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Verfahren und Einrichtung zum Abfüllen viskoser Stoffe Die Erfindung
betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Abfüllen abgemessener Mengen eines
viskosen Stoffes in Verpackungsgefäße.
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Bei der Verpackung von stark viskosen Stoffen, wie z. B. Schmelzkäse,
Mayonnaise u. dgl., läßt sich eine ausreichende Gewichtsgenauigkeit für jede Pakkung
nur schwierig einhalten, wenn mit großer Geschwindigkeit gearbeitet werden muß.
Die Eigenart dieser viskosen Stoffe begünstigt nämlich den Einschluß von Luft, so
daß bei gegebenem Volumen das Gewicht von Abfülipackung zu Abfüllpackung schwankt.
Um Untergewicht zu vermeiden, mußte deshalb bisher ein so großes Volumen des Stoffes
abgefüllt werden, daß das Minimalgewicht auch im ungünstigsten Fall erreicht wurde.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln,
bei dem stark viskose Stoffe mit geringen Gewichtstoleranzen abgefüllt werden können.
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Die Erfindung geht aus von einem bekannten Verfahren zum Abfüllen
abgemessener Mengen eines viskosen Stoffes aus einem diesen Stoff enthaltenden Vorratsgefäß,
bei dem aus dem Vorratsgefäß viskose Masse in eine Füllkammer eingeführt wird, die
Füllkammer sodann gegen das Vorratsgefäß abgeschlossen und an einer anderen Stelle
geöffnet wird, worauf die in der Füllkammer abgetrennte viskose Masse aus dieser
Kammer ausgeschoben wird. Das Kennzeichen der Erfindung besteht darin, daß während
des Abschließens der Füllkammer gegenüber dem Vorratsgefäß in der Füllkammer und
in dem an diese angrenzenden Teil des Vorratsgefäßes ein Druckstoß erzeugt wird.
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Durch den Druckstoß tritt sowohl in der viskosen Masse, welche in
der Füllkammer enthalten ist, als auch in der nahe dem Zulauf der Füllkammer befindlichen
Masse eine Verdichtung ein, d. h. die in der viskosen Masse enthaltenen Lufteinschließungen
werden ausgetrieben. Durch das Austreiben der Luft wird der bisher bestehende Unsicherheitsfaktor
bei der Bestimmung des in den einzelnen Abfüllvorgängen in der Abfüllkammer enthaltenen
Gewichtes beseitigt oder wesentlich herabgesetzt.
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Vorzugsweise wird der Druckstoß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
durch einen Verdrängungskörper erzeugt, welcher an der Stelle des Ueberganges von
dem Vorratsbehälter in die Abfüllkammer in die viskose Masse eingestoßen wird, so
daß ein Teil der in der Abfüllkammer enthaltenen viskosen Masse nach dem Vorratsbehälter
zurückgedrängt wird.
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Zur Durchführung des Verfahrens bedient man sich einer bekannten
Einrichtung, bestehend aus einem Vorratsbehälter, einer unter diesem angeordneten
zylindrischen Abfüllkammer, einem zwischen Vorrats-
behälter und Abfüllkammer angeordneten
Verschlußschieber, einem in der Abfüllkammer beweglichen Ausstoßkolben und einer
durch ein Abflußventil verschlossenen Ausstoß öffnung, sowie aus einem Antrieb,
welcher die Bewegungen des Verschlußschiebers, des Ausstoß kolbens und des Abflußventils
phasenrichtig herbeiführt.
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Es ist auch schon eine Abfüllvorrichtung für Fisch oder ähnliche
Guter bekannt, bei der der Ausschubkolben für die abgeteilte Menge in einem hülsenartigen
Schieber geführt ist. Dieser Schieber ist jedoch, entsprechend seinem Verwendungszweck
als Trennmesser, verhältnismäßig dünnwandig ausgeführt. Eine erhebliche Verdrängung
des Füllgutes ist damit nicht möglich.
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Von solchen Einrichtungen unterscheidet sich diejenige nach der Erfindung
dadurch, daß der Verschlußschieber als Verdrängerkörper ausgebildet ist und zur
Erzielung eines großen Verdrängungsvolumens eine, im Verhältnis zur nur baulich
bedingten Dicke, große Wandstärke aufweist.
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Vorzugsweise besteht der Verschlußschieber zur Trennung des Vorratsbehälters
von derAbfüllkammer aus einer dickwandigen Hülse, welche in der Abfüllkammer beweglich
ist und, wie an sich bekannt, zur Führung des Ausstoßkolbens dient.
