-
Die Erfindung betrifft eine Füllvorrichtung zum Abfüllen eines flüssigen und/oder pastösen Produktes, mit mindestens einem Produktbehälter, in dem ein Vorrat des Produktes enthalten ist, mindestens einer Produktleitung, in der mindestens ein Ventil zum Dosieren des Produktes angeordnet ist, und mit mindestens einer Düse zum Abgeben des Produktes in mindestens einen Füllbehälter.
-
Eine entsprechende Füllvorrichtung wird dazu benutzt, ein flüssiges und/oder pastöses Produkt in mehrere Füllbehälter abzufüllen, die beispielsweise mittels einer Förderschnecke oder eines Förderbandes zugeführt werden. Es hat sich dabei herausgestellt, dass insbesondere bei manchen Produkten, wie beispielsweise Honig bzw. Schokolade, die Fließgeschwindigkeit der Produkte stark abhängig von deren Temperatur ist. So kühlt sich beispielsweise Honig während des Füllvorgangs innerhalb der Füllvorrichtung ab, so dass der Honig nur sehr zäh bzw. hochviskos aus der Produktdüse in den Füllbehälter abfließen kann. Dies verzögert den Abfüllprozess beträchtlich.
-
Es sind daher Füllvorrichtungen bekannt, mit denen das Produkt innerhalb der Füllvorrichtung erwärmt werden kann. Beispielsweise sind Füllvorrichtungen bekannt, deren Komponenten doppelwandig ausgebildet sind, wobei innerhalb der Wand eine warme Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, strömt. Dabei wird die Wärme des Wassers über die Wandung der Komponente an das Produkt abgegeben. Der Aufwand zum Führen und Heizen des Wassers ist dabei jedoch beträchtlich und die Temperatur lässt sich nur sehr langsam und träge verändern.
-
Weiterhin sind Ausgestaltungen bekannt, bei denen die Wandung der Komponenten der Füllvorrichtung mit einem elektrisch leitfähigen Heizdraht umwickelt sind, der als elektrische Widerstandsheizung dient. Der durch den Heizdraht fließende Strom wird mittels des Widerstandes des Heizdrahtes in Wärme umgewandelt, die an das innerhalb der Füllvorrichtung befindliche Produkt abgegeben wird. Bei dieser Ausgestaltung erfolgt die Erwärmung des Produktes jedoch nicht gleichmäßig über die Kontaktfläche, sondern nur abschnittsweise oder nur punktuell, so dass eine homogene Erwärmung des Produktes nicht erreicht werden kann.
-
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Füllvorrichtung der genannten Art zu schaffen, mittels der das innerhalb der Füllvorrichtung geführte Produkt möglichst homogen und effizient erwärmt werden kann.
-
Die Aufgabe wird gelöst mit einer Füllvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Wandung mindestens einer Komponente der Füllvorrichtung, d.h. die Wandung des Produktbehälters und/oder der Produktleitung und/oder des Ventils und/oder der Düse eine flächige elektrisch leitfähige Heizschicht aufweist.
-
Die Erfindung geht dabei von der Grundüberlegung aus, dass durch die Verwendung einer flächigen beheizbaren Heizschicht eine optimale Homogenität der Erwärmung des Produktes erzielt werden kann. Gleichzeitig werden Temperaturspitzen und -gradienten vermieden, wie sie bei den bekannten Ausgestaltungen auftreten.
-
Im Sinne der Erfindung bezeichnet eine flächige elektrisch leitfähige Heizschicht eine Schicht, die gänzlich von elektrischem Strom durchfließbar ist. Im Gegensatz dazu ist bei einer mit Heizdraht versehenen Schicht lediglich deren Heizdraht von einem elektrischen Strom durchfließbar.
