DE19802692A1 - Abfüllventil für faserhaltige Flüssigkeiten - Google Patents
Abfüllventil für faserhaltige FlüssigkeitenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Ventil zum dosierten Abfüllen von Flüssigkeiten in Verpackungen, mit
einem Gehäuse mit Zuführstutzen, vorderseitigem Mundstück und Austrittseinrichtung, mit einem
in dem Gehäuse bewegbar angetriebenen, mit einem Ventilsitz in Eingriff bringbaren und vom
einen Ventilkegel sowie dahinter einen verdickten Mittelteil aufweisenden Verschließkörper und
mit rückseitigen Abdichteinrichtungen.
In Verpackungen werden in großen Mengen Flüssigkeiten verschiedener Arten, insbesondere im
Lebensmittelbereich, abgefüllt. Hierfür verwendete Ventile bzw. Dosierventile weisen ein Gehäuse
auf, in welchem ein Verschließkörper, der von hinten über den Zuführstutzen laufend mit der
abzufüllenden Flüssigkeit angeströmt ist, intermittierend nach hinten zurück bewegt wird, um das
Ventil zu öffnen, und wieder nach vorn gedrückt wird, um das Ventil zu schließen.
Ein bekanntes Ventil gemäß den einleitenden Merkmalen erreicht das Ausströmen des flüssigen
Füllgutes mit geringer Austrittsgeschwindigkeit bei ausreichend großen Füllmengen, so daß zum
Beispiel bei der Abfüllung von Milch eine unerwünscht starke Schaumbildung in der Verpackung
vermieden wird. Das bekannte Abfüllventil erfüllt auch eine weitere Bedingung, daß nämlich nach
dem Schließen des Ventiles ein unerwünschtes Nachtropfen der Flüssigkeit verhindert wird. Hierzu
wurden früher am auslaufseitigen Ende des Dosierventiles Siebe angeordnet, während das
eingangs beschriebene, bekannte Ventil am austrittsseitigen Ende des Mundstückes eine
Austrittsplatte aufweist, in welcher in Richtung der Längsachse des Mundstückes verlaufende,
parallel zueinander angeordnete Bohrungen unter Bildung von Austrittslöchern angeordnet sind,
deren Durchmesser zwischen 1 mm und 5 mm liegt. Rückwärtig von der Austrittsplatte, d. h.
aufstromig von dieser, befindet sich bis zu dem Ventilkegel des Verschließkörpers ein Raum, in
welchem die abzufüllende Flüssigkeit nach dem Schließen des bekannten Ventils unter anderem
durch die Oberflächenspannung zurückgehalten wird, damit es kein Nachtropfen gibt.
Mit Nachteil setzen sich die Austrittslöcher in der Austrittsplatte des bekannten Ventils dann zu,
wenn Flüssigkeiten mit einem kleinen Faseranteil abgefüllt werden sollen. Dies geschieht häufig
beim Abfüllen von Fruchtsäften, die vom Hersteller bewußt mit Faserstücken und anderen kleinen
Partikeln vermischt bleiben sollen. Das bekannte Ventil erlaubt also nicht, Fruchtsäfte oder
dergleichen abzufüllen. Würde man nun die Austrittsöffnungen bei dem bekannten Ventil
vergrößern, um die Verstopfungsgefahr zu verkleinern, dann würde die Flüssigkeit in dem
beschriebenen Raum rückseitig von der Austrittsplatte nach dem Schließen des Ventils nicht mehr
halten, und es ergäbe sich mit Nachteil das unerwünschte Nachtropfen. Hat sich erst einmal ein
oder haben sich etwa sogar mehrere Austrittslöcher zugesetzt, dann leidet die Füllgenauigkeit des
bekannten Ventils mit weiterem Nachteil.