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Die Zeichnungen zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es
stellt dar Fig. 1 einen Aufriß der erfindungsgemäßen Einrichtung, Fig. 2 eine Ansicht
auf die Einrichtung der Fig. 1 von links, wobei zur besseren Wiedergabe von Einzelheiten
verschiedene
Teile weggelassen oder im Schnitt gezeichnet sind, Fig. 3 bis 5 vergrößerte schematische
Ansichten der erfindungsgemäßen Einrichtung; diese Ansichten zeigen mehrere wichtige
Betriebszustände der Maschine.
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Das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel umfaßt einen
Rahmen 7, der den Einfülltrichter 9 trägt. Dieser Einfülltrichter 9 gibt den flüssigen
oder halbßüssigeii Stoff an ein Füllgerät 11 ab. Das Füllgerät wird von einer Antriebsvorrichtung,
die ganz allgemein mit 13 bezeichnet ist, betätigt.
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Man erkennt, daß der Einfülltrichter 9 an einem Ouerbalken 15 des
Rahmens 7 angeschweißt oder auf andere Weise befestigt ist. Dieser Querbalken trägt
auch das darunterliegende Abfüllgerät 11, welches an dem Querbalken 15 etwa durch
eine Reihe von Kopfschrauben 17 befestigt ist. Das Abfüllgerät 11 umfaßt ein Hauptgehäuse
19 mit einem Kanal 21 in seinem oberen Teil, der eine rechteckige oder eine andere
geeignete Form hat und sich mit der Öffnung am unteren Ende des Einfülltrichters
9 deckt und von dieser Öffnung aus nach unten verläuft. Natürlich ist auch in dem
Querbalken 15 eine Öffnung 23 ähnlicher Größe vorgesehen, welche die Verbindung
zwischen dem Trichter und dem Kanal 21 herstellt.
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Das Abfüllgehäuse 19 weist eine horizontal gefiihrte, zylindrische
Bohrung 25 auf, welche mit dem vertikalen Kanal 21 einen rechten Winkel bildet,
und eine bewegliche Hülse 27 sowie einen zylindrischen Kolben 29 innerhalb der Hülse
27 enthält; der Kolben 29 ist innerhalb der Hülse 27 in axialer Richtung beweglich.
Dichtungen 31 verhindern ein Lecken zwischen der Hülse 27 und der Bohrung 25. Der
Kolben 29 ist mit Kunststoffringen33 od. dgl. ausgerüstet.
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Diese Ringe 33 bilden eine Dichtung zwischen der Innenwand der Hülse
27 und dem Kolben 29.
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Das innere Ende der Bohrung 25, welches mit dem Kanal 21 kommuniziert,
steht mit einer koaxialen Bohrung 35 von geringerem Querschnitt in Verbindung, die
bis an das vordere Ende des Gehäuses 19 reicht. Die Bohrung 35 ist an ihrem äußeren
Ende so ausgebildet, daß sie eine Abflußvorrichtung 37 aufnehmen kann, welche an
einem Ort außerhalb des Gehäuses 19 den viskosen Stoff abgibt. Die Abflußvorrichtung
37 ist drehbar gelagert und umfaßt einen Rohrstutzen 39, welcher in die Bohrung
35 drehbar eingesetzt ist und an seinem äußeren Ende ein seitlich vorstehendes Rohr
41 trägt. Das äußere Ende des Rohrstutzens 39 ist durch einen Stopfen43 abgeschlossen.
Eine Aussparung in der Außenfläche dieses Stopfens dient der Aufnahme eines Schwingbolzens
45. Der Schwingbolzen 45 wird von einer Stellvorrichtung 47 getragen, die an dem
Gehäuse 19 abnehmbar befestigt ist. Der Schwingbolzen 45 bildet zusammen mit der
Bohrung 35 eine Lagerung für den Rohrstutzen 39, welche dessen Drehung um seine
Achse zuläßt. Das Rohr 41, welches unter einem rechten Winkel von dem Rohrstutzen
39 ausgeht, ist durch ein weiteres Rohr 51 und durch einen Rohrkrümmer 53 mit einem
Abflußventil 59 und einem Füllmundstück 49 verbunden. Das Füllmundstück 49 hat eine
divergente Form, welche der Größe der zu füllenden Packung entspricht. Die Packung
55 hat nach Fig. 2 rechteckige Form und wird von einem endlosen Förderband 57 getragen.
Das Füllmundstück 49 umfaßt ein geeignetes zylindrisches Ventil, welches bei 59
in Fig. 1 angedeutet ist. Dieses Ventil 59 ist durch einen an seinem Ende befestigten
Arm 61 um seine Achse zum Schließen und Öffnen drehbar.
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Zur Betätigung des Abfüllgerätes ist ein Antrieb 13
vorgesehen, welcher
eine (nicht gezeichnete) Kraftmaschine umfaßt, die mit einer Antriebswelle 63 verbunden
ist. Die Antriebswelle 63 ist in einem unteren Teil des Rahmens 7 gelagert. Bei
der Drehung der Antriebswelle 63 werden in zeitlicher Reihenfolge die Hülse 27 und
der Kolben 29 in hin- und hergehende Bewegungen versetzt, ferner wird die Abfußvorrichtung
37 um die Achse des Schwingbolzens 45 bewegt sowie das Abfluß ventil 59 geöffnet
und geschlossen.
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Der Aufbau und die Wirkungsweise dieser einzelnen Antriebe ist aus
den Darstellungen zu erkennen und soll kurz erläutert werden.
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Der erste Antrieb auf der linken Seite der Antriebswelle 63 der Fig.
1 bewirkt die Hin- und Herbewegung des Kolbens 29 relativ zu der Hülse 27 in dem
Gehäuse 19. Dieser Antrieb umfaßt ein Exzenter 65, ein auf dem Exzenter drehbares
Ringband 69 und eine Verbindungsstange 67, welche am oberen Teil des Ringbandes
69 verstellbar befestigt ist. Das obere Ende der Verbindungsstange 67 ist drehbar
mit einem Arm 71 verbunden, welcher über die Welle 73 und das Hebelgestänge 79,
83 auf den Kolben 29 wirkt.
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Der zweite Antrieb in der Fig. 1 von links bewirkt die Hubbewegung
der Hülse 27. Dieser Antrieb umfaßt eine Nockenanordnung auf der Antriebswelle 63
mit einer Nocke 93 und einem Führungsbügel 91. An einem Ende des Führungsbügels
91 ist eine Verbindungsstange 95 befestigt, deren oberes Ende über einen Drehzapfen
97 an einem herabhängenden Arm 99 angelenkt ist. Der Arm 99 ist ein Teil eines Hebelwerkes
101, welches auf der Ouerwelle 73 drehbar gelagert ist. Das Hebelwerk 101 umfaßt
ferner ein Joch mit einem Paar von beabstandeten Armen 103, deren jeder an seinem
freien Ende mit einem Glied 105 (Fig. 2) verbunden ist, welches in das Innere der
Hülse 27 ragt und durch Kopfschrauben 107 an der Innenwand dieser Hülse 27 befestigt
ist. Die Glieder 105 sind gegen eine Schwingbewegung relativ zur Buchse 27 gesichert,
etwa durch die nach innen gehenden Schultern 109, welche mit den oberen und unteren
Kanten der Glieder im Eingriff stehen. Die Antriebswelle 63 weist auch einen Antrieb
für die Betätigung des Ventils 59 des Füllmundstüclts 49 auf. Dieser Antrieb besteht
wieder aus einer Nocken anordnung auf der Welle 63, welche einen Führungsbügel 111,
eine Nocke 113 sowie eine Verbindungsstange 115 und ein Hebelwerk umfaßt.
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Der vierte und letzte Antrieb auf der Antriebswelle 63 betätigt über
eine Exzenternocke 129 eine Einrichtung, welche die Abflußvorrichtung 37 um die
Achse des Schwingbolzens 45 schwenkt und damit eine Anhebung der Füllschnauze mit
steigendem Niveau des Füllstoffes in dem zu füllenden Behälter bewirkt.
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Nach dieser Erklärung der konstruktiven Einzelheiten des Gerätes
wird nun unter Bezugnahme auf die schematischen Darstellungen der Fig. 3 blis 5
der Betriebsablauf der erfindungsgemäßen Einrichtung erläutert. Da die Erfindung
sich im wesentlichen auf die Abflußvorrichtung bezieht, werden im folgenden nur
die Vorgänge in dieser Abfluß vorrichtung beschrieben. Damit der richtige Ablauf
der einzelnen Vorgänge in der Abfluß einrichtung gewährleistet ist, ist es natürlich
erforderlich, daß auch die Antriebsvorrichtung die notwendigen Bewegungen im richtigen
Zeitpunkt auslöst.
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In dem Anfangszustand, welchen Fig. 3 zeigt, ist der Fiilltrichter
9 mit dem flüssigen oder halbflüssigen viskosen Stoff gefüllt; die Hülse 27 und
der Kolben 29 sind zurückgezogen und geben den Kanal 21 vollständig
frei
so daß der Stoff in die Bohrung 35 und von dieser aus bis zum Füllmundstück 49 eindringen
kann. In diesem Zustand ist das Ventil 59 am Ende dieser Schnauze verschlossen.
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Wenn die Antriebswelle 63 von dieser Stellung aus rotiert, so löst
sich zunächst über die Nocke 91, die Verbindungsstange 95 und die oben beschriebenen
Zubehörteile eine Bewegung der Hülse 27 in Richtung auf das Innere der Bohrung 25
des Gehäuses 19 aus, so daß diese Hülse den Kanal 21 schließt (Fig. 4).
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Bei Weiterdrehung der Antriebswelle 63 wird durch den Exzenter 65
und die Verbindungsstange 67 der Kolben 29 relativ zu der Hülse 27 nach innen bewegt,
wie Fig. 5 zeigt. Diese Bewegung des Kolbens 29 ist von einer Öffnung des Ventils
59 der Abflußvorrichtung begleitet, so daß der Stoff durch die Abflußschnauze unter
dem Druck des Kolbens austreten kann.
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Das Ventil 59 wird von der Nocke 111 der Antriebswelle betätigt. Schließlich
wird auch die Nocke 129 wirksam, die während des Abflusses des Stoffes aus dem Mundstück
49 dessen Anhebung mit steigendem Niveau des Stoffes in dem von dem Formteil 55
getragenen Behälter 160 bewirkt.
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Die wesentliche Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung ist
zusammengefaßt wie folgt: Zunächst wird die Hülse 27 in diejenige Stellung verschoben,
in der sie den vom Fülltrichter 9 her kommenden Kanal 21 verschließt und eine bestimmte
Stoffmenge zwischen dem Kolben 29 und dem verschlossenen Ventil 59 der Abflußvorrichtung
einschließt. Dieser Vorgang verläuft sehr schnell, und man schreibt ihm eine zweifache
Wirkung zu. Einmal wird auf den Stoff in der abgeschlossenen Buchse ein Druck ausgeübt,
welcher in diesem Volumen vorhandene Luftblasen komprimiert, zum anderen wird auch
ein Druck auf den unmittelbar an der Hülse 27 anliegenden Stoff in dem Kanal 21
ausgeübt. Dieser Druck wirkt dem Druck des Stoffes am Boden des Trichters 9 entgegen,
komprimiert diesen Stoff und treibt Luftblasen aus diesem Stoff aus, welcher während
der nächsten Füllperiode abgegeben wird. Es liegt also eine Vorbehandlung des Stoffes
am Boden des Trichters 9 vor, bei welcher dieser verdichtet wird, bevor er bei der
nächsten Füllperiode in die Füllkammer eintritt.
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Schließlich kann die Abtrennung des abzufüllenden Stoffes mit einer
im Verhältnis zu einem Kolben dünnwandigen Hülse rascher und unter geringeren Störungen
in dem Stoff vorgenommen werden als mit einem massiven Kolben von ähnlichem Fassungsvermögen.
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Die weite Druckwirkung während des Abfüllvorganges ist der Entladehub
des Kolbens 29, in dessen Verlauf der in der Hülse 27 enthaltene Stoff nach dem
offenen Ventil 59 des Füllmundstücks 49 gepreßt wird.
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Da der viskose Stoff von der Hülse 27 vorgepreßt wurde, einmal, als
er sich noch am Boden des Trichters 9 befand, und später, als er in die Bohrung25
des Abfüllgehäuses 19 eingetreten war, bleiben keine wesentlichen Luftblasen in
dem Stoff zurück, so daß dieser in seiner dichtesten Form abgegeben wird.
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Bisher wurde bei einer Abfüllung von viskosem oder halbflüssigem
Stoff, wie etwa Weichkäse oder
Mayonnaise, eine Gewichtstoleranz von + 6 g auf 227
g (8 Unzen) als notwendig erachtet. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren konnte die
Gewichtstoleranz auf + 3 g bei 227 g (8 Unzen) heruntergesetzt werden, ohne daß
Packungen mit Untergewicht auftraten. Das Verfahren nach der Erfindung hat somit
erhebliche Einsparungen ermöglicht, obwohl die Abfüllgeschwindigkeit sich gleich
geblieben ist oder sogar größer wurde.
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Die Erfindung wurde an Hand eines speziellen Ausführungsbeispieles
beschrieben. Selbstverständlich kann der Grundgedanke der Erfindung auch in anderen
Ausführungsformen verwirklicht werden.
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PATENTANSPROCHE: 1. Verfahren zum Abfüllen abgemessener Mengen eines
viskosen Stoffes aus einem diesen Stoff enthaltenden Vorratsgefäß, bei dem aus dem
Vorratsgefäß viskose Masse in eine Füllkammer eingeführt wird, die Füllkammer sodann
gegen das Vorratsgefäß abgeschlossen und an einer anderen Stelle geöffnet wird,
worauf die in der Füllkammer abgetrennte viskose Masse aus dieser Kammer ausgeschoben
wird, dadurch gekennzeichnet, daß während des Abschließens der Füllkammer gegenüber
dem Vorratsgefäß in der Füllkammer und in dem an diese angrenzenden Teil des Vorratsgefäßes
ein Druckstoß erzeugt wird.