöht
seine Widerstandsfähigkeit gegen
ein Umklappen im geschlossenen Zustand, wenn der in Ventil-Durchlassrichtung
stromabseitige Fluiddruck grösser
als der in Ventil-Durchlassrichtung stromaufseitige Fluiddruck ist.
Andererseits bedarf es bei jeder der mehreren Ventilklappen nur
einer relativ geringen Verformung, um eine ausreichende Öffnung des
Ventils zu bewirken. Ein derartiges Ventil kann drei, vier, fünf oder
sechs Ventilklappen aufweisen und eine jeweils drei-, vier, fünf- oder sechsflächige pyramidenartige
Gestalt haben.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführung sind die pyramidenartigen
Flächen
von der Pyramidenspitze betrachtet jeweils konkav geformt und durch
eine jeweilige konkav geformte Ventilklappe gebildet, deren Konkavität sich zwischen
den begrenzenden Ventilschlitzen der Klappe und dem peripheren Anlenkungsbereich
der Klappe erstreckt. Diese konkaven Ventilklappen bilden in ihrer
Gesamtheit eine mehrseitige Pyramide, deren Seitenflächen, aus stromabseitiger
Sicht, jeweils als konkave Facette ausgebildet sind. Dies trägt zur verbesserten Schliesswirkung,
d. h. einem stabileren geschlossenen Zustand des Ventils bei.
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Der
Ventilkörper
und die mindestens eine Ventilklappe können einstückig ausgebildet sein. Vorzugsweise
sind sie als einstückiges
Elastomer-Gussteil ausgebildet. Dadurch kann das erfindungsgemässe Ventil
in einem Giessvorgang, ggf. mit anschliessender Vernetzung, z. B.
Vulkanisation, hergestellt werden.
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Alternativ
können
der Ventilkörper
und die mindestens eine Ventilklappe durch eine formschlüssige und/oder
kraftschlüssige
Steckverbindung miteinander verbunden sein. Dabei ist es vorteilhaft, wenn
der Ventilkörper
und/oder die Ventilklappe(n) aus flexiblem Material bestehen. Der
Grad der Biegbarkeit (Flexibilität)
des Ventils kann durch den Elastizitätsmodul und/oder durch die
Abmessungen orthogonal zur Biegelinie oder Biegeebene der Ventilabschnitte
oder Ventilbestandteile festgelegt werden, wobei eine Vergrösserung
des Elastizitätsmoduls oder
eine Vergrösserung
der Abmessung die Biegbarkeit verringert und umgekehrt eine Verkleinerung des
Elastizitätsmoduls
oder eine Verkleinerung der Abmessung die Biegbarkeit vergrössert. Der
Ventilkörper
und/oder die mindestens eine Ventilklappe können auch mit einem Stabilisierungselement
oder Versteifungselement gekoppelt sein. Zweckmässigerweise besteht das Stabilisierungselement
oder Versteifungselement aus einem ersten Material und das Ventil
bzw. der Ventilkörper
und/oder das mindestens eine Ventil aus einem zweiten Material,
wobei der E-Modul des ersten Materials grösser als der E-Modul des zweiten
Materials ist.
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Bei
einer bevorzugten Ausführung
ist der Ventilkörper
in einem ihn kranzartig oder ringartig umgebenden Ventilsitz angeordnet,
der aus dem ersten Material besteht. Vorzugsweise bestehen der Ventilkörper und
ggf. die Ventilklappen aus einem weichelastischen Material, während der
kranzartige oder ringartige Ventilsitz aus einem hartelastischen Material
besteht.
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Sämtliche
Massnahmen zur Versteifung oder Stabilisierung des Ventils insgesamt
bzw. seiner Abschnitte oder Bestandteile sollten dabei im Innern
eines weichelastischen Materials angeordnet sein oder vom Ventilsitz
auf das Ventil einwirken, so dass gewährleistet ist, dass die beim
Schliessen des Ventils einander berührenden Ventilbereiche, z.
B. Ventilschlitze, die nötige
Verformung erfahren können.
Die beim Schliessen einander berührenden
Bereiche des Ventils bilden daher Abdichtungsbereiche bzw. die eigentliche
Ventildichtung.
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Bei
einer weiteren Ausführung
durchläuft
das mindestens eine Ventil beim Übergang
von dem geschlossenen zu dem geöffneten
Zustand des Ventils oder beim Übergang
von dem geöffneten
zu dem geschlossenen Zustand des Ventils aufgrund der Verformung
des Ventils einen Druckpunkt, in welchem die in dem Ventil gespeicherte
potentielle Energie maximal ist. Der Druckpunkt kann z. B. dadurch
zustande kommen, dass das Ventil bei seiner Verbiegung vom geschlossenen
zum geöffneten
Zustand eine zunächst
zunehmende und nach Überwinden des
Druckpunktes abnehmende Kompression bzw. Stauchung entlang der Biegelinie
oder Biegeebene erfährt.
Die maximale potentielle Energie liegt dann vorwiegend in Form von
Kompressionsenergie vor. Die Verformung des Ventils kann z. B. ein
Umstülpen einer
Ventilklappe von einer konkaven Form der Ventilklappe zu einer konvexen
Form der Ventilklappe sein.
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Druckerzeugungsmittel
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Das
Druckerzeugungsmittel ist für
den Einbau in die weiter oben beschriebene Giessmaschine geeignet.
Es besitzt eine Dosierkammer mit veränderbarem Kammer-Volumen und mit mindestens
einem Dosierkammer-Auslassventil sowie einem Dosierkammer-Einlassventil,
wobei das Dosierkammer-Einlassventil in der Fluidverbindung zwischen dem
Massebehälter-Volumen
und dem Dosierkammer-Volumen angeordnet ist.
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Das
Druckerzeugungsmittel stellt eine Pumpe dar, deren Funktionsweise
einen Ansaughub und einen Ausstosshub aufweist.