Abgesehen von der Anfälligkeit des bekannten Ventils gegen Partikel oder Fruchtfasern in den
Flüssigkeiten ist in nachteiliger Weise der Fließstrahl des bekannten Ventils häufig unruhig und
hat eine zu große Oberflächenrauhigkeit, so daß der in die Verpackung eintretende Strahl seitlich
zuviel Luft mitreißt. Durch die Geometrie des bekannten Ventils enthält der Füllgutstrahl in
nachteiliger Weise ferner eine radiale Strömungskomponente, durch welche ebenfalls der
austretende Strahl unruhig wird.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, das Ventil der eingangs genannten Art derart auszugestalten,
daß sowohl wasserähnliche Flüssigkeiten als auch solche mit einem Faseranteil ohne
Verstopfungsgefahr dosiert abgefüllt werden können und gleichzeitig ohne Relativbewegungen
zwischen Verpackung und Austrittseinrichtung ein Flüssigkeitsstrahl mit wenig bis keiner
eingeschlossenen Luft bei geringer Austrittsgeschwindigkeit erreicht wird.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der verdickte Mittelteil des
Verschließkörpers an seinem Umfangsbereich mit einem Kranz von sich in Richtung der
Längsachse des Mundstückes erstreckenden Strömungskanälen versehen ist, die nach vorn und
nach hinten offen in den durch das Gehäuse gebildeten Innenraum münden. Der Verschließkörper
arbeitet wie im bekannten Fall unter Öffnen und Schließen des Ventiles dadurch, daß der
Ventilkegel von seinem Sitz abhebt oder gegen den Sitz gedrückt wird. Ganz anders als bei dem
bekannten Ventil befinden sich aber die Strömungskanäle in diesem sich intermittierend
bewegenden Verschließkörper, nämlich im Umfangsbereich seines verdickten Mittelteiles. Zur
Austrittseite hin ist das neue Ventil offen, d. h. es gibt nicht mehr eine Siebfläche oder eine
Austrittsplatte, wie man dies früher als unerläßlich ansah, um ein Nachtropfen zu verhindern.
Erfindungsgemäß ist ein Nachtropfen weitgehend auch ohne die Einwirkung einer Oberflächen
spannung auf die Flüssigkeit unter dem Ventilsitz verhindert, und vorzugsweise gestaltet man den
Raum unter bzw. vor dem Ventilsitz möglichst klein, und man stellt eine Verringerung bzw. ein
Eliminieren des unerwünschten Nachtropfens fest.
Durch die sich in Richtung der Längsachse des Mundstückes erstreckenden Strömungskanäle
wird die Radialkomponente der einströmenden Flüssigkeit in eine laminare Strömung in den
Strömungskanälen umgewandelt, so daß der austretende Flüssigkeitsstrahl so beruhigt ist, daß
nahezu keine Luft in dem Strahl eingeschlossen wird und damit in die Flüssigkeit mitgerissen
werden könnte. Auch bei dem neuen Ventil gelingt die dosierte Abfüllung der Flüssigkeit, ohne
daß die Austrittsseite des Ventiles in die Verpackung eintauchen muß. Der austretende
Flüssigkeitsstrahl hat bei großer Menge eine geringe Grundgeschwindigkeit, und durch die kleine
benetzte Fläche unter bzw. vor dem Ventilsitz ist das Nachtropfen minimiert, obgleich der vom
angeordnete Ventilkegel von einer Ringwand umgeben bleibt, so daß es beim Schließen des
Ventils kein Spritzen gibt.
Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, wenn der Verschließkörper zwischen dem Ventilkegel
vorn und dem Mittelteil einen vorderen Zylinder sowie zwischen dem Mittelteil und den
rückseitigen Abdichteinrichtungen einen rückwärtigen Zylinder aufweist. Die Durchmesser des
vorderen und des rückwärtigen Zylinders sind vorzugsweise kleiner als der des verdickten
Mittelteils. Dadurch werden in Verbindung mit den etwa zylindermantelförmigen Seitenwandungen
des Gehäuses Räume vor und hinter dem verdickten Mittelteil geschaffen, in denen sich die
Flüssigkeit so bewegen kann, wie es ihr durch die Geometrie des Ventils aufgezwungen wird.
Eintrittsseitig kann also die Flüssigkeit hinter dem Zuführstutzen spiralförmig in den Raum hinter
dem verdickten Mittelteil bewegt werden, um dann in die Strömungskanäle einzutreten. In dem
Raum um den vorderen Zylinder, der näherungsweise ein Ringraum ist, kann die Flüssigkeit ruhig
weitergeführt werden, so daß die Strömung sich gewissermaßen beruhigen kann. Auf diese Weise
kann auf die durchströmende Flüssigkeit nacheinander eine gewünschte Wirkung ausgeübt
werden, wie zum Beispiel die Sammel- und Umlenkwirkung in dem Raum rückwärtig von dem
verdickten Mittelteil, die Laminierwirkung der Strömungskanäle in dem Raum im Bereich des
verdickten Mittelteiles und die Beruhigung in dem vorderen Raum vor dem verdickten Mittelteil.
