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Konditionier- und Abmeßvorrichtung für pastenförmige Produkte Zahlreiche
pastenförmige Produkte, wie beispielsweise Margarine, Butter od. dgl., werden während
ihrer Herstellung oder Verarbeitung in einen geschmolzenen oder flüssig-plastischen
Zustand gebracht und sodann wieder verfestigt, bevor sie in eine geeignete Ausformeinrichtung
gelangen. Hierbei müssen die betreffenden Produkte sehr sorgfältig »konditioniert«
werden, damit sie in der Ausformeinrichtung mit richtiger Dichte und richtigem Verfestigungsgrad
zur Verfügung stehen.
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Die Erfindung will eine sehr einfache und sehr zuverlässige Vorrichtung
zum Konditionieren pastenförmiger Produkte schaffen. Die Vorrichtung soll in der
Lage sein, ein in flüssig-plastischem Zustand zugeliefertes Produkt in genau abgemessener
Menge und mit richtiger Dichte und richtigem Verfestigungsgrad einer intermittierend
arbeitenden Ausformeinrichtung zuzuführen, und zwar so, daß die Ausformeinrichtung
fortlaufend Formstücke bilden kann, die anschließend mit Verpackungsmaterial umhüllt
und verpackt werden.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß ein mit einer in Kontraktionsrichtung
belasteten Kammer variablen Volumens versehener Kompensator das ihm zugeführte Produkt
unter im wesentlichen konstantem Druck in ein intermittierend mit doppeitwirkendem
Kolben arbeitendes Meßventil abgibt, dessen Kolbenbewegungen durch den Druck des
Produktes im Kompensator gesteuert sind, und daß das Produkt unter diesem gleichen
Druck schubweise in einen zu der Ausformeinrichtung führenden Verfestigungskanal
einspeist.
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Der Kompensator stellt sicher, daß das Produkt unabhängig von der
jeweiligen Stellung des Meßventils mit im wesentlichen konstanten Druck, d. h. mit
stets einwandfrei richtiger Dichte, an das Meßventil und die ihm nachgeschalteten
Teile abgegeben wird. Dies führt noch zu dem zusätzlichen Vorteil, daß auf der Zufuhrseite
des Kompensators ein konstanter Strom an flüssig-plastischem Produkt ständig aufrechterhalten
werden kann. Dies vereinfacht den Aufbau und die Regelung der gesamten Verarbeitungsanlage
wesentlich.
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Vorzugsweise enthält der Kompensator ein Leitungssystem, das nach
Art einer Posaune gegeneinander verschieblich ist, wobei der verschiebliche Teil
des Leitungssystems gegen den unverschieblichen Teil mit einem vorbestimmten, konstanten
Druck belastet ist, beispielsweise mittels einer hydraulischen oder pneumatischen
Einrichtung. Der Druck ist zweckmäßig regelbar, um eine Anpassung an die jeweiligen
optimalen Konditionierungsbedingungen zu
erzielen. Der posaunenartige Aufbau des
Leitungssystems hat den Vorteil, daß sämtliche Teile des Leitungssystems im Strömungsweg
liegen und sich keine toten Zonen bilden, in denen sich Produkt ansammeln kann.
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Um zu verhindern, daß in der Endlage des gegeneinander verschieblichen
Leitungssystems der Druck vor dem Meßventil unzulässig ansteigen kann, ist zweckmäßig
noch ein Umgehungsweg vorgesehen, der sich bei ansteigendem Druck öffnet und überschüssiges
Produkt wieder zur Entnahmestelle zurückleitet.
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Das Meßventil enthält vorzugsweise ein in einem Gehäuse drehbares
Küken, das eine Querbohrung besitzt, in der ein Meßkolben verschieblich so gelagert
ist, daß in beiden Endstellungen des Meßkolbens in der Querbohrung jeweils ein Meßraum
von genau gleichem Volumen gebildet wird. Die Anordnung ist dabei so getroffen,
daß die Betätigung des Meßkolbens durch den Druck des zugeführten Produktes erfolgt,
indem das zuströmende Produkt den Meßkolben beaufschlagt und in seine Endstellung
verschiebt, wobei der Meßraum an der Zufuhrseite gefüllt, an derAbgabeseite jedoch
entleert wird. Nach vollendeter Füllung erfolgt eine Drehung des Kükens
um
1800, wobei der zuletzt gefüllte Meßraum an die Abgabeseite gelangt, während an
der Zufuhrseite der Meßkolben zur erneuten Beaufschlagung mit Produkt bereit ist.