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Die
Dosierkammer mit veränderbarem
Kammer-Volumen, das Dosierkammer-Auslassventil
und das Dosierkammer-Einlassventil bilden zusammen eine Dosiereinheit.
Während
eines Einlass-Hubs gelangt Masse über das geöffnete Einlass-Ventil bei geschlossenem
Auslass-Ventil in die Dosierkammer hinein, und während eines Auslass-Hubs gelangt
Masse über
das geöffnete
Auslass-Ventil bei geschlossenem Einlass-Ventil aus der Dosierkammer
heraus, um z. B. in Hohlformen, in Alveolen oder auf ein Förderband
gegossen zu werden.
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Das
Druckerzeugungsmittel kann einen hermetisch verschliessbaren und
mit einer Druckquelle kommunizierenden Massebehälter aufweisen. Dadurch kann
das Füllen
der Dosierkammer mit Masse (Eindosieren) durch Druckeinwirkung auf
die Masse im Massebehälter
erfolgen oder zumindest unterstützt
werden. Als Druckquelle kann eine Quelle für komprimiertes Gas, insbesondere
eine Druckluftquelle verwendet werden. Anstelle der Druckquelle oder
als Ergänzung
zu ihr kann das Druckerzeugungsmittel einen hermetisch verschliessbaren
Massebehälter
mit veränderbarem
Massebehälter-Volumen aufweisen.
Dies ermöglicht
eine das Eindosieren in die Dosierkammer bewirkende oder zumindest unterstützende Druckerzeugung
im Massebehälter durch
Verringern des Massebehälter-Volumens.
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Vorzugsweise
verlaufen die Ventil-Durchlassrichtung des mindestens einen Dosierkammer-Auslassventils
von dem Dosierkammer-Volumen zu der die Giessmaschine umgebenden
Atmosphäre
und die Ventil-Durchlassrichtung des Dosierkammer-Einlassventils von
dem Massebehälter-Volumen
zu dem Dosierkammer-Volumen. Dadurch kann durch Vergrössern des
Dosierkammer-Volumens in der Dosierkammer ein Unterdruck erzeugt werden,
so dass das Dosierkammer-Auslassventil geschlossen bleibt und sich
das Dosierkammer-Einlassventil öffnet,
wodurch bis zum Druckausgleich Masse in die Dosierkammer einströmt. Durch
Verkleinern des Dosierkammer-Volumens kann dann in der Dosierkammer
ein Überdruck
erzeugt werden, so dass sich das Dosierkammer-Einlassventil schliesst und
das Dosierkammer-Auslassventil öffnet,
wodurch bis zum Druckausgleich Masse aus der Dosierkammer ausströmt.
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Vorzugsweise
besitzt die Dosierkammer mehrere Dosierkammer-Auslassventile und
nur ein Dosierkammer-Einlassventil. Alternativ kann Dosierkammer
mehrere Dosierkammer-Auslassventile und mehrere Dosierkammer-Einlassventile
besitzen.
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Insbesondere
können
die Anzahl der Dosierkammer-Auslassventile und die Anzahl der Dosierkammer-Einlassventile
einer Dosierkammer gleich sein, wobei zweckmässigerweise jedem Dosierkammer-Auslassventil
ein Dosierkammer-Einlassventil zugeordnet ist.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführung besitzt die Giessmaschine
bzw. ihr Druckerzeugungsmittel mehrere Dosierkammern, wobei vorzugsweise
jede Dosierkammer ein Dosierkammer-Auslassventil und ein Dosierkammer-Einlassventil
aufweist. Dadurch können
eine Vielzahl von Dosierkammern in der Giessmaschine parallel geschaltet
angeordnet werden, wodurch sich ein hoher Durchsatz erzielen lässt. Vorzugsweise
sind die jeweiligen Kammer-Volumina jeder der Dosierkammern miteinander
gekoppelt veränderbar.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben
sich aus der nun folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen einer Giessmaschine,
eines Druckerzeugungsmittels und eines Ventils anhand der Zeichnung,
wobei
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1 eine
Ausführung
einer Dosiereinheit des erfindungsgemässen Druckerzeugungsmittels
in einer ersten Betriebsphase zeigt;
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2 die
Dosiereinheit in einer zweiten Betriebsphase zeigt;
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3 die
Dosiereinheit in einer dritten Betriebsphase zeigt;
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4 die
Dosiereinheit in einer vierten Betriebsphase zeigt;
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5 die
Dosiereinheit in einer fünften
Betriebsphase zeigt;
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6 die
Dosiereinheit in sechsten Betriebsphase zeigt;
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7 anhand der Dosiereinheit die Druckverhältnisse
während
des Betriebs der Dosiereinheit zeigt;
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8 eine
Perspektivansicht einer entlang einer vertikalen Ebene geschnittenen
erfindungsgemässen
Giessmaschine ist, wobei die in den 1 bis 7 beschriebene Dosiereinheit einen Teil
des Druckerzeugungsmittels bzw. der Giessmaschine bildet;
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9 eine
Perspektivansicht einer Ausführung
des erfindungsgemässen
Ventils ist;
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10 eine
Perspektivansicht einer weiteren Ausführung des erfindungsgemässen Ventils
ist;
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11 eine
Perspektivansicht einer weiteren Ausführung des erfindungsgemässen Ventils
ist;
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12 eine
Perspektivansicht einer weiteren Ausführung des erfindungsgemässen Ventils
ist;
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13 eine
Perspektivansicht einer weiteren Ausführung des erfindungsgemässen Ventils
ist;
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14A eine im wesentlichen entgegengesetzt zur Ventil-Durchlassrichtung
betrachtete weitere Ausführung
des erfindungsgemässen
Ventils ist;
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14B die im wesentlichen gleichgerichtet zur Ventil-Durchlassrichtung
betrachtete Ausführung des
erfindungsgemässen
Ventils gemäss 14A ist;
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15A eine im wesentlichen entgegengesetzt zur Ventil-Durchlassrichtung
betrachtete weitere Ausführung
des erfindungsgemässen
Ventils ist;
-
15B die im wesentlichen gleichgerichtet zur Ventil-Durchlassrichtung
betrachtete Ausführung des
erfindungsgemässen
Ventils gemäss 15A ist;
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16A eine im wesentlichen entgegengesetzt zur Ventil-Durchlassrichtung
betrachtete weitere Ausführung
des erfindungsgemässen
Ventils ist; und
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16B die im wesentlichen gleichgerichtet zur Ventil-Durchlassrichtung
betrachtete Ausführung des
erfindungsgemässen
Ventils gemäss 16A ist.