Dabei wird der Zuführstutzen seitlich angesetzt, so daß der Verschließkörper seinen Bewegungs
hub direkt in Ausströmrichtung, d. h. in Richtung der Längsachse des Mundstückes, ausführen
kann.
Bis auf die erwähnten Ringräume vor und hinter dem verdickten Teil des Verschließkörpers füllt
der Verschließkörper den etwa zylinderförmigen Innenraum des Gehäuses weitgehend aus. Die
Durchmesser der Strömungskanäle sind im Vergleich zu den Austrittsöffnungen bekannter Ventile
groß, betragen das Zwei- bis Zehnfache, vorzugsweise das Drei- bis Sechsfache. Dadurch ist eine
Verstopfung der einzelnen Strömungskanäle durch in der abzufüllenden Flüssigkeit enthaltene
Fasern oder Partikel praktisch ausgeschlossen.
Günstig ist es gemäß der Erfindung weiterhin, wenn die Strömungskanäle durch am Umfang des
Mittelteils des Verschließkörpers angeordnete, nach außen radial offene Strömungsnuten und/oder
radial geschlossene Durchgangslöcher gebildet sind. Das erfindungsgemäße Ventil funktioniert
sowohl mit Strömungskanälen nur in Form von außen radial offenen Strömungsnuten; und bei
einer anderen Ausführungsform erreicht man ebenfalls gute Ergebnisse mit einem Ventil, dessen
Strömungskanäle nur durch radial geschlossene Durchgangslöcher gebildet sind. Am besten
allerdings arbeitet das neue Ventil dann, wenn man beide Arten von Strömungskanälen
gleichzeitig und nebeneinander angeordnet vorsieht. So können beispielsweise die radial
geschlossenen Durchgangslöcher in geringem radialem Abstand vom Außenumfang des Mittelteils
angeordnet sein und die radial außen offenen Strömungsnuten jeweils zwischen zwei
Durchgangslöchern direkt an der Umfangsoberfläche ausgestaltet sein. Sieht man sowohl den
Kranz von Durchgangslöchern als auch den von Strömungsnuten gleichzeitig vor, dann erreicht
man optimale Öffnungsflächen im Verhältnis zu dem zur Verfügung stehenden Querschnitt. Die
zu durchströmende Querschnittsfläche liegt dann auf sehr kleinem Raum im Bereich dieser
beschriebenen Kränze unter Schaffung eines großen Durchtrittsquerschnittes für die abzufüllende
Flüssigkeit. Wählt man als Beispiel diejenige Ausführungsform, bei welcher nur die Strömungs
nuten eingesetzt werden, dann kann man diese so tief, d. h. mit einem so großen radialen
Tiefenmaß ausführen, daß sich eine Art Schaufel oder Flügel zwischen jeweils zwei Nuten ergibt.
Die Strömungskanäle im Umfangsbereich des Verschließkörpers wirken wie ein Laminator. Die
Länge des verdickten Mittelteils des Ventilkörpers kann als Laminator verstanden werden. Dieser
Laminator eliminiert praktisch jede Radialkomponente in dem Strom der durch die Strömungs
kanäle sich bewegenden Flüssigkeit.
Es wurde oben bereits ausgeführt, daß durch die seitliche Zuführung der abzufüllenden Flüssigkeit
in das Dosierventil eine Radialkomponente im Bereich um den hinteren Zylinder zwangsläufig
entsteht Würde man diese Radialkomponente nicht weitestgehend eliminieren, dann würde der
Strahl der aus dem Ventil austretenden und in die Verpackung eintretenden Flüssigkeit aufreißen,
und beim Herabfallen in die Verpackung würde Luft in die Flüssigkeit hereingerissen werden. Im
Falle von Milch oder anderen sensiblen Flüssigkeiten würde dies zur Schaumbildung führen mit
den sich daraus ergebenden, bekannten Nachteilen. Man hat weiterhin festgestellt, daß ein etwa
vertikal nach unten fallender Strahl mit erheblich mehr Luft vermischt wird, wenn der Flüssigkeits
strahl eine rauhere Oberfläche und eine größere Querschnittsfläche hätte. Beides aber wird durch
eine etwa vorhandene Radialkomponente in der Strömung begünstigt. Der Laminator eliminiert
erfindungsgemäß diese Radialkomponente und ermöglicht daher ,einen Fließstrahl geringerer
Querschnittsfläche und glatterer Oberfläche.