Auf diese Weise ergibt sich eine außerordentlich einfache und sichere Arbeitsweise
des Meßventils.
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Zweckmäßig ist der Hub des Meßkolbens und damit die Größe einer vom
Meßkolben abgegebenen Charge mikrometrisch einstellbar, und zwar dadurch, daß in
einer Mittelöffnung des Kolbens ein stationärer und ein einstellbarer Keil mit ihren
Schrägflächen zusammenwirken. Die beiden Keile bilden innerhalb der Mittelöffnung
des Meßkolbens ein Anschlagelement von variabler Länge, das in beiden Bewegungsrichtungen
des Kolbens wirksam ist und den Kolbenhub so begrenzt, daß jeweils genau das gleiche
Volumen auf beiden Seiten des Meßkolbens abgegeben wird. Auf diese Weise läßt sich
die Einstellung mit Hilfe nur eines einzigen Einstellvorganges erzielen.
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Der Verfestigungskanal ist von vorgegebener Länge, er kann mit einem
Wärmemantel versehen sein, um sicherzustellen, daß sich das in den Versein, festigungskanal
eingespeiste Produkt in der gewünschten Weise zur Ausformeinrichtung bewegt.
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Die Arbeitstakte des Meßventils und der Ausformeinrichtung sind zweckmäßig
mit Hilfe eines Getriebes aufeinander abgestimmt, so daß in der gesamten Anlage
letztlich nur ein einziger Vorgang eingestellt zu werden braucht, von dem dann alle
übrigen Vorgänge automatisch abhängen.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend
an Hand der Zeichnungen in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den Zeichnungen
zeigt F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Konditionier-
und Abmeßvorrichtung, Fig.2 einen Querschnitt des Kompensators in vergrößertem Maßstab,
F i g. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung
nach Fig. 1, F i g. 4 einen Querschnitt des Meßventils in der Ebene 4-4 der Fig.
3, in vergrößertem Maßstab, Fig. 5 einen Schnitt in der Ebene 5-5 der Fig. 4, F
i g. 6 das Meßventil in der Darstellung der Fig. 5, jedoch bei einem um 90= gedrehten
Küken, F i g. 7 das Meßventil in der Darstellung der F i g. 5, jedoch bei einem
1800 gedrehten Küken.
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Zur Beschreibung der Anlage möge zunächst die Darstellung der Fig.
3 herangezogen werden. Das flüssig-plastische Produkt, wie beispielsweise Margarine,
Butter od. dgl., befindet sich zunächst in einem Mischtank T1, von dem aus es mittels
einer Pumpe Pl in einen Tank T2 gefördert wird. Eine Pumpe p2 pumpt das Produkt
vom Tank T2 in eine Behandlungseinheit 10. In dieser Einheit wird das Produkt gekühlt,
und zwar unter gleichzeitigem kräftigem Rühren. Die Pumpe p2 setzt das Produkt in
der Einheit 10 unter Druck, so daß es mit einem bestimmten, durch das Manometer
Gi angezeigten Druck zu einem Reduzierventil Vl gelangt. Das Reduzierventil V1 ist
einstellbar, so daß der Druck hinter dem Ventil Vi steuerbar ist. Das Produkt fließt
vom Ventile aus zum Kompensator C, und zwar zu dessen feststehendem Grundkörper
24. Das überschüssige Material wird vom Ventil Vi aus über eine
Leitung 12, ein T-Stück
14 und eine Rückleitung 16 zum Tank T2 zurückgefördert. Der Druck hinter dem Ventil
Vt wird durch ein Manometer G2 angezeigt, so daß die richtige Einstellung des Ventils
Vt jederzeit von einer Bedienungsperson nachprüfbar ist.