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Anhand
von 1 wird nun der Aufbau einer Dosiereinheit 3, 4 beschrieben,
die einen unteren Ventilblock 3 sowie einen oberen Ventilblock 4 aufweist.
Die Dosiereinheit 3, 4 ist ein wesentlicher Bestandteil
des erfindungsgemässen
Druckerzeugungsmittels.
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Der
untere Ventilblock 3 enthält eine Vielzahl nebeneinander
angeordneter und zueinander paralleler unterer Ventilkanäle 5,
deren Querschnitt vorzugsweise kreisförmig ist. Jeder der unteren
Ventilkanäle 5 wird
durch eine Kanalwand 31 begrenzt, die vorzugsweise zylinderförmig ist.
Am unteren Ende eines unteren Ventilkanals 5 befindet sich
ein unteres Ventil 32, und am oberen Ende eines unteren
Ventilkanals 5 befindet sich ein oberes Ventil 42.
Durch die Kanalwand 31, das untere Ventil 32 und
das obere Ventil 42 wird eine Dosierkammer 7 definiert,
deren Volumen V veränderlich
ist und durch einen variablen Abschnitt des unteren Ventilkanals 5 gebildet
ist.
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Der
obere Ventilblock 4 enthält ebenfalls eine Vielzahl
nebeneinander angeordneter und zueinander paralleler oberer Ventilkanäle 6,
deren Querschnittsform der Querschnittsform der unteren Ventilkanäle 5 entspricht,
vorzugsweise also ebenfalls kreisförmig ist. Jeder der unteren
Ventilkanäle 5 wird durch
eine Kanalwand 31 begrenzt, die vorzugsweise zylinderförmig ist.
Am unteren Ende eines oberen Ventilkanals 6 befindet sich
ein oberes Ventil 42, und am oberen Ende ist jeder obere
Ventilkanal 6 mit einem Massenbehälter 2 (siehe 8)
verbunden.
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Die
Kanalwand 31, das untere Ventil 32 und das obere
Ventil 42 bestimmen die Dosierkammer 7 mit ihrem
Volumen V. Der Innenquerschnitt eines unteren Ventilkanals 5 entspricht
dem Aussenquerschnitt eines oberen Ventilkanals 6. Jeder
obere Ventilkanal 6 ist im Innern eines unteren Ventilkanals 5 entlang
der gemeinsamen Achse X der Kanäle 5 und 6 verschiebbar.
Durch diese Relativbewegung der Kanalwand 41 zur Kanalwand 31 kann
das im wesentlichen durch die Kanalwand 31, das untere
Ventil 32 und das obere Ventil 42 bestimmte Volumen
V der Dosierkammer 7 verändert werden. Eine ringförmige Dichtung 43,
die als Dichtungsring 43 in einer Ringnut in der Aussenfläche der
Kanalwand 41 gelagert ist, sorgt für eine Abdichtung der Dosierkammer 7 und
verhindert, dass sich giessbare Masse zwischen der Kanalwand 31 und
der Kanalwand 41 ausbreiten und unkontrolliert aus der
Dosierkammer 7 austreten kann. Die ringförmige Dichtung
kann auch als mit der Kanalwand 41 einstückiger Ringwulst
(nicht dargestellt) ausgebildet sein. Optional können auch mehrere axial beabstandete
Dichtungsringe 43 oder Ringwülste (nicht dargestellt) an
der Kanalwand 41 vorgesehen sein.
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Das
untere Ventil 32 ist aus einem elastischen Material gebildet.
Wenn an dem unteren Ventil 32 eine ausreichend geringe
Druckdifferenz zwischen der Dosierkammer 7 und der Umgebung
(Atmosphäre)
vorliegt, d. h. wenn eine minimale Ventil-Druckdifferenz nicht überschritten
wird, bleibt das elastische Material des Ventils im wesentlichen
unverformt, und das untere Ventil 32 bleibt geschlossen.
Erst wenn die minimale Ventil-Druckdifferenz überschritten
wird, öffnet
sich das untere Ventil 32.
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Ähnliches
gilt für
das obere Ventil 42. Das obere Ventil 42 ist ebenfalls
aus einem elastischen Material gebildet. Wenn an dem oberen Ventil 42 eine ausreichend
geringe Druckdifferenz zwischen dem Ventilkanal 6 und der
Dosierkammer 5 vorliegt, d. h. wenn eine minimale Ventil-Druckdifferenz
nicht überschritten
wird, bleibt das elastische Material des Ventils im wesentlichen
unverformt, und das obere Ventil 42 bleibt geschlossen.
Erst wenn die minimale Ventil-Druckdifferenz überschritten wird, öffnet sich
das obere Ventil 42.
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Anhand
der 1, 2, 3, 4, 5 und 6 wird
nun die Funktionsweise der Dosiereinheit 3, 4 als
Bestandteil des erfindungsgemässen
Druckerzeugungsmittels beschrieben.
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1 zeigt
die erste Phase eines Giesszyklus der Dosiereinheit 3, 4.