Der wesentliche Teil der Erfindung ist dieser Laminator, mit dem sowohl wasserähnliche
Flüssigkeiten als auch solche mit einem Faseranteil oder anderen Feststoffen abzufüllen gestattet
wird. Durch die verhältnismäßig großen Durchmesser der Strömungskanäle im Vergleich zu den
bisherigen Abfüllventilen wird nicht nur ein Verstopfen vermieden, sondern es gelingt auch aus
den vorstehend erläuterten Gründen die Bildung eines weitgehend luftfreien Flüssigkeitsstrahles
mit glatter Oberfläche.
Die Erfindung ist weiterhin mit Vorteil dadurch gekennzeichnet, daß die im Übergangsbereich
zwischen Ventilkegel und vorderem Zylinder befindliche Dichtfläche mit dem Ventilsitz im
Mundstück in Eingriff bringbar ist und der Ventilkegel in einen freien Raum zwischen Ventilsitz und
vorderer Außenkante des Mundstückes ragt. Der Verschließkörper weist von vorn nach hinten
bzw. In der am meisten üblichen vertikalen Anordnung des Ventiles in den Abfüllmaschinen von
unten nach oben (entgegen der Strömungsrichtung) hinter dem Ventilkegel den vorderen Zylinder,
dahinter den Mittelteil und hinter diesem den rückwärtigen Zylinder auf. Der Ventilkegel erweitert
sich bis zu einer kreisringförmigen Oberfläche, welche die Dichtfläche des Verschließkörpers
darstellt. Durch die vertikale Auf- und Abbewegung bzw. das intermittierende Bewegen des Ver
schließkörpers nach vorn und nach hinten wird diese Dichtfläche mit dem Ventilsitz im Mundstück
in Eingriff oder von diesem Ventilsitz außer Eingriff gebracht. Diese Maßnahme ist zwar auch bei
anderen bekannten Ventilen mit einem Ventilkegel üblich. Erfindungsgemäß ragt nun aber der
Ventilkegel abstromseitig oder vorn vor dem Ventilsitz in einen freien Raum. Dieser Raum befindet
sich zwischen dem Ventilsitz und einer vorderen Außenkante des Mundstückes. In diesem freien
Raum kann bei dem erfindungsgemäßen Ventil die Flüssigkeit ohne wesentliche Drosselungs
effekte abströmen. Das war bei den älteren Ventilen nicht der Fall, weil bei diesen am äußersten
Ende stets ein Sieb, eine Lochplatte oder dergleichen angeordnet war. Durch die Maßnahmen
gemäß der Erfindung gibt man hingegen die Lehre, daß die abzufüllende Flüssigkeit nur in den
Strömungskanälen, d. h. nur in dem Laminator, eine Behandlung erfährt, in welcher nämlich die
Radialkomponente der Strömung eliminiert wird. Sobald die Flüssigkeit die Strömungskanäle
verläßt, gelangt sie in einen im wesentlichen freien Innenraum, in welchem das Abströmen
ungehindert erfolgen kann. Dieses Abströmen beginnt also schon - bei geöffnetem Ventil - in dem
Raum neben dem vorderen Zylinder und setzt sich dann über den Ventilsitz nach vorn bzw. unten
in den freien Raum fort.
Zwischen der Oberfläche des Ventilkegels innen und dem Ventilsitz außen wird die eigentliche
Austrittsfläche des Dosierventils gemäß der Erfindung gebildet. Die Größe dieser Ringfläche
bestimmt den Durchtrittsquerschnitt und damit die pro Zeiteinheit strömende Flüssigkeltsmenge.
Ersichtlich besteht der Wunsch, diesen Durchtrittsquerschnitt möglichst groß zu gestalten, um für
ein großen Flüssigkeitsvolumen die geringstmögliche Austrittsgeschwindigkeit zu erreichen. Die
erfindungsgemäßen Maßnahmen erreichen hier im Vergleich zu bekannten Ventilen hervor
ragende Ergebnisse.