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In dem feststehenden Grundkörper 24 des Kompensators C (F i g. 2)
gleiten zwei Rohre 26 und 28, die über ein U-förmiges Rohrstück 30 miteinander verbunden
sind. Das Produkt fließt vom Ventil Vl aus in die Leitung 80 im Grundkörper 24,
gelangt dann durch das verschiebliche Leitungssystem 26, 30, 28 in die zweite Leitung
82 im Grundkörper 24 und verläßt den Kompensator über eine Leitung 50. Man erkennt,
daß das Leitungssystem 26, 30, 28 nach Art einer Posaune in dem Grundkörper 24 verschieblich
ist. Die Leitung 50 (Fig. 3) ist an ein Meßventil V2 angeschlossen, von dem aus
eine Leitung 52 zu einer Verfestigungs- oder Kristallisationskammer 54 führt. Die
Kammer 54 ist kanalförmig ausgebildet und auf dem Rahmen 18 (Fig. 1) einer Ausformeinrichtung
befestigt. Am Ende des Kristallisationskanals 54 befindet sich ein Ausformkopf 20.
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Am Rahmen 18 ist gleichfalls noch ein Traggestell 22 für den Kompensator
befestigt, und der Grundkörper 24 des Kompensators ist an diesem Traggestell angebracht.
Ein Kreuzkopf 32 verbindet die beiden verschieblichen Rohre 26 und 28 miteinander.
An diesem Kreuzkopf greifen gleichfalls zwei Führungsstangen 34 an, die sich nach
abwärts erstrecken und im Grundkörper 24 des Kompensators gleitbar gelagert sind.
Weiterhin greift am Kreuzkopf 32 eine Kolbenstange 36 an, die sich ebenfalls nach
abwärts erstreckt und die durch den Grundkörper 24 gleitbar hindurchgeführt ist.
Die Kolbenstange 36 trägt an ihrem unteren Ende einen Kolben 40, der sich in einem
am Traggestell befestigten Zylinder 38 befindet. Diese Kolben-Zylinder-Anordnung
ist einfach wirkend, der Kolben 40 wird in Abwärtsrichtung konstant über einen Anschluß
49 mit Druckluft versorgt. Die Druckluft stammt aus einem Behälter 44, der über
eine Leitung 48 mit dem Anschluß 49 verbunden ist und der über eine Hauptversorgungsleitung
42 und ein Druckregelventil 46 ständig mit Druckluft gespeist bleibt. Ein Manometer
G3 zeigt den Druck im Behälter 44 und damit den Druck im Zylinder 38 an.
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Am unteren Ende des Zylinders 38 kann eine Entlüftungsdüse 53 vorgesehen
sein, die zu einem Auslaßtopf 51 führt. Der soweit beschriebene Kompensator bildet
einen Weg von variabler Länge für das Produkt, den das Produkt durchströmen muß,
ohne daß sich tote Zonen bilden können. Das Produkt bleibt dabei ständig mit im
wesentlichen konstantem Druck beaufschlagt.
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Der Ausformkopf 20 (F i g. 3) ist mit einer rechteckigen Bohrung
58 versehen, in welcher ein Kolben 60 vertikal hin- und hergehend beweglich gelagert
ist. Im oberen Teil 61 des Kolbens ist eine Ausnehmung vorgesehen, die einmal pro
Arbeitsperiode der Ausformmaschine zur Ausfluchtung mit der Entnahmeöffnung 56 der
Kristallisationskammer 54 gelangt, so daß das in der Kristallisationskammer 54 befindliche,
unter Druck stehende Material in die Ausnehmung 61 eintreten kann. Der Kolben 60
wird durch einen Lenkhebel 62 betätigt, der seinerseits mit einem im Schwenkpunkt
66 am Rahmen 18 angelenkten Schwenkhebel 64 verbunden ist. Der Schwenkhebel 64 trägt
eine Gleitrolle 68, die mit
einem drehbaren Nocken 70 zusammenwirkt.
Der Nocken wird durch eine Welle 72 gedreht, an deren anderem Ende sich ein mit
zwei Triebstöcken 74 versehener Treiber eines Malteserkreuzgetriebes befindet. Das
Schaltrad 76 des Malteserkreuzgetriebes ist in der üblichen Weise ausgebildet, es
dreht sich um eine Welle 78 bei jeder halben Rotation der Welle 72 um jeweils 90°.
Die Welle 78 führt zum Meßventil V2 und betätigt dieses in der weiter unten noch
erläuterten Weise.
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Die Leitungen 80 und 82 im Grundkörper 24 des Kompensators C sind
an ihrem oberen Ende in der aus F i g. 2 ersichtlichen Weise mit geeigneten Dichtungen,
beispielsweise O-Ringen, gegen die beweglichen Rohre 26 und 28 abgedichtet. In der
äußersten Endlage des Leitungssystems 26, 30, 28, die in F i g. 2 in ausgezogenen
Linien dargestellt ist, hat das untere Ende des Rohres 28 eine in der Leitung 82
angeordnete Öffnung 84 freigegeben. Die Offnung 84 führt zu einer Rückleitung 86,
die in das T-Stück 14 mündet und damit die Rückführung von überschüssigem Produkt
zum Tank T2 ermöglicht.
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Die Kristallisationskammer 54 kann, falls gewünscht, durch Wasser
od. dgl. angewärmt werden. Hierfür ist ein Mantel 118 vorgesehen, der mit Einlaß-
bzw.
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Auslaßöffnungen 120 und 122 versehen ist. Auch die Rückleitung 86
kann durch Wasser angewärmt werden, sie ist aus diesem Grunde mit einem Mantel 124
versehen, der Einlaß- bzw. Auslaßöffnungen 126 und 128 besitzt. Der Mantel 124 stellt
sicher, daß das Produkt auf dem Rückweg zum Tank T2 durch die Leitungen 86 und 16
flüssig und damit leicht bewegbar bleibt.
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Einzelheiten des Meßventils lassen sich am besten den F i g. 4 und
5 entnehmen. Das Ventil besitzt ein Gehäuse 88, in welchem ein Küken 94 drehbar
gelagert ist. Das Küken ist gegen das Gehäuse in der dargestellten Weise mittels
O-Ringen abgedichtet.
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Das Gehäuse 88 ist mit einer Einlaßöffnung 90 und einer Auslaßöffnung
92 versehen. Im Küken 94 ist eine Querbohrung 96 angebracht, in welcher ein Meßkolben
gleiten kann. Der Meßkolben besitzt zwei Kolbenköpfe 98 und 100, die ihrerseits
mit O-Ringen gegen das Küken abgedichtet sind und die über ein Zwischenstück 102
von etwas kleinerem Durchmesser fest miteinander verbunden sind. Im Zwischenstück
102 befindet sich eine rechteckförmige Öffnung 104, durch die ein stationärer Keil
106 und ein einstellbarer Keil 108 hindurchragen. Die Keile liegen mit ihren Schrägflächen
gleitbar aufeinander, so daß die untere Fläche des Keiles 106 und die obere Fläche
des Keiles 108 stets parallel zueinander bleiben. Parallel zu den Schrägflächen
erstreckt sich eine Einstellspindel 110 durch einen im einstellbaren Keil 108 angeordneten
Gewindegang. Die Einstellspindel ist drehbar, in Axialrichtung jedoch unverschieblich
im Küken 94 bzw. in einer am Küken angebrachten Deckelplatte 95 gelagert. Am äußeren
Ende trägt die Spindel 110 ein Handrad 112 und eine mit Meßmarken versehene Scheibe
114. Mittels der Spindel ist eine mikrometrische Einstellung der Menge des vom Meßventil
V2 abgemessenen Produktes möglich. Die Kolbenanordnung 98, 100, 102 ist in der Querbohrung
96 frei gleitbar gelagert und wird lediglich durch den Druck des zuströmenden Produktes
von der einen Endlage in die andere Endlage verschoben, wie weiter unten noch im
einzelnen erläutert wird. Der soweit beschriebene Aufbau ist
sehr einfach, er besitzt
nur einige wenige bewegliche Teile, die nur durch das Produkt selbst sowie durch
eine einfache Indexverbindung zur Ausformmaschine betätigt werden. Auf diese Weise
kann ohne Schwierigkeit und mit außerordentlich geringem Aufwand der Arbeitstakt
des Meßventils auf den Arbeitstakt der Ausformmaschine abgestimmt werden.