Der obere Ventilblock 4 bzw. jeder der oberen Ventilkanäle 6 ist
aus dem unteren Ventilblock 3 bzw. aus dem jeweiligen unteren Ventilkanal 5 so
weit entlang der Achse X herausgezogen, wie es dem benötigten Dosiervolumen
entspricht. Der obere Ventilblock 4 befindet sich am Ende
des Ansaughubes und ruht bezüglich
des unteren Ventilblocks 3. Das Volumen V der Dosierkammer 7 nimmt
seinen maximalen Wert ein. Jeder obere Ventilkanal 6 und
jeder untere Ventilkanal 5 ist mit giessbarer Masse M gefüllt, die
ausreichend viskos ist, dass sie praktisch sofort nach dem Ansaugen
zur Ruhe kommt. Dies ist gleichzeitig der Beginn des Ausstosshubes.
Das untere Ventil 32 und das obere Ventil 42 sind
geschlossen. Die Masse M ruht.
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2 zeigt
die zweite Phase des Giesszyklus. Der Ventilblock 4 bzw.
jeder der oberen Ventilkanäle 6 wird
in den unteren Ventilblock 3 bzw. in den jeweiligen unteren
Ventilkanal 5 entlang der Achse X hineingeschoben. Das
obere Ventil 42 ist geschlossen, und das untere Ventil 32 ist
offen. Die Masse M in der Dosierkammer 7 wird aus dem sich
verkleinernden Volumen V der Dosierkammer durch das untere Ventil 32 ausgestossen.
Der obere Ventilblock 4 befindet sich an einer Stelle innerhalb
des Ausstosshubes und bewegt sich bezüglich des unteren Ventilblocks 3.
Jeder obere Ventilkanal 6 und jeder untere Ventilkanal 5 ist
mit Masse M gefüllt,
die sich während
des Ausstosshubes bewegt.
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3 zeigt
die dritte Phase des Giesszyklus. Der obere Ventilblock 4 bzw.
jeder der oberen Ventilkanäle 6 ist
in den unteren Ventilblock 3 bzw. in den jeweiligen unteren
Ventilkanal 5 fast so weit entlang der Achse X hineingeschoben,
wie es dem benötigten Dosiervolumen
entspricht. Das obere Ventil 42 ist geschlossen, und das
untere Ventil 32 ist immer noch offen. Die Masse M in der
Dosierkammer 7 wird weiterhin durch das untere Ventil 32 ausgestossen.
Der obere Ventilblock 4 befindet sich kurz vor dem Ende des
Ausstosshubes und bewegt sich noch bezüglich des unteren Ventilblocks 3.
Das Volumen V der Dosierkammer 7 hat fast seinen minimalen
Wert erreicht. Jeder obere Ventilkanal 6 und jeder untere Ventilkanal 5 ist
mit Masse M gefüllt.
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4 zeigt
die vierte Phase des Giesszyklus. Der obere Ventilblock 4 bzw.
jeder der oberen Ventilkanäle 6 wird
aus dem unteren Ventilblock 3 bzw. aus dem jeweiligen unteren
Ventilkanal 5 entlang der Achse X herausgezogen. Das obere
Ventil 42 ist offen, und das untere Ventil 32 ist
geschlossen. Die Masse M wird durch das obere Ventil 42 in
das sich vergrössernde
Volumen V der Dosierkammer 7 gesaugt. Der obere Ventilblock 4 befindet
sich an einer Stelle innerhalb des Ansaughubes und bewegt sich bezüglich des
unteren Ventilblocks 3. Das Volumen V der Dosierkammer 7 vergrössert sich.
Jeder obere Ventilkanal 6 und jeder untere Ventilkanal 5 ist mit
Masse M gefüllt,
die sich während
des Ansaughubes bewegt.
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5 zeigt
die fünfte
Phase des Giesszyklus. Der obere Ventilblock 4 bzw. jeder
der oberen Ventilkanäle 6 ist
aus dem unteren Ventilblock 3 bzw. aus dem jeweiligen unteren
Ventilkanal 5 fast so weit entlang der Achse X herausgezogen,
wie es dem benötigten
Dosiervolumen entspricht. Das obere Ventil 42 ist immer
noch offen, und das untere Ventil 32 ist immer noch geschlossen.
Die Masse M wird weiterhin durch das obere Ventil 42 in
das sich vergrössernde
Volumen V der Dosierkammer 7 gesaugt. Der obere Ventilblock 4 befindet
sich kurz vor dem Ende des Ansaughubes und bewegt sich noch bezüglich des
unteren Ventilblocks 3. Das Volumen V der Dosierkammer 7 hat
fast seinen maximalen Wert erreicht. Jeder obere Ventilkanal 6 und
jeder untere Ventilkanal 5 ist mit Masse M gefüllt.
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6 zeigt
die sechste Phase des Giesszyklus der Dosiereinheit 3, 4.
Der obere Ventilblock 4 bzw. jeder der oberen Ventilkanäle 6 ist
aus dem unteren Ventilblock 3 bzw. aus dem jeweiligen unteren Ventilkanal 5 so
weit entlang der Achse X herausgezogen, wie es dem benötigten Dosiervolumen
entspricht. Der obere Ventilblock 4 befindet sich am Ende
des Ansaughubes und ruht bezüglich
des unteren Ventilblocks 3. Das Volumen V der Dosierkammer 7 nimmt
wieder seinen maximalen Wert ein. Jeder obere Ventilkanal 6 und
jeder untere Ventilkanal 5 ist mit Masse M gefüllt. Dies
ist gleichzeitig der Beginn des Ausstosshubes (siehe 1).
Das untere Ventil 32 und das obere Ventil 42 sind
geschlossen. Die Masse M ruht.
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Anhand
der 7A, 7B, 7C und 7D werden
nun die Druckverhältnisse
während des
Betriebs der Dosiereinheit 3, 4 als Bestandteil des
erfindungsgemässen
Druckerzeugungsmittels beschrieben.