-
Die flächige elektrisch leitfähige Heizschicht kann eine 1. Komponente aus Kunststoff und eine 2. Komponente aus mindestens einem Kohlenstoffkörper, beispielsweise einem Kohlenstoffröhrchen, insbesondere einem Nanokohlenstoffröhrchen aufweisen. Vorzugsweise kann die flächige elektrisch leitfähige Heizschicht darüber hinaus Kohlenstofffasern aufweisen. Es hat sich durch Versuche herausgestellt, dass insbesondere bei der Verwendung von Nanokohlenstoffröhrchen, die in einen Kunststoff eingearbeitet sind, die elektrische Leitfähigkeit des Kunststoffs stark erhöht werden kann. Durch die Hinzuführung von Kohlenstofffasern besitzt die elektrische Leitfähigkeit weiterhin verstärkt, so dass eine homogene Wärmecharakteristik der flächigen elektrischen leitfähigen Heizschicht erreicht werden kann. Vorzugsweise ist die elektrisch leitfähige Heizschicht als Heizlack, insbesondere als ein Film von Heizlack ausgestaltet. Dadurch ist das Auftragen der flächigen elektrisch leitfähigen Heizschicht einfach möglich und aufgrund der Ausgestaltung als Film ist der Einsatz der Heizschicht sowohl materialsparend als auch einfach möglich. Die flächige elektrisch leitfähige Heizschicht kann eine Stärke von <0,5mm, insbesondere <0,2mm und vorzugsweise <O,lmm aufweisen. Durch diese Ausgestaltung wird der Aufwand an Kosten und Material gesenkt, wobei gleichzeitig die homogene Heizwirkung der elektrisch leitfähigen Heizschicht erhalten bleibt.
-
Die Heizschicht ist vorzugsweise mit einer Gleichspannungsquelle verbunden, die insbesondere eine Gleichspannung zwischen 12 bis 24V erzeugt. Alternativ kann die Heizschicht mit einer Wechselspannungsquelle verbunden sein. Im Falle der Gleichspannungsquelle kann die flächige elektrisch leitfähige Heizschicht vom Stromnetz entkoppelt werden bzw. an spezielle Akkumulatoren angeschlossen werden, während sie im Falle einer Wechselspannungsquelle an das reguläre Stromnetz angeschlossen werden kann.
-
Die Heizschicht kann sich über die gesamte Außenoberfläche bzw. den gesamten Umfang der Wandung des Produktbehälters und/oder der Produktleitung und/oder des Ventils und/oder der Düse erstrecken, so dass eine homogene Erwärmung des Produktes erzielt wird.
-
Auf der dem Produkt abgewandten Außenseite der Heizschicht ist vorzugsweise eine Schutzschicht angeordnet, die insbesondere mindestens eine Komponente aus Kunststoff aufweist. Es hat sich herausgestellt, dass die Heizschicht anfällig für Beschädigungen infolge äußeren Einwirkungen ist, so dass sie von der äußeren Schutzschicht vor Beschädigungen geschützt wird. Dabei ist vorgesehen, dass die Schutzschicht darüber hinaus die Heizschicht gegenüber der äußeren Umgebung elektrisch abschirmt und beispielsweise aus Silikon bzw. einem Elastomer gefertigt sein kann.
-
Die Wandung kann aus einem elektrisch nicht-leitenden Material, beispielsweise einem Kunststoff bestehen. Alternativ kann die Wandung aus einem elektrisch leitenden Material beispielsweise aus Metall bestehen. Dabei kann zwischen der Heizschicht und der Wandung eine Isolierschicht angeordnet sein. Diese Isolierschicht kann die metallene Wandung gegenüber der Heizschicht elektrisch isolieren. Vorzugsweise besteht die Isolierschicht aus Kunststoff, insbesondere aus einem Duroplast und weist höchst vorzugsweise eine Stärke von höchstens 1mm, insbesondere höchstens 0,5mm auf. Um die elektrische Isolierung der Wandung gegenüber der Heizschicht zu erreichen, sind lediglich geringe Stärken der Isolierschicht notwendig. Es ist daher wünschenswert, eine möglichst geringe Stärke der Isolierschicht zu wählen, um einen guten Wärmedurchgang zu erzielen und um das Gewicht der Wandung gering zu halten.