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Im Betrieb der Anlage wird das plastisch-flüssige Material im Tank
Tl in der üblichen Weise gemischt und dann zum Tank T2 gepumpt, von dem aus die
Pumpe p2 das Material unter dem durch das Manometer Gl angezeigten Druck durch die
Behandlungseinheit 10 und das Reduzierventil V1 hindurch zum Kompensator C fördert.
Natürlich ist das Reduzierventil auf den Druck eingestellt, der im Kompensator C
gewünscht ist und der sich am Manometer G2 ablesen läßt. Da die Pumpe p2 konstant
fördert, verläßt ein konstanter Strom an flüssigem Material die Einheit 10 und das
Ventil V1 in Richtung auf das Meßventil V2.
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Es soll nun angenommen sein, daß sich sämtliche Teile der Anlage
in der in Fig. 3 gezeigten Lage befinden. Der Meßkolben im Meßventil 172 ist durch
den Druck des vom Kompensator C zugelieferten Produktes abwärts bewegt und in seine
Endlage gelangt, in der die zugeordnete Anschlagfläche der Öffnung 104 gegen die
obere Fläche des einstellbaren Keils 108 anliegt (Fig. 4 und 5). Auch der Kolben
60 der Ausformmaschine befindet sich in seiner tiefsten Stellung, so daß die Öffnung
im oberen Teil 61 des Kolbens mit der Auslaßöffnung des Verfestigungskanales 54
fluchtet. In dieser Lage des Kolbens 60 konnte Produkt in die im Kolben gebildete
Ausnehmung eintreten, und zwar unter dem Druck, der im Kompensator C herrscht, wie
nachfolgend noch deutlicher erkennbar ist. Sobald nunmehr die Hauptwelle 72 mit
einer weiteren Drehung beginnt, gelangt der linke Triebstock 74 des Malteserkreisgetriebes
in den entsprechenden Schlitz des Schaltrades 76. Während sich somit der Kolben
60 in seine obere Lage bewegt, führt die Welle 78 eine Drehung um 900 C gegen den
Uhrzeiger aus. Am Ende des Hubes des Kolbens 60 befindet sich ein Formstück 63 an
der in gestrichelten Linien in Fig. 3 angedeuteten Stelle, es kann durch einen Mitnehmer
65 ergriffen und gegen eine Lage von Verpackungsmaterial 67 gedrückt werden.
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Während dieses Teiles des Vorganges ist der Meßraum oberhalb des
Kolbenkopfes 98 in die in F i g. 6 gezeigte Lage gelangt. Das Produkt in diesem
Meßraum befindet sich im Ruhezustand und bleibt in diesem Ruhezustand so lange,
bis das Küken des Meßventils eine weitere Drehung um 900 durchgeführt hat. Diese
weitere Drehung um 900 erfolgt, sobald der Kolben 60 sich bei weiterer Drehung der
Hauptwelle 72 wieder abwärts bewegt. Während dieser Abwärtsbewegung des Kolbens
60 wird das Schaltrad 76 erneut um 900 weitergeschaltet, so daß das Meßventil sich
in der in Fig. 7 gezeigten Stellung befindet, wenn der Kolben 60 wieder in seiner
unteren Lage angekommen ist.
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Durch den Druck im Kompensator C fließt das Produkt nunmehr durch
die Leitung 50 hindurch in den Meßraum oberhalb des Kolbenkopfes 100. Hierdurch
wird die Kolbenanordnung 100, 102, 98 nach abwärts verschoben, so daß in dem Maße,
wie der Meßraum oberhalb des Kolbenkopfes 100 gefüllt wird, sich der Meßraum oberhalb
des Kolbenkopfes
98 durch die Leitung 52 hindurch entleert. Der
Vorgang ist beendet, sobald die Kolbenanordnung in ihre neue, nunmehr durch den
Teil 106 bestimmte Endlage gelangt ist. Man erkennt, daß das Meßventil eine neue
abgemessene Charge aufgenommen und die davor abgemessene Charge in die Kristallisationskammer
54 abgegeben hat. Dieser Vorgang kann jedoch nur dann ablaufen, wenn die Ausnehmung
im oberen Teil 61 des Kolbens 60 mit der Endlageöffnung 56 in der Kristallisationskammer
54 fluchtet, so daß eine der abgemessenen Charge entsprechende Menge an Produkt
in die genannte Ausnehmung gelangen kann. Es wird während des soeben beschriebenen
Teiles des Arbeitsablaufes das Produkt unter Einwirkung des Druckes im Kompensator
C sowohl in den neu zu füllenden Meßraum im Meßventil als auch in die das Formstück
aufnehmende Ausnehmung im Kolben der Ausformmaschine gedrückt, so daß gleichzeitig
mit dem Abmessen einer nächsten Charge eine entsprechende Materialmenge in die Ausformmaschine
zur Bildung des nächsten Formstückes gelangt.
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Sobald sich der posaunenartige Teil 26, 30, 28 im Kompensator abwärts
bewegt, wird die Öffnung 84 für die Rückleitung 86 geschlossen, so daß ein geschlossener
Durchlauf für das Produkt vom Reduzierventil Vt aus zum Meßventil V2 entsteht. Das
Volumen dieses geschlossenen Durchlaufs wird unter der Wirkung der pneumatischen
Belastung des posaunenartigen Teiles vermindert, so daß Produkt aus dem Kondensator
austreten und in das Meßventil eintreten kann. Der gleiche Druck, mit dem das Material
in das Meßventil eintritt, herrscht auch beim Herausdrücken der zuvor abgemessenen
Charge aus dem Meßventil und beim Verschieben des Vorrats in der Kristallisationskammer
54 um ein entsprechendes Stück in die zur Bildung eines Formstückes vorgesehene
Öffnung im oberen Teil 61 des Kolbens 60.
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Der Druck im Kompensator C veranlaßt lediglich die Bewegung des Materials
durch das Meßventil und die Kristallisationskammer hindurch zur Ausformmaschine,
wobei das Meßventil nur durch eine einfache Indexverbindung im Takt mit der Ausformmaschine
gesteuert zu werden braucht.
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Es wurde weiter oben erwähnt, daß beim ersten Meßvorgang die Endlage
des Kolbenkopfes 98 durch den Keil 108 bestimmt ist, während beim zweiten Meßvorgang
die Endlage des Kolbenkopfes 100 durch den Keil 106 definiert wird. In beiden Fällen
findet exakt die gleiche Messung statt, da der Abstand zwischen den Oberflächen
der Kolbenköpfe 98 und 100 konstant bleibt und da gleichermaßen der Abstand zwischen
der unteren Fläche des Keils 106 und der oberen Fläche des Keils 108 konstant bleibt
(natürlich nur so lange, bis eine Neueinstellung stattfindet). Bei jeder Drehung
der Hauptwelle um 360° führt das Meßventil eine Drehung um 1800 aus. Die Ausformmaschine
benötigt zu einem vollen Arbeitstakt eine volle Umdrehung der Hauptwelle 72, so
daß im Ergebnis bei jedem Arbeitstakt der Ausformmaschine eine abgemessene neue
Charge an Produkt in den Kristallisationskanal gelangt. Diese Charge besitzt eine
Dichte, die vom Druck im Kompensator abhängt und die nur innerhalb sehr geringer
Grenzen schwankt, so daß, obgleich die gesamte Anlage nur auf Volumenmessung beruht,
jedes Formstück ein Gewicht besitzt, das sehr genau innerhalb sehr enger Grenzen
gesteuert ist.
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Das posaunenartige Leitungssystem 26, 30, 28 steht, wie erwähnt,
ständig unter einem konstanten Druck. Hierdurch wird die Steuerung der Gesamtanlage
außerordentlich einfach. Tatsächlich wird der Druck im Kompensator aber nur in einer
der offenen Stellungen des Ventils V2 (z. B. Fig. 5 und 7) benötigt, während bei
geschlossenem Meßventil (z. B.
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Fig. 6) kein Druck im Kompensator vorhanden zu sein braucht.