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7A zeigt
die Druckverhältnisse
am Ende des Ansaughubes bzw. am Beginn des Ausstosshubes. Der obere
Ventilblock 4 ruht bezüglich
des unteren Ventilblocks 3. Die Masse M ruht ebenfalls.
Der Druck P1 in der durch den unteren Ventilkanal 5 gebildeten
Dosierkammer 7 ist gleich gross wie der Druck P2 in dem
oberen Ventilkanal 6 (P1 = P2). Aufgrund des hydrostatischen
Drucks kann es vorkommen, dass die absoluten Werte der Drücke P1 und
P2 etwas höher
sind als der Atmosphärendruck
P0. Diese Druckdifferenz P1 – P0
= P2 – P0
ist aber kleiner als die minimale Ventil-Druckdifferenz (Öffnungsdruck).
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7B zeigt
die Druckverhältnisse
während des
Ausstosshubes. Der obere Ventilblock 4 bewegt sich bezüglich des
unteren Ventilblocks 3 nach unten. Der Druck P1 in der
durch den unteren Ventilkanal 5 gebildeten Dosierkammer 7 ist
grösser
als der Druck P2 in dem oberen Ventilkanal 6 (P1 > P2). Das obere Ventil 42 ist
geschlossen. Ausserdem ist der Druck P1 in der Dosierkammer 7 grösser als
der Atmosphärendruck
P0. Das untere Ventil 32 ist geöffnet.
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7C zeigt
die Druckverhältnisse
während des
Ansaughubes. Der obere Ventilblock 4 bewegt sich bezüglich des
unteren Ventilblocks 3 nach oben. Der Druck P1 in der durch
den unteren Ventilkanal 5 gebildeten Dosierkammer 7 ist
kleiner als der Druck P2 in dem oberen Ventilkanal 6 (P1 < P2). Das obere Ventil 42 ist
geöffnet.
Ausserdem ist der Druck P1 in der Dosierkammer 7 kleiner
als der Atmosphärendruck
P0. Das untere Ventil 32 ist geschlossen.
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7D zeigt
die Druckverhältnisse
gegen Ende des Ansaughubes. Der obere Ventilblock 4 bewegt
sich noch bezüglich
des unteren Ventilblocks 3. Der Druck P1 in der durch den
unteren Ventilkanal 5 gebildeten Dosierkammer 7 ist
immer noch kleiner als der Druck P2 in dem oberen Ventilkanal 6 (P1 < P2). Das obere
Ventil 42 ist noch geöffnet.
Ausserdem ist der Druck P1 in der Dosierkammer 7 kleiner als
der Atmosphärendruck
P0. Das untere Ventil 32 ist noch geschlossen.
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8 ist
eine Perspektivansicht einer entlang einer vertikalen Ebene geschnittenen
Giessmaschine 1, wobei die in den 1 bis 7 beschriebene Dosiereinheit 3, 4 einen
Teil der Giessmaschine 1 bildet. Die Giessmaschine 1 enthält von oben
nach unten angeordnet im wesentlichen drei Elemente, nämlich einen
Massebehälter 2,
einen oberen Ventilblock 4 mit oberen Ventilen 42 und
einen unteren Ventilblock 3 mit unteren Ventilen 32.
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Der
obere Ventilblock 4 ist hier plattenförmig ausgebildet und an seiner
Oberseite mit dem Massebehälter 2 und
an seiner Unterseite mit einer Vielzahl von zylinderförmigen oberen
Ventilkanälen 6 verbunden,
die sich jeweils normal zur ebenen Unterseite des oberen Ventilblocks 4 erstrecken
und die jeweils durch eine zylinderförmige Kanalwand 41 gebildet sind.
An ihrem unteren Ende besitzen sie jeweils ein oberes Ventil 42.
Der Boden des Massebehälters 2 enthält eine
Vielzahl von Löchern 21,
von denen jedes in einen der oberen Ventilkanäle 6 mündet.
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Der
untere Ventilblock 3 ist hier durch eine untere Platte 3a und
eine obere Platte 3b gebildet, die parallel zum oberen
Ventilblock 4 und dem Boden des Massebehälters 2 ausgerichtet
sind. Die beiden Platten 3a und 3b besitzen eine
Vielzahl von Löchern,
an denen sie über
eine Vielzahl zylinderförmiger
unterer Ventilkanäle 5 verbunden
sind, die sich vom Ort eines der Löcher in den Platten 3a und 3b stegartig
zwischen der unteren Platte 3a und der oberen Platte 3b erstrecken
und die jeweils durch eine zylinderförmige Kanalwand 31 gebildet
sind. Der untere Ventilblock 3 besteht somit aus einer
starren Einheit, die durch die untere Platte 3a, die obere
Platte 3b und die Vielzahl der stegartigen unteren Ventilkanäle 5 gebildet
ist. An seinem unteren Ende besitzt jeder untere Ventilkanal 5 ein
unteres Ventil 32.
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Der
untere Ventilblock 3 und der obere Ventilblock 4 sind
aneinander gleitend gelagert. Die gleitende Lagerung wird dabei
durch die Vielzahl der zylinderförmigen
Kanalwände 41 der
oberen Ventilkanäle 6 und
die Vielzahl der zylinderförmigen
Kanalwände 31 der
unteren Ventilkanäle 5 gebildet,
wobei die Aussenwand einer jeweiligen Ventil-Kanalwand 41 an
der Innenwand einer jeweiligen Ventil-Kanalwand 31 anliegt
und wobei entlang der jeweiligen Zylinderachse X die konzentrischen
Zylinder-Kanalwände 31, 41 relativ
zueinander gleiten können. Durch
diese lineare Relativbewegung zwischen dem unteren Ventilblock 3 und
dem oberen Ventilblock 4 wird das Volumen V der im wesentlichen
durch die Ventil-Kanalwand 31 sowie durch das unteren Ventil 32 und
das obere Ventil 42 bestimmten Dosierkammern 7 verändert, wie
man auch an dem Zyklus der 1, 2, 3, 4, 5 und 6 sieht. Für die Druckverhältnisse
in dem unteren Ventilkanal 5 bzw. in der innerhalb einer
von ihm bestimmten Dosierkammer 7 sowie in dem oberen Ventilkanal 6 gilt das
anhand von 7A, 7B, 7C und 7D Gesagte.
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Für die wesentliche
Funktion der Giessmaschine 1 spielt es keine Rolle, ob
während
eines Giesszyklus der untere Ventilblock 3 bewegt wird
und der obere Ventilblock 4 ruht oder umgekehrt oder ob
beide gleichzeitig oder nacheinander relativ zueinander bewegt werden.
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In
jeder der Dosierkammern 7 befindet sich ein Vibroelement 11, über das
in die zu giessende Masse Vibrationen eingetragen werden können. Die Vibroelemente 11 haben
die Form von Stäbchen,
die sich quer durch jede Dosierkammer 7 bzw. jeden unteren
Ventilkanal 5 erstrecken und in der Ventil-Kanalwand 31 gelagert
sind.
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9 zeigt
eine Perspektivansicht eines erfindungsgemässen Ventils 50. Das
Ventil 50 besitzt einen flächigen Grundkörper 51 aus
einem elastischen Material, insbesondere aus Elastomermaterial,
mit entlang der Ventilachse bzw. der Ventil-Durchlassrichtung betrachtet
kreisförmigem
Grundriss. Der Grundkörper 51 ist
in Ventil-Durchlassrichtung konvex gewölbt und von einem durch den
Flächen-Mittelpunkt
des Ventils 50 verlaufenden Schlitz 52 durchzogen.
Dadurch ist beiderseits des Schlitzes 52 jeweils eine in
etwa halbmondförmige
Ventilklappe 53 definiert.
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Das
in 9 perspektivisch gezeigte Ventil 50 entspricht
den in den 1 bis 6 im Schnitt gezeigten
Ventilen 32 und 42.
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10 zeigt
eine Perspektivansicht eines weiteren erfindungsgemässen Ventils 60.
Das Ventil 60 besitzt einen flächigen Grundkörper 61 aus
einem elastischen Material, insbesondere aus Elastomermaterial,
mit entlang der Ventilachse bzw. der Ventil-Durchlassrichtung betrachtet kreisförmigem Grundriss.
Der Grundkörper 61 ist
in Ventil-Durchlassrichtung
konvex gewölbt
und von einem durch den Flächen-Mittelpunkt
des Ventils 60 verlaufenden ersten Schlitz 62 und
einem den ersten Schlitz im Flächen-Mittelpunkt kreuzenden
zweiten Schlitz 63 durchzogen. Durch die einander kreuzenden
Schlitze 62 und 63 sind insgesamt vier Ventilklappen 64 definiert,
die näherungsweise
die Form eines rechtwinkligen Dreiecks haben.
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Auch
das in 10 perspektivisch gezeigte Ventil 60 entspricht
den in den 1 bis 6 im Schnitt
gezeigten Ventilen 32 und 42.
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11 zeigt
eine Perspektivansicht eines weiteren erfindungsgemässen Ventils 70.
Das Ventil 70 besitzt einen flächigen Grundkörper 71 aus
einem elastischen Material, insbesondere aus Elastomermaterial,
mit entlang der Ventilachse bzw. der Ventil-Durchlassrichtung betrachtet kreisförmigem Grundriss.
Der Grundkörper 71 ist
in Ventil-Durchlassrichtung
konvex gewölbt
und von vier durch den Flächen-Mittelpunkt
des Ventils 70 verlaufenden und sich dort kreuzenden Schlitzen 72, 73, 74, 75 durchzogen.
Durch die einander kreuzenden Schlitze 72, 73, 74, 75 sind
insgesamt acht Ventilklappen 76 definiert, die näherungsweise
die Form eines spitzwinkligen Dreiecks haben.
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Anstelle
der ”geraden” Schlitze
der Ventile 50, 60 oder 70 (siehe 9, 10, 11),
die nur die Krümmung
des flächigen
Grundkörpers 51, 61, 71 aufweisen,
können
die Schlitze der Ventile 50, 60, 70 auch
eine zusätzliche
Krümmung
innerhalb des flächigen
Grundkörpers 51, 61, 71 aufweisen.
Vorteilhaft sind S-förmige
Schlitze (nicht gezeigt), die punktsymmetrisch zum Flächen-Mittelpunkt
(Schnittpunkt aus Ventilachse und flächigem Grundkörper) im Grundkörper 51, 61, 71 angeordnet
sind.
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12 zeigt
eine Perspektivansicht eines erfindungsgemässen Ventils 80. Das
Ventil 80 besitzt einen Grundkörper 81 aus einem
elastischen Material, insbesondere aus Elastomermaterial, mit entlang der
Ventilachse bzw. der Ventil-Durchlassrichtung betrachtet kreisförmigem Grundriss.
Von dem Grundkörper 81 ragen
in Ventil-Durchlassrichtung
zwei konkav gewölbte
Ventilklappen 83, die mit ihren Enden entlang eines quer
verlaufenden Schlitzes 82 aneinanderliegen und somit einen
geschlitzten Grat 84 bilden.
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Am
randseitigen Ende 82a, des Schlitzes 82 sind Material-Anhäufungen
ist ein Loch mit annähernd
kreisförmigem
Querschnitt vorgesehen, das sich entlang der kerbartigen Schlitzendes 82a durch das
membranartige Material des Ventils 80 hindurch erstreckt
und dem Schlitzende 82a somit seinen kerbartigen Charakter
nimmt, so dass durch Kerbspannungen verursachtes Risswachstum im
Membranmaterial des Ventils 80 verhindert wird.
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13 zeigt
eine Perspektivansicht eines erfindungsgemässen Ventils 90. Das
Ventil 90 besitzt einen Grundkörper 91 aus einem
elastischen Material, insbesondere aus Elastomermaterial, mit entlang der
Ventilachse bzw. der Ventil-Durchlassrichtung betrachtet kreisförmigem Grundriss.
Von dem Grundkörper 91 ragen
in Ventil-Durchlassrichtung
vier konkav gewölbte
Ventilklappen 94, die mit ihren Enden entlang zweier quer
verlaufender und einander rechtwinklig kreuzender Schlitze 92, 93 aneinanderliegen und
somit zwei geschlitzte Grate 95, 96 bilden, die einander
ebenfalls rechtwinklig kreuzen.
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Am
randseitigen Ende 92a, 93a der Schlitze 92, 93 sind
Material-Anhäufungen
vorgesehen, um eine von den randseitigen Schlitzenden 92a, 93a ausgehende
Rissbildung zu verhindern. Anstelle der Material-Anhäufungen
oder in Kombination mit solchen Material-Anhäufungen können an den randseitigen Schlitzenden 92a, 93a Löcher mit
annähernd kreisförmigem Querschnitt
vorgesehen sein, die sich entlang der kerbartigen Schlitzenden 92a 93a durch das
membranartige Material des Ventils 90 hindurch erstrecken
und den Schlitzenden 92a, 93a somit ihren kerbartigen
Charakter nehmen, so dass durch Kerbspannungen verursachtes Risswachstum
im Membranmaterial des Ventils 90 verhindert wird.
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14A und 14B zeigen
eine Perspektivansicht eines erfindungsgemässen Ventils 100, wobei 14A eine im wesentlichen entgegengesetzt zur Ventil-Durchlassrichtung
betrachtete Ansicht des Ventils 100 ist und 14B eine im wesentlichen gleichgerichtet zur Ventil-Durchlassrichtung betrachtete
Ansicht des Ventils 100 ist. Das Ventil 100 besitzt
einen Grundkörper 101 aus
einem elastischen Material, insbesondere aus Elastomermaterial,
mit entlang der Ventilachse bzw. der Ventil-Durchlassrichtung betrachtet
kreisförmigem
Grundriss. Von dem Grundkörper 101 ragen
in Ventil-Durchlassrichtung
drei konkav gewölbte
Ventilklappen 105, die mit ihren Enden entlang dreier sternartig
angeordneter Schlitze 102, 103, 104 aneinanderliegen,
die in der Ventilmitte zusammenlaufen und somit drei geschlitzte
Grate 106, 107, 108 bilden, die ebenfalls
sternartig angeordnet sind und in der Ventilmitte zusammenlaufen.
Die Oberkante der jeweiligen Grate 106, 107, 108 zwischen
der Ventilmitte und dem Ventilrand hat einen konkaven Verlauf. In
der Ventilmitte ragen die zusammenlaufenden Oberkanten der Grate 106, 107, 108 vom
Ventilboden (gedachte Ebene, die vom unteren Rand des Ventil-Grundkörpers 101 aufgespannt
wird) am weitesten nach oben.
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15A und 15B zeigen
eine Perspektivansicht eines erfindungsgemässen Ventils 110, wobei 15A eine im wesentlichen entgegengesetzt zur Ventil-Durchlassrichtung
betrachtete Ansicht des Ventils 110 ist und 15B eine im wesentlichen gleichgerichtet zur Ventil-Durchlassrichtung betrachtete
Ansicht des Ventils 110 ist. Das Ventil 110 besitzt
einen Grundkörper 111 aus
einem elastischen Material, insbesondere aus Elastomermaterial,
mit entlang der Ventilachse bzw. der Ventil-Durchlassrichtung betrachtet
kreisförmigem
Grundriss. Von dem Grundkörper 111 ragen
in Ventil-Durchlassrichtung
drei konkav gewölbte
Ventilklappen 115, die mit ihren Enden entlang dreier sternartig
angeordneter Schlitze 112, 113, 114 aneinanderliegen,
die in der Ventilmitte mit ihren mittigen Enden 112b, 113b, 114b zusammenlaufen
und somit drei geschlitzte Grate 116, 117, 118 bilden,
die ebenfalls sternartig angeordnet sind und in der Ventilmitte
zusammenlaufen. Die Oberkante der jeweiligen Grate 116, 117, 118 zwischen
der Ventilmitte und dem Ventilrand hat einen konkaven Verlauf. In
der Ventilmitte ragen die zusammenlaufenden Oberkanten der Grate 116, 117, 118 vom
Ventilboden (gedachte Ebene, die vom unteren Rand des Ventil-Grundkörpers 111 aufgespannt
wird) am weitesten nach oben.
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Am
randseitigen Ende 112a, 113a, 114a der Schlitze 112, 113, 114 sind
Material-Anhäufungen vorgesehen,
um eine von den randseitigen Schlitzenden 112a, 113a, 114a ausgehende
Rissbildung zu verhindern. Anstelle der Material-Anhäufungen
oder in Kombination mit solchen Material-Anhäufungen können an den randseitigen Schlitzenden 112a, 113a, 114a Löcher mit
kreisförmigem
Querschnitt vorgesehen sein, die sich entlang der kerbartigen Schlitzenden 112a, 113a, 114a durch
das membranartige Material des Ventils 110 hindurch erstrecken und
den Schlitzenden 112a, 113a, 114a somit
ihren kerbartigen Charakter nehmen, so dass durch Kerbspannungen
verursachtes Risswachstum im Membranmaterial des Ventils 110 verhindert
wird. Das Ventil 110 ist einer Herzklappe nachempfunden.
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16A und 16B zeigen
eine Perspektivansicht eines erfindungsgemässen Ventils 120, wobei 16A eine im wesentlichen entgegengesetzt zur Ventil-Durchlassrichtung
betrachtete Ansicht des Ventils 120 ist und 16B eine im wesentlichen gleichgerichtet zur Ventil-Durchlassrichtung betrachtete
Ansicht des Ventils 120 ist. Das Ventil 120 besitzt
einen Grundkörper 121 aus
einem elastischen Material, insbesondere aus Elastomermaterial,
mit entlang der Ventilachse bzw. der Ventil-Durchlassrichtung betrachtet
kreisförmigem
Grundriss. Von dem Grundkörper 121 ragen
in Ventil-Durchlassrichtung sechs konkav gewölbte Ventilklappen 128,
die mit ihren Enden entlang von sechs sternartig angeordneten Schlitzen 122, 123, 124, 125, 126, 127 aneinanderliegen,
die in der Ventilmitte mit ihren mittigen Enden zusammenlaufen und
somit sechs geschlitzte Grate 129, 130, 131, 132, 133, 134 bilden, die
ebenfalls sternartig angeordnet sind und in der Ventilmitte zusammenlaufen.
Die Oberkante der jeweiligen Grate 129, 130, 131, 132, 133, 134 zwischen
der Ventilmitte und dem Ventilrand hat einen konkaven Verlauf. In
der Ventilmitte ragen die zusammenlaufenden Oberkanten der Grate 129, 130, 131, 132, 133, 134 vom
Ventilboden (gedachte Ebene, die vom unteren Rand des Ventil-Grundkörpers 121 aufgespannt
wird) am weitesten nach oben.
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Am
randseitigen Ende 122a, 123a, 124a, 125a, 126a, 127a der
Schlitze 122, 123, 124, 125, 126, 127 sind
Material-Anhäufungen
vorgesehen, um eine von den randseitigen Schlitzenden 122a, 123a, 124a, 125a, 126a, 127a ausgehende
Rissbildung zu verhindern. Anstelle der Material-Anhäufungen
oder in Kombination mit Material-Anhäufungen können an den randseitigen Schlitzenden 122a, 123a, 124a, 125a, 126a, 127a Löcher mit
kreisförmigem
Querschnitt vorgesehen sein, die sich entlang der kerbartigen Schlitzenden 122a, 123a, 124a, 125a, 126a, 127a durch
das membranartige Material des Ventils 120 hindurch erstrecken
und den Schlitzenden 122a, 123a, 124a, 125a, 126a, 127a somit
ihren kerbartigen Charakter nehmen, so dass durch Kerbspannungen
verursachtes Risswachstum im Membranmaterial des Ventils 120 verhindert
wird. Das Ventil 120 erinnert an ein Zirkuszelt mit einer
auf durchhängenden Balken
aufliegenden, schlecht gespannten und somit durchhängenden
Zeltplane.
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Auf
jedes der Ventile 90, 100, 110 oder 120 (siehe 13, 14, 15, 16) kann ein starrer Stabilisierungsring
bzw. Spannring (nicht gezeigt) aufgeschoben werden, dessen Innendurchmesser
kleiner als der Aussendurchmesser eines spannungslosen Ventils 90, 100, 110 oder 120 ist
und durch den das Ventil 90, 110, 110 oder 120 in
Radialrichtung komprimiert wird. Der Begriff ”starr” ist dabei so aufzufassen,
dass die Flexibilität
des Stabilisierungs- oder Spannrings deutlich geringer als die des
Ventils ist. Dadurch erhält
das Ventil 90, 100, 110 oder 120 eine
Vorspannung, die aufgrund der Konkavität der Ventilklappen dieser
Ventile ein Aneinanderdrücken
dieser Ventilklappen in den Schlitzen bewirkt. Dieser sich in Umfangsrichtung
um das Ventil 90, 100, 110 oder 120 erstreckende
Stabilisierungsring erstreckt sich zumindest über einen Teilabschnitt der
axialen Länge
des Ventils 90, 100, 110 oder 120.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn dieser Stabilisierungsring entlang der
axialen Richtung entlang des Ventils 90, 100, 110 oder 120 verschiebbar
ist. Bei dem Ventil 90, 100, 110 oder 120 mit
konkaven Ventilklappen bewirkt eine Verschiebung des Stabilisierungsrings
bzw. Spannrings entlang der axialen Richtung eine Veränderung
der Vorspannung im Ventilmaterial und somit eine Veränderung
der Anpresskraft der aneinander gepressten Ventilklappen und damit
letztendlich eine Veränderung
der Schliesskraft des Ventils 90, 110, 110 oder 120.
Eine Axial-Verschiebung des Stabilisierungsrings in der Ventil-Durchlassrichtung
bewirkt dann eine Erhöhung der
Schliesskraft. Eine Axial-Verschiebung
des Stabilisierungsrings entgegengesetzt zur Ventil-Durchlassrichtung
bewirkt dabei eine Verringerung der Schliesskraft.
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Die
hier beschriebenen und gezeigten Ventile 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120 bestehen
vorzugsweise aus einem Elastomermaterial. Zur Stabilisierung oder
Versteifung können
an den Oberflächen oder
im Innern des Ventilmaterials Versteifungsrippen oder Versteifungsnetze
angebracht sein. Insbesondere können
Gewebeeinlagen zur Verhinderung von Risswachstum oder Rissbildung
verwendet werden. Eine lokale Ventil-Versteifung ist auch durch eine lokal
unterschiedliche Dicke des flächigen
Ventilmaterials möglich,
und zwar vorzugsweise in Form von Oberflächenrippen aus Ventilmaterial.
Die Ventile können
einstückig
hergestellt werden und auch mit einer inhärenten Materialspannung (”eingefrorener” Spannungszustand)
versehen werden. Durch solche inhärenten Materialspannungen und/oder
durch eine spezielle Ventilform, bei der eine Verformung und insbesondere
ein Umstülpen
des Ventils unter Überwindung
einer Kompression des Ventils entlang der Ebene des flächigen Ventil-Grundkörpers erfolgt,
lassen sich die erfindungsgemässen
Ventile mit Duckpunkten versehen.