-
In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die flächige elektrisch leitfähige Heizschicht in oder auf der Wandung des Produktbehälters und/oder der Wandung der Produktleitung und/oder der Wandung des Ventils und/oder der Wandung der Düse angeordnet ist. Höchst vorzugsweise verfügen alle Komponenten der Füllvorrichtung, deren Wandung das Produkt umgibt, über eine Heizschicht der genannten Art, um das Produkt während des gesamten Abfüllvorgangs auf eine gewünschte Temperatur zu erwärmen.
-
Die Heizschicht kann mit einer Temperatursteuerungseinheit verbunden sein, wobei die Temperatursteuerungseinheit mindestens einen Temperatursensor aufweist, der in dem Produktbehälter und/oder in der Produktleitung und/oder in dem Ventil und/oder in der Düse angebracht ist, deren Wandung die flächige elektrisch leitfähige Heizschicht aufweist. Weisen mehrere der genannten Komponenten der Füllvorrichtung eine Heizschicht auf, können mehrere Temperatursensoren der Temperatursteuerungseinheit vorgesehen sein. Damit ist die Temperatur des Produktes während des Abfüllvorgangs messbar und eine genaue Überprüfung des Abfüllvorgangs möglich.
-
Die Temperatursteuerungseinheit kann über eine Zwei-Punkt-Regelung mit einem unteren Grenzwert und einem oberen Grenzwert verfügen. Die Grenzwerte können durch den Benutzer manuell festlegbar sein. Die Temperatursteuerungseinheit kann mit der Spannungsquelle der flächigen elektrisch leitfähigen Heizschicht verbunden sein. Unterschreitet beispielsweise die Temperatur des Produktes den unteren Grenzwert, kann die Temperatursteuerungseinheit die betreffende Spannungsquelle aktivieren, damit die flächige elektrisch leitfähige Heizschicht das Produkt aufheizt, bis die Temperatur des Produktes über den oberen Grenzwert steigt. Daraufhin kann die Temperatursteuerungseinheit die Spannungsquelle der flächigen elektrisch leitfähigen Heizschicht abschalten. Alternativ oder ergänzend hierzu kann die Temperatursteuerungseinheit mit dem Ventil und/oder der Düse verbunden sein und beispielsweise bei einem Unterschreiten des unteren Grenzwertes das Ventil und/oder die Düse verstellen und insbesondere schließen. Dies kann auch für den Fall erfolgen, dass die Temperatur des Produktes den oberen Grenzwert übersteigt. Ist die Temperatur des Produktes jedoch im Bereich zwischen dem unteren Grenzwert und dem oberen Grenzwert, kann eine Öffnung des Ventils bzw. der Düse erfolgen. Auf diese Weise ist ermöglicht, dass nur dann ein Produkt in die Produktbehälter abgefüllt wird, wenn das Produkt eine Temperatur aufweist, die in einem vom Benutzer festgelegten Bereich liegt.
-
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Einzelnen erläutert sind. Dabei zeigen:
- 1 eine erfindungsgemäße Füllvorrichtung in einem schematischen Querschnitt;
- 2 eine 1. Ausgestaltung einer Wandung einer Komponente der erfindungsgemäßen Füllvorrichtung;
- 3 eine 2. Ausgestaltung einer Wandung einer Komponente der erfindungsgemäßen Füllvorrichtung und
- 4 eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Füllvorrichtung mit einer Temperatursteuerungseinheit.
-
1 zeigt eine Füllvorrichtung 10, mittels der ein flüssiges bzw. pastöses Produkt 11 in zwei in 1 unten dargestellte Füllbehälter 12 gefüllt werden kann.
-
Dazu wird das Produkt 11 in einen Innenraum 13 eines Produktbehälters 14 gefüllt. Im Innenraum 13 des Produktbehälters 14 ist radial zentriert eine Rühreinheit 15 angeordnet, die das Produkt 11 im Innenraum 13 des Produktbehälters 14 möglichst homogen durchmischt.
-
Das Produkt 11 fließt durch einen trichterförmig nach unten zulaufenden unteren Abschnitt 16 des Produktbehälters 14 in eine Produktleitung 17, die mit dem unteren Abschnitt 16 des Produktbehälters 14 verbunden ist. Zur Dosierung und Steuerung der Fließgeschwindigkeit des Produktes 11 innerhalb der Produktleitung 17 ist ein Ventil 18 in der Produktleitung 17 angeordnet, das in 1 schematisch dargestellt ist.