Der freie Raum im Bereich des Vorderendes des Mundstückes unter bzw. vor dem Ventilsitz wird
gemäß der Erfindung zweckmäßigerweise klein gehalten. Dann wird nämlich das Nachtropfen
vernachlässigbar klein oder gar eliminiert. Wenn die Flüssigkeit nach Vorbeiströmen am Ventilsitz
ohnehin keinerlei Beeinflussung mehr zu erfahren braucht, kann dieser freie Raum in Längs
richtung des Mundstückes gesehen kurz ausgestaltet werden. Je kürzer die ringförmige
Außenwand, umso kleiner dieser freie Raum. Zur Vermeidung von unkontrolliertem Abspritzen der
Flüssigkeit nach außen beim Schließen des Ventiles kann allerdings die Wand des Mundstücks
vorne und damit die Länge des freien Raumes nicht beliebig kurz gemacht werden. Es gelingt
aber eine Optimierung, sobald das Spritzen beseitigt ist. Größer braucht der freie Raum dann
nicht gestaltet zu werden, und man kann seine inneren Oberflächen sogar mit einem Material
beschichten oder aus einem solchen herstellen, bei welchem die betreffenden Flüssigkeiten sehr
schnell ablaufen. Dann können sich nämlich keine Tropfen bilden und das Nachtropfen hört auf.
Günstig ist es weiterhin, wenn erfindungsgemäß der freie Raum zwischen dem Ventilsitz und der
vorderen Außenkante des Mundstückes in seinem hinteren Bereich, der auf ein Viertel bis zwei
Drittel der axialen Länge vor dem Ventilsitz liegt, von einer im Querschnitt ballig ausgestalteten
Oberfläche gebildet ist. Mit anderen Worten wird der freie Raum unterteilt in einen balligen Teil,
der von der Gesamtlänge ein Viertel bis zwei Drittel einnimmt und einen etwa zylindrischen Teil,
welcher den restlichen Anteil der axialen Länge dieses freien Raumes zwischen Ventilsitz und
Außenkante des Mundstückes einnimmt. Der ballige hintere Bereich des freien Raumes erweitert
sich im Querschnitt von einem kleineren inneren Winkel β zu einem größeren äußeren Winkel α
Während letzterer nur einem besseren Einführen oder Ausgestalten des Ventilsitzes dient, spielt
der kleinere, innere Winkel β für das Strömungsbild der Flüssigkeit eine Rolle. Verändert man
nämlich den vorderen bzw. unteren oder kleineren Winkel β, dann verändert man die Durchtritts
geschwindigkeit der Flüssigkeit Versuche haben ergeben, daß eine günstige Ausführungsform
gut funktioniert, wenn der Winkel β zwischen 8° und 30°, vorzugsweise zwischen 10° und 25°
liegt. Diese betrachtete günstige Ausführungsform erlaubt den Transport von
1,5 Liter Flüssigkeit
in 5 Sekunden, bei einer anderen Ausführungsform sogar in 4,2 Sekunden.
Vorteilhaft ist es gemäß der Erfindung ferner, wenn innerhalb des freien Raumes zwischen dem
Ventilsitz und der vorderen Außenkante des Mundstückes eine ringförmige Abreißkante
angebracht ist. Diese wird durch zwei näherungsweise unter 90° gegeneinander angestellte
Flächen derart gebildet, daß die Abreißkante ringförmig ist. Sie liegt vorzugsweise in einer etwa
horizontalen Ebene, d. h. quer zur Längsachse des Mundstückes; und zwar auf der Höhe, welche
den vorderen zylindrischen Teil des freien Raumes von dem hinteren balligen Teil trennt. Diese
ringförmige Kante sorgt für das Abreißen der herausströmenden Flüssigkeit. Dadurch ist der am
weitesten vorn liegende, zylindrische Raum bezüglich Spritzeffekt und dergleichen nicht mehr
kritisch.
Die Erfindung ist weiterhin vorteilhaft dadurch ausgestaltet, daß der Außendurchmesser des
verdickten Teiles des Verschließkörpers größer ist als der Außendurchmesser des vorderen
Zylinders und beide Außendurchmesser größer sind als der Außendurchmesser des rückwärtigen
Zylinders. Bei dem Ventil gemäß der Erfindung hat man gefunden, daß der Außendurchmesser
des vorderen Zylinders sowohl mit dem Austrittsquerschnitt der Flüssigkeit am Ventilsitz als auch
mit dem Laminator zusammenwirkt. So kann beispielsweise der Außendurchmesser des vorderen
Zylinders nicht zu stark verkleinert werden, weil sonst die ringförmige Austrittsfläche für die
Flüssigkeit zu klein würde. Andererseits wird der besagte Durchmesser durch den Laminator, d. h.
den Durchmesser der Strömungskanäle, zu größeren Werten hin begrenzt, denn je größer der
Außendurchmesser des vorderen Zylinders ist, umso kleiner wird die Fläche der Summe der
Querschnittsflächen der Strömungskanäle.
Bei einem beispielsweise gewählten Ventil hat man 47 mm als Außendurchmesser des verdickten
Mittelteiles des Verschließkörpers gewählt. Seine Funktion besteht darin, die in radialer Weise
zugeführte Flüssigkeit oberhalb des Verschließkörpers in dem Raum um den rückwärtigen Zylinder
aufzunehmen und dort die Flüssigkeit gleichmäßig über die Eintrittsflächen der einzelnen
Strömungskanäle zu verteilen. Die sich auf dieser Höhe ergebende Kreislinie stellt das rückwärtige
oder hintere Ende des Laminatorbereiches dar, wo sich sozusagen eine obere Laminatorkante
ergibt. Diese sollte im Betrieb auch bei nach rückwärts hochgezogenem Verschließkörper nicht
hinter bzw. über die Eintrittskante zu liegen kommen, welche die Unterkante bzw. Vorderkante des
Zuführstutzens darstellt. Im geschlossenen Zustand des Ventiles sollte also die obere
Laminatorkante um eine Hublänge vor bzw. unter der Eintrittskante des Zuführstutzens liegen.
Durch die Auswahl der Außendurchmesser der drei Teile des Verschließkörpers in der vorstehend
empfohlenen Weise funktioniert das neue Ventil sehr gut, d. h. Im rückwärtigen Teil neben dem
rückwärtigen Zylinder wird die Flüssigkeit gesammelt und gleichmäßig den Strömungskanälen
zugeführt, in den Strömungskanälen in dem verdickten Mittelteil des Verschließkörpers erfolgt das
Eliminieren der Radialkomponente der Strömung, und neben dem vorderen Zylinder wird die
abströmende Flüssigkeit beruhigt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform, bei welcher der Durchmesser der Strömungskanäle
zwischen 5 und 7 mm beträgt, ist die Länge des verdickten Teiles des Verschließkörpers etwa das
1,5-fache seines Außendurchmessers. Der Fachmann kann bei Beachtung dieser Lehre ohne
zeitaufwendige Auswahlverfahren ein günstig arbeitendes Ventil aufbauen.
Dabei hat es sich weiterhin als günstig erwiesen, wenn der Durchmesser der Durchgangslöcher
etwa ein Zehntel der axialen Länge des verdickten Teiles des Verschließkörpers beträgt. Zwar
besteht grundsätzlich die Tendenz, die axiale Länge des verdickten Mittelteiles des Ver
schließkörpers möglichst groß zu machen. Dies ist aber ein praktisch nicht realisierbarer Wunsch,
denn man kann den Laminatorbereich durch den Aufbau und die Gestalt der Gesamtvorrichtung
und damit auch des Gehäuses nicht unbegrenzt lang formen. So muß beispielsweise für den
Beruhigungsbereich eine solche Länge verbleiben, daß die Flüssigkeit um den vorderen Zylinder
herum ruhig strömen und das Strömungsbild sich weiter beruhigen kann. Für den Laminator hat
man gefunden, daß sein Außendurchmesser, d. h. der des verdickten Mittelteils des Ver
schließkörpers, kleiner sein soll als seine Länge.
Es ergibt sich für den Fachmann bei sorgfältiger Betrachtung des Verschließkörpers und seiner
Gestaltung auch, daß der Außendurchmesser des vorderen Zylinders nicht größer sein darf als
der Innendurchmesser des Kranzes der Durchtrittslöcher.
Der Außendurchmesser des rückwärtigen Zylinders kann deshalb kleiner als der des vorderen
Zylinders sein, weil in dem rückwärtigen Bereich um den rückwärtigen Zylinder herum nicht wie
vorn ein Ventilsitz und damit ein Ausströmquerschnitt gebildet wird.
Mit Vorteil kann der Fachmann das Ventil weiter dadurch ausgestalten, daß erfindungsgemäß die
Länge des verdickten Mittelteiles des Verschließkörpers größer ist als die Länge des vorderen
Zylinders. Bei dieser Ausgestaltung wird eine Länge der Strömungskanäle erreicht, durch welche
die einzelnen aus den Durchgangslöchern austretenden Flüssigkeitsstrahlen sich zusammen
schließen und zu einem einzigen Strahl vorn unten vereinigen können. Dieser vereinigte Strahl
kann dann um den vorderen Zylinder des Verschließkegels und nach vorn um den Ventilkegel
herum in beruhigter Form (Strömungsbild) ausströmen.
Durch die Anordnung des Ventilsitzes im Abstand unter dem verdickten Mittelteil des Ver
schließkörpers wird bei geschlossenem Ventil der gesamte unter dem Ventilsitz befindliche Raum
entleert und mit geeigneten Maßnahmen, von denen einige oben beschrieben sind, frei gegen
Nachtropfen ausgestaltet. Im Bereich des Laminators, d. h. Im Bereich der Strömungskanäle,
braucht auf die Oberflächenspannung der jeweiligen Flüssigkeit nicht mehr besondere Rücksicht
genommen zu werden. In dem verdickten Mittelteil des Verschließkörpers erfolgt lediglich ein
Laminierungseffekt, dem nach vorn unten ein Beruhigungsbereich folgt. Diese günstigen
Funktionseigenschaften werden durch Strömungskanäle mitverhältnismäßig großem Durchmesser
im Vergleich zu bekannten Ventilen erreicht. Ohne Spritzen und Nachtropfen können mit dem
neuen Ventil auch Fruchtsäfte dosiert abgefüllt werden. Die Strömungskanäle in dem mittleren
verdickten Teil des Verschließkörpers können durch Fräsen und Bohren ohne großen
Fertigungsaufwand hergestellt werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen einer
bevorzugten Ausführungsform. Es zeigen:
Fig. 1 perspektivisch das neue Füllventil ohne Verrohrung und ohne eine Trägerplatte, in
geschlossenem Zustand, zur deutlicheren Darstellung mit außen abgebrochenem
Gehäuse und Mundstück,
Fig. 2 eine vertikal genommene Querschnittsansicht für das Abfüllventil im Aufbau der Fig.
1,
Fig. 3 eine vertikale Querschnittsansicht des Mundstückes in ausgebautem Zustand,
Fig. 4 eine vertikale Querschnittsansicht des rückseitig und über den Abdichteinrichtungen
angeordneten Gleitstückes,
Fig. 5 eine horizontale Querschnittsansicht des Gleitstückes der Fig. 4 entlang der Linie V-V
der Fig. 4,
Fig. 6 die Seitenansicht des Verschließkörpers in ausgebautem Zustand,
Fig. 7 eine vertikale Querschnittsansicht des Verschließkörpers entlang der Linie VII-VII der
Fig. 6, und
Fig. 8 in vergrößertem Maßstab die Draufsicht auf den Verschließkörper der Fig. 6.
Auf dem halbzylindrischen, zur Seite hin offenen Oberteil 31 eines mit diesem verbundenen,
darunter angeordneten Halters 7 Ist ein pneumatischer Zylinder 30 mit Kolbenstange 20 befestigt.
Vorderseitig bzw. unten ist die Kolbenstange 20 mit einer Schraube 9 verschraubt, welche durch
ein Gleitstück 8 ragt und gleichzeitig von der Rückseite her mit dem Ansatz 21 des allgemein mit
3 bezeichneten Verschließkörpers so verschraubt ist, daß dadurch das Gleitstück 8 mit dem
Verschließkörper 3 fest verbunden wird.
Den Halter 7 umgreift das Gehäuse 1, an weichem unten ein Mundstück 2 angebracht ist
Letzteres wird nachfolgend ausführlicher in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben. Gestrichelt ist in
dieser wie auch in Fig. 4 die Längsachse 16, die mit der Längsachse des Mundstückes 2
zusammenfällt, gezeigt. In Richtung dieser Längsachse ist der Verschließkörper 3 in Richtung des
Doppelpfeiles 26 lotrecht auf- und abbewegbar angeordnet, von dem Pneumatikzylinder 30
angetrieben. Ein Zuführstutzen 24 mündet seitlich oben im Gehäuse 1, wo sich der obere,
rückseitige Teil des Verschließkörpers 3 befindet. Dieser ist über eine Membran 5 aus Gummi
oder Silikon abgedichtet.
In dem Ansatz 21 am rückseitigen Ende des Verschließkