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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dosierorgan wie es bspw. in Abfüllstationen für pulverförmige oder granulatförmige Dosiergüter zum Einsatz kommen kann.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Dosier- und Abfüllorgane bekannt, wobei im Wesentlichen Förderschnecken, Vibrationsrinnen, Zählradschleusen oder Vibrationsklappen eingesetzt werden. Durch die vorgenannten Dosier- und Abfüllorgane werden Pulver, Granulate oder Feststoffe für die volumetrische oder gravimetrische Dosierung konditioniert.
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Als wesentlicher Nachteil der bekannten und eingesetzten Dosier- und Abfüllorgane sind ihre Ungenauigkeit, ihr ruppiger Umgang mit dem Produkt sowie eine relativ langsame Abfüllgeschwindigkeit bekannt.
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Beispielsweise für Förderschnecken ist es bekannt, dass gekörnte Dosier- oder Fördergüter zwischen den Windungen der Schnecke und einer Wandung des Gehäuses der Förderschnecke regelrecht zermahlen werden. Für viele Anwendungen ist es außerdem nachteilhaft, dass Förderschnecken nur eine kontinuierliche Produktförderung ermöglichen und keine Dosierung einzelner Abfüllvolumen möglich ist.
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Rüttelklappen bspw. gehen schonender mit dem Dosiergut um, können aber nur eine relativ ungenaue und langsame Produktabfüllung realisieren.
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Es wird außerdem als Nachteil der obengenannten Dosier- und Abfüllorgane empfunden, dass zusätzlich zu der langsamen Abfüllgeschwindigkeit teils hohe Wartungs- und Instandhaltungskosten auftreten.
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Außerdem ist es nachteilhaft, dass die oben genannten Dosier- und Abfüllorgane zu einem Großteil eine Vielzahl von beweglichen Bauteilen im Volumenfluss des Abfüllgutes aufweisen, so dass insbesondere für die Reinigung ein hoher Aufwand betrieben werden muss. Wenn für eine Reinigung eine Vielzahl von beweglichen Bauteilen gesäubert werden muss, werden dadurch vergleichsweise hohe Stillstandszeiten für die Reinigung generiert, die teure Produktionsausfälle nach sich ziehen.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein alternatives Dosierorgan zur Verfügung zu stellen, das einerseits eine erhöhte Dosiergeschwindigkeit erlaubt und andererseits aufgrund einer reduzierten Zahl beweglicher Teile im Volumenstrom des Dosierguts gute Reinigungseigenschaften aufweist. Darüber hinaus soll das vorgeschlagenen Dosierorgan kostengünstig herzustellen und einfach zu warten sein.
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Aus der
DE 3939247 C1 ist ein Quetschventil einer Infusionseinrichtung bekannt, bei dem ein Federelement auf einen Schlauch einwirkt und je nach Belastungszustand den Durchflussquerschnitt freigibt oder verschließt.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Dosierorgan mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Eine Abfüllstation mit einem erfindungsgemäßen Dosierorgan ist in Patentanspruch 15 beansprucht.
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Ein erfindungsgemäßes Dosierorgan weist einen schlauchförmigen Inliner, der einenends einen Einlass und anderenends einen Auslass aufweist, auf, wobei an dem Auslass eine Verschlussanordnung vorgesehen ist, die eine Geschlossenstellung und eine Offenstellung einnehmen kann, wobei die Verschlussanordnung durch zwei, in den Umfang des Inliners eingebettete und quer zu einer Längsachse des Inliners angeordnete Flachfedern ausgebildet ist, wobei ein erstes Federende an einem Widerlager angeordnet ist und an einem zweiten Federende ein Betätigungsorgan sitzt, das die Verschlussanordnung zwischen der Offenstellung und der Geschlossenstellung bewegen kann.
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Die Flachfedern sind derart in den Umfang des Inliners eingebettet, dass sie in entspannter Stellung parallel verlaufen und den schlauchförmigen Inliner an seinem Auslass verschließen. Jede der beiden Flachfedern weist eine Länge auf, die wenigstens der Hälfte des Umfangs des Inliners entspricht, so dass der Inliner in Richtung seines Durchmessers gestreckt wird. Eine Betätigung der Flachfedern, d. h. eine Krafteinwirkung auf die Flachfedern in der Richtung der Längsachse und auf das Widerlager zu, bewirkt, dass sich die Flachfedern aufgrund der Krafteinwirkung biegen und in einem Bereich zwischen den Federenden voneinander wegbewegen, so dass der Auslass des Inliners freigegeben wird.
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Zur Unterstützung des Inliners und zur Steuerung der Bewegung der Flachfedern bei einer Betätigung ist es sinnvoll, wenn der Inliner in einer rohrförmigen Hülse angeordnet ist. Diese Hülse kann sodann gleichzeitig das Widerlager ausbilden und die Flachfedern der Verschlussanordnung bei einer Betätigung in der Offenstellung führen und stützen.
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Um diese Führ- und Stützwirkung für die Flachfedern der Verschlussanordnung zu erreichen, ist es sinnvoll, wenn die Hülse im Bereich der Verschlussanordnung einen ovalen Querschnitt aufweist. Bevorzugterweise ist der Querschnitt als Ellipse ausgebildet, wobei die Ellipse eine Hauptachse und eine Nebenachse aufweist, wobei die Hauptachse länger als die Nebenachse ist und wobei die Hauptachse quer zu einer Anordnung der Flachfedern verläuft. In anderen Worten weist die Hülse im Bereich der Verschlussanordnung bevorzugt einen elliptischen Querschnitt auf, wobei die Flachfedern in entspanntem Zustand in der Nebenachse des elliptischen Querschnitts liegen. Bei einer Betätigung der Verschlussanordnung bewegen sich die Flachfedern voneinander weg, d. h. in Richtung der Hauptachse auseinander, und werden zur Vermeidung einer dauerhaften Verformung und zur Festlegung der freigegebenen Öffnung durch die Querschnittskontur der Hülse gestützt.
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Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn die Hülse in einen Bereich oberhalb der Verschlussanordnung einen kreisrunden Querschnitt aufweist, d. h. als Hohlzylinder ausgebildet ist, und sich zu einer Ebene der Verschlussanordnung hin trichterförmig erweitert, wobei die Länge der Nebenachse im Wesentlichen dem Durchmesser des kreisrunden Querschnitts entspricht und sich der Querschnitt in Richtung der Hauptachse erweitert. Unterhalb der Ebene der Verschlussanordnung verjüngt sich der Querschnitt der Hülse wieder, bevorzugterweise in derselben Form wie er sich oberhalb erweitert hat, so dass die Form eines Doppeltrichters mit elliptischer Grundform, die jeweils in eine kreisrunde Grundform übergeht, gebildet ist. Auf diese Weise werden die Flachfedern nicht nur bei der Ausformung der Auslassöffnung gestützt, sondern werden gleichzeitig in der Öffnungsebene gehalten, so dass sie nicht nach oben oder unten ausweichen können.
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Eine besonders einfach zu reinigende Anordnung wird erreicht, wenn die Flachfedern in den Inliner eingegossen, eingeschweißt oder einvulkanisiert sind. Es wird auf diese Weise erreicht, dass nur die Oberfläche des Inliners mit einem Dosiergut in Berührung kommt und somit keine zusätzlichen Ritzen, Kanten oder Rücksprünge vorhanden sind, in denen sich Ablagerungen bilden könnten.
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Der Inliner kann auf der Seite des Einlasses besonders einfach durch eine Klemmeinrichtung gehaltert sein. Eine solche Klemmeinrichung kann bspw. als sog. Tri-Clamp-Stutzen ausgebildet sein, der eine Nut aufweist, über die der Inliner geführt ist, wobei bevorzugt ein O-Ring vorgesehen ist, der die Klemmung unterstützt und den Inliner in die Nut zwingt. Die Klemmeinrichtung kann von außen her mit einem Klemmring gesichert sein, so dass ein einfaches Auswechseln des Inliners ermöglicht wird.
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Eine besonders gute Dichtwirkung der Verschlussanordnung wird erreicht, wenn der Inliner auf der Seite des Auslasses zwischen den Flachfedern Dichtlippen ausbildet.
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Je nach Einsatzgebiet des Dosierorgans und abgestimmt auf das zu verarbeitende Dosiergut können die Dichtlippen eine quer zu der Längsachse des Inliners verlaufende Kontur aufweisen, die bspw. rippen- oder labyrinthförmig ausgebildet sein kann. Auf diese Weise wird erreicht, dass Dosiergut, das sich bei einem Schließvorgang der Verschlussanordnung zwischen den Dichtlippen befindet, dort gehalten wird und ein Nachrieseln auf diese Weise vermieden werden kann.
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Als Betätigungsorgan kann bevorzugt ein Linearaktor zum Einsatz kommen. Ein solcher Linearaktor kann bspw. manuell, pneumatisch, elektrisch, elektromagnetisch oder elektromechanisch betätigt sein. Es wird auf diese Weise erreicht, dass eine flexible Anpassung an die Einsatzumgebung des Dosierorgans erreicht wird und so bspw. durch einen Druckluftanschluss ein besonders günstiges Betätigungselement erreicht werden kann.
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Um für die chemische Industrie, Lebensmittelindustrie oder Kosmetikindustrie ein möglichst inertes Oberflächenmaterial zur Verfügung zu stellen, ist es besonders vorteilhaft, wenn der Inliner aus einem Elastomer besteht. Als Elastomere können bspw. Silikone, ein Ethylen-Propylen-Kautschuke oder ein Fluorkautschuke zum Einsatz kommen.
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Besonders bevorzugt kommt ein erfindungsgemäßes Dosierorgan in eine Abfüllstation zum Einsatz. Eine derartige Abfüllstation weist ein Vorratsvolumen für ein Dosiergut auf, wobei sich an das Vorratsvolumen ein Dosiervolumen anschließt, das durch eine Rüttelklappe zur groben Vordosierung des Dosierguts von dem Vorratsvolumen abgetrennt ist, wobei ausgangsseitig an dem Dosiervolumen das erfindungsgemäße Dosierorgan vorgesehen ist. Durch eine derartige Anordnung wird erreicht, dass mittels der Rüttelklappe sowie der groben Vordosierung in das Dosiervolumen erreicht werden kann, dass auf die Verschlussanordnung des Dosierorgans keine zu große Gewichtskraft einwirkt, so dass auf diese Weise Beschädigungen und insbesondere Fehldosierungen vermieden werden können.
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Das Dosiervolumen kann bspw. durch einen Einlauftrichter und die anschließend an den Einlauftrichter angeordnete Hülse des Dosierorgans gebildet sein. Es wird auf diese Weise ein Dosiervolumen gebildet, das bspw. für zehn Einzeldosierungen ausreichend ist.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren eingehend erläutert. Es zeigt:
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1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Dosierorgans,
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2 das Dosierorgan aus 1 in einer durchscheinenden Darstellung mit vorgeschaltetem Vorratsvolumen,
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3 eine aufgeschnittene Darstellung des Dosierorgans aus 1 in Geschlossenstellung,
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4 die Darstellung aus 3 in Offenstellung und
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5 eine Abfüllstation mit einem erfindungsgemäße Dosierorgan.
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1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Dosierorgans 1. In der vorliegenden Darstellung sind als wesentliche Bestandteile eine rohrförmig ausgebildete Hülse 17 sowie ein oberhalb der Hülse 17 angeordneter Einlauftrichter 96 dargestellt. Der Einlauftrichter 96 und die Hülse 17 sind über einen sogenannten Tri-Clamp-Stutzen 20 (3), der eine Klemmeinrichtung 19 ausbildet, verbunden. In der vorliegenden Darstellung ist ein Klemmring, der über dem Stutzen 20 (3) angeordnet ist und die beiden Bauteile 17, 96 miteinander verbindet, nicht dargestellt. Die Hülse 17 ist im Bereich eines Betätigungsvorgangs 15 für eine Verschlussanordnung 9 (2) für einen in der Hülse 17 angeordneten Inliners 3 (3) mit einer Erweiterung 18 ihres Querschnitts Q ausgebildet.
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Das Betätigungsorgan 15 ist an der Hülse 17 im Bereich der Erweiterung 18 seitlich angeordnet und als Linearaktor ausgebildet. Der Linearaktor weist eine Arbeitsrichtung auf, die im Wesentlichen senkrecht auf einer Längsachse L (3) des Dosierorgans 1 steht.
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Durch den Einlauftrichter 96 sowie einen oberen Abschnitt der Hülse 17, der von dem Stutzen 20 bis zur Höhe des Betätigungsorgans 15 reicht, ist ein Dosiervolumen 92 (5) gebildet, das für das Dosierorgan 1 zur Verfügung steht.
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In 2 ist das Dosierorgan 1 aus 1 mit einem zusätzlichen, oberhalb des Einlauftrichters 96 angeordneten Vorratsvolumen 90 dargestellt. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung des Dosierorgans 1, wobei sämtliche Bauteile durchsichtig dargestellt sind. Auf diese Weise ist der Aufbau des Dosierorgans 1 besser zu erkennen.
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Das Vorratsvolumen 90, das bspw. an einen daran angeflanschten Container anschließt, ist über eine sogenannten Rüttelklappe 94 von dem Dosiervolumen 92 (5) abgetrennt. Das Dosiervolumen 92 (5) umfasst bspw. eine ausreichende Menge Dosiergut für etwa zehn Abfüllungen und verhindert auf diese Weise eine zu große Gewichtskraft auf eine Verschlussanordnung 9 des Dosierorgans 1.
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Im Inneren der Hülse 17 ist im Bereich der Erweiterung 18 die Verschlussanordnung 9 des Dosierorgans 1 an einem Auslass 7 des Inliners 3 angeordnet. Die Verschlussanordnung 9 ist durch zwei am Auslass 7 des Inliners 3 (3) und dessen Umfang eingebettete Flachfedern 11 gebildet, die in einem entspannten Zustand eine parallele Ausrichtung aufweisen. Die Flachfedern 11 sind derart in den Umfang des Inliners 3 eingebettet, dass der Auslass 7 verschlossen ist. Das eine der gemeinsamen Enden der Flachfedern 11 ist an einem Widerlager 13 (4) angeordnet, das im vorliegenden Beispiel durch eine Umfangswandung der Hülse 17 im Bereich der Erweiterung 18 gebildet ist. Das zweite der Federenden ist an einem Betätigungsorgan 15 des Linearaktors angeordnet und kann durch diesen betätigt werden.
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Durch eine Betätigung des Linearaktors wird das zweite Ende der Flachfedern 11 in Richtung des Widerlagers 13 (4) gedrückt, so dass die parallel verlaufenden Flachfedern 11 eine Ausweichbewegung vollziehen müssen. Die Flachfedern 11 sind derart ausgebildet, dass die Ausweichbewegung nur durch ein Spreizen des Auslasses 7 (3) erfolgen kann, so dass durch eine Betätigung des Linearaktors der Auslass 7 (3) des Inliners 3 (3) freigegeben wird.
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Der Linearaktor 15 kann beispielsweise manuell, bevorzugt aber pneumatisch, elektrisch, elektromagnetisch oder elektromechanisch betätigt werden.
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In 3 ist eine aufgeschnittene Darstellung des Dosierorgans 1 aus den 1 und 2 dargestellt. In dieser Darstellung ist besonders gut der Inliner 3 zu erkennen, der im Inneren der Hülse 17 angeordnet ist. Der Inliner 3 ist schlauch-förmig ausgebildet und in der Hülse 17 durch eine Klemmeinrichtung 19, die im vorliegenden Beispiel als sogenannter Tri-Clamp-Stutzen 20 ausgebildet ist, gehaltert. Um eine Klemmwirkung in dem Stutzen 20, d. h. im vorliegenden Beispiel zwischen dem Einlauftrichter und der Hülse 7, zu erhöhen, ist zwischen diesen zusätzlich ein O-Ring 23 angeordnet, der den Inliner 3 im Bereich der Klemmeinrichtung 19 in eine umlaufende Nut presst.
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In der vorliegenden Darstellung ist die Verschlussanordnung 9 des Inliners 3 in Geschlossenstellung dargestellt, d. h. dass die Flachfedern 11 parallel zu einander und entlang der Nebenachse des elliptischen Querschnitts der Hülse 17 im Bereich der Erweiterung 18 liegen und damit den Inliner 3 auf der Seite des Auslasses 7 verschließen.
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In 3 ist außerdem gut die doppeltrichterförmige Erweiterung 18 des Querschnitts der Hülse 17 zu erkennen. Wie später ausführlicher dargestellt wird, ist die Erweiterung 18 insbesondere als Führung und zur Stützung der Flachfedern 11 in der Offenstellung der Verschlussanordnung 9 vorgesehen.
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Um eine erhöhte Dichtigkeit des Auslasses 7 zu gewährleisten sind zwischen den Flachfedern 11 Dichtlippen 12 ausgebildet, die in der Geschlossenstellung aufeinanderliegen und durch elastische Verformung die erhöhte Dichtwirkung erzielen. Die Dichtlippen 12 können außerdem eine parallel zu den Flachfedern 11, d. h. quer zur Längsrichtung L des Dosierorgans 1, verlaufenden Kontur aufweisen, die beispielsweise durch querverlaufende Rippen oder eine labyrinthförmige Ausgestaltung der Dichtlippen 12 erreicht wird. Auf diese Weise kann die Dichtwirkung des Auslasses 7 an das abzufüllende Dosiergut angepasst werden.
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In 4 ist das Dosierorgan aus 3 in Offenstellung der Verschlussanordnung 9 des Inliners 3 gezeigt.
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Eine Betätigung der Verschlussanordnung 9 erfolgt dadurch, dass das Betätigungsorgan 15 des Linearaktors in Richtung der Nebenachse N des elliptischen Querschnitts der Hülse 17 im Bereich der Erweiterung 18 auf das Widerlager 13 zu bewegt wird. Die Flachfedern 11 sind für diesen Fall derart ausgestaltet, dass eine Stauchung der Flachfedern 11 in einer Biegung der Flachfedern 11 resultiert, sodass der Auslass 7 des Inliners 3 freigegeben wird.
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In der Offenstellung der Verschlussanordnung 9 werden die Flachfedern 11 durch die doppeltrichterförmige Erweiterung 13 der Hülse 17 in einer Öffnungsebene gehalten und gleichzeitig durch den elliptischen Querschnitt der Hülse 17 von außen her abgestützt. Es wird auf diese Weise vermieden, dass die Flachfedern 11 überlastet werden und gleichzeitig eine Führung in der Öffnungsebene erreicht.
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Das erfindungsgemäße Dosierorgan 1 ist speziell für produktschonendes Dosieren konzipiert. Durch die einfache Konstruktion und den Verzicht auf bewegliche Teile im Volumenstrom des Dosierguts kann auf aufwendige Reinigungszyklen verzichtet werden. Durch den weitgehenden Verzicht auf bewegliche Teile im Volumenstrom kann außerdem auf eine aufwendige Validierung von beweglichen Teilen für die Pharmaindustrie verzichtet werden. Durch die Reduzierung der beweglichten Teile von Barrieren im Volumenstrom wird außerdem das Produkt schonend dosiert und abgefüllt. Eine Beschädigung des Produkts durch Kanten im Volumenstrom wird vermieden und somit ein schonender Umgang mit dem Produkt erreicht.
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Durch eine nahezu totraumfreie Geometrie wird die Reinigungsfähigkeit des Dosierorgans sowie eine Standzeit bis zur nächsten Wartung erhöht.
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Durch die einfache Konstruktion reduzieren sich außerdem die Kosten für die Herstellung und dem Betrieb des erfindungsgemäßen Dosierorgans 1.
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Das erfindungsgemäße Dosierorgan 1 ermöglicht es außerdem, dass die Abfüllgeschwindigkeit einer Abfüllstation 100, wie sie beispielsweise in 5 dargestellt ist, wesentlich erhöht wird. Bisher bekannte Abfüllstationen mit Rüttelklappen weisen derzeit eine Geschwindigkeit von etwa 180 Füllungen pro Stunde auf. Mit dem erfindungsgemäßen Dosierorgan 1 kann diese Abfüllgeschwindigkeit auf bis zu 300 Füllungen pro Stunde erhöht werden, sodass erhebliche Geschwindigkeits- und damit Kostenvorteile erzielt werden können.
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Die Abfüllstation 100 in 5 ist derart aufgebaut, dass zu befüllende Becher auf einem Fließband unter dem Dosierorgan 1 positioniert und mit einem Pulver oder Granulat befüllt werden. Oberhalb des Dosierorgans 1 ist das Dosiervolumen 92 vorgesehen, dass beispielsweise für 10 Befüllungen ausreichend dimensioniert ist. Das Dosiervolumen 92 ist von einem Vorratsvolumen 90 durch eine Rüttelklappe 94 (2) getrennt, sodass auf die Verschlussanordnung 9 (2) des Dosierorgans 1 nur eine reduzierte Gewichtskraft des Dosierguts in dem Dosiervolumen 92 einwirkt. Eine Dosierung des Dosierguts erfolgt durch beispielsweise zeitgesteuertes Öffnen und Schließen der Verschlussanordnung 9 des Dosierorgans 1 mit Hilfe des Betätigungselements 15 (1). Der Dosiervorgang kann wie vorliegend dargestellt, prozessorgesteuert sein und anhand von vorgegebenen Werten für verschiedene Füllgüter einfach umgestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dosierorgan
- 3
- Inliner
- 7
- Auslass
- 9
- Verschlussanordnung
- 11
- Flachfedern
- 12
- Dichtlippe
- 13
- Widerlager
- 15
- Betätigungsorgan
- 17
- Hülse
- 19
- Klemmeinrichtung
- 20
- Stutzen
- 23
- O-Ring
- 90
- Vorratsvolumen
- 92
- Dosiervolumen
- 94
- Rüttelklappe
- 96
- Einlauftrichter
- 100
- Abfüllstation
- L
- Längsachse
- H
- Hauptachse
- N
- Nebenachse