-
Stromab des Ventils 18 verzweigt die Produktleitung 17 in einen 1. Produktleitungsabschnitt 19 und einen 2. Produktleitungsabschnitt 20. Der 1. Produktleitungsabschnitt 19 mündet in einer 1. Düse 21 und der 2. Produktleitungsabschnitt 20 mündet in einer 2. Düse 22. Beide Düsen 21, 22 weisen zu den zu befüllenden Füllbehältern 12.
-
Um das Produkt 11 während des Abfüllvorgangs auf eine definierte Temperatur zu bringen und auf dieser Temperatur zu halten, ist in oder auf einer Wandung 23 des Produktbehälters 14 eine flächige elektrisch leitfähige Heizschicht 24 angeordnet, die in 1 als gestrichelte Linie dargestellt ist. Die flächige elektrisch leitfähige Heizschicht 24 ist auch in oder auf einer Wandung 26 der Produktleitung 17 angeordnet. Im Beispiel gemäß 1 verfügen auch das Ventil 18 und beide Düsen 21, 22 jeweils über eine entsprechende flächige elektrisch leitfähige Heizschicht, die jedoch aus Übersichtsgründen in 1 nicht dargestellt ist.
-
Die flächige elektrisch leitfähige Heizschicht 24 des Produktbehälters 14 ist mit einer 1. Gleichspannungsquelle 27 verbunden, die die Heizschicht 24 mit einer Gleichspannung von beispielsweise 12 Volt versorgt. Aufgrund des elektrischen Widerstands der Heizschicht 24 wird der Strom der 1. Gleichspannungsquelle 27 in Wärme umgesetzt, wobei die Wärmeentwicklung der Heizschicht 24 über die gesamte Fläche homogen erfolgt. Die Heizschicht 24 ist über den gesamten Umfang der Wandung 23 des Produktbehälters 14 angeordnet, so dass das im Produktbehälter 14 befindliche Produkt 11 an der Mantelfläche der Wandung 23 homogen erwärmt wird.
-
Die Heizschicht 24 der Produktleitung 17 ist mit einer 2. Gleichspannungsquelle 28 verbunden, die mit den gleichen Parametern wie die 1. Gleichspannungsquelle 27 betrieben wird
-
Mittels der Heizschichten 24 ist es beim Abfüllen von Produkten 11 wie Honig oder Schokolade möglich, die gewünschten Fließeigenschaften der Produkte 11 während des gesamten Füllvorgangs bis zum Einfüllen der Produkte 11 in die Produktbehälter 12 beizubehalten.
-
2 zeigt eine mögliche Ausgestaltung des Produktbehälters 14. Der mit dem Produkt 11 gefüllte Innenraum 13 ist in 2 auf der linken Seite dargestellt. Der Innenraum 13 und damit auch das Produkt 11 weist einen direkten Kontakt zu der Wandung 23 auf, die aus einem elektrisch leitenden Material, insbesondere einem Metall besteht.
-
Die metallene Wandung 23 ist auf der dem Produkt 11 abgewandte Seiten mit einer elektrisch isolierenden Isolierschicht 33 versehen, die aus einem Kunstsoff beispielsweise einem Duroplast besteht. Die Isolierschicht 33 weist eine Dicke von weniger als 1mm und insbesondere von weniger als 0,5mm auf.
-
Auf der dem Produkt 11 abgewandten Seite der Isolierschicht 33 ist die flächige elektrisch leitfähige Heizschicht 24 mit einer Stärke von 0,1mm bis 0,2mm angeordnet. Die Heizschicht 24 wird von Gleichstrom mit einer Gleichspannung von 12V durchflossen, wobei der flächige elektrische Widerstand der Heizschicht 24 den elektrischen Strom in Wärme umwandelt. Die Heizschicht 24 weist eine Komponente auf Kunststoff auf, die mit Kohlenstoffröhrchen, beispielsweise Nanokohlenstoffröhrchen, versehen ist, um die elektrische Leitfähigkeit zu steigern.
-
Auf der dem Produkt 11 abgewandten Außenseite der Heizschicht 24 ist eine Schutzschicht 34 aus Kunststoff und insbesondere aus Silikon angeordnet, um die Heizschicht 24 von äußeren Einflüssen zu schützen.
-
Der genannte Aufbau kann bei der Wandung 23 des Produktbehälters 14 und/oder der Wandung 26 der Produktleitung 17 und/oder des Ventils 18 und/oder der Düse 21,22 gegeben sein.
-
3 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Füllvorrichtung 10, wobei die Wandung 23 des Produktbehälters 14 und/oder die Wandung 26 der Produktleitung 17 und/oder des Ventils 18 und/oder der Düse 21,22 im Gegensatz zur Ausgestaltung gemäß 2 aus einem elektrisch nicht leitenden Material, beispielsweise Kunstsoff besteht. In diesem Fall ist die flächige elektrisch leitfähige Heizschicht 24 direkt auf der dem Produkt 11 abgewandten Außenseite der Wandung 23 angeordnet. Auf der dem Produkt 11 abgewandten Außenseite der Heizschicht 24 ist, wie bereits in 2 dargestellt, die Schutzschicht 34 angeordnet.
-
Der genannte Aufbau kann bei der Wandung des Produktbehälters und/oder der Produktleitung und/oder des Ventils und/oder der Düse gegeben sein.
-
4 zeigt die Füllvorrichtung 10 aus 1, die darüber hinaus über eine Temperatursteuerungseinheit 37 aufweist. Die Temperatursteuerungseinheit 37 ist mittels Leitungen 38 mit Temperatursensoren 39 verbunden, die in dem Produktbehälter 14 und/oder in der Produktleitung 17 und/oder in dem Ventil 18 und/oder in der Düse 21,22 angeordnet sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind lediglich die Temperatursensoren 29 des Produktbehälters 14 und der Produktleitung 17 dargestellt.
-
Die Temperatursteuerungseinheit 27 verfügt über ein 2-Punkt-Steuerungssystem mit einem 1. Grenzwert und einem 2. Grenzwert, wobei beide Grenzwerte vom Benutzer festgelegt werden können. Unterschreitet die Temperatur einer Komponente die Füllvorrichtung 10 den 1. Grenzwert, aktiviert die Temperatursteuerungseinheit 37 die entsprechende Gleichstromspannungsquelle 27, 28, um die flächige elektrisch leitfähige Heizschicht 24 des Produktbehälters und/oder der Produktleitung und/oder des Ventils und/oder der Düse aufzuheizen. Dies geschieht solange, bis die Temperatur der betreffenden Komponente oberhalb des 2. Grenzwertes steigt, woraufhin der Heizvorgang unterbrochen wird. Auf diese Weise wird die Temperatur des Produktes 11 innerhalb des vom Benutzer bestimmten Intervalls geregelt.
-
Bezugszeichenliste
-
| 10 |
Füllvorrichtung |
| 11 |
Produkt |
| 12 |
Füllbehälter |
| 13 |
Innenraum |
| 14 |
Produktbehälter |
| 15 |
Rühreinheit |
| 16 |
unterer Abschnitt (Produktbehälter) |
| 17 |
Produktleitung |
| 18 |
Ventil |
| 19 |
1. |
Produktleitungsabschnitt |
| 20 |
2. |
Produktleitungsabschnitt |
| 21 |
1. |
Düse |
| 22 |
2. |
Düse |
| 23 |
Wandung (Produktbehälter) |
| 24 |
flächige elektrisch leitfähige Heizschicht |
| 26 |
Wandung (Produktleitung) |
| 27 |
1. |
Gleichspannungsquelle |
| 28 |
2. |
Gleichspannungsquelle |
| 33 |
Isolierschicht |
| 34 |
Schutzschicht |
| 37 |
Temperatursteuerungseinheit |
| 38 |
Leitung |
| 39 |
Temperatursensor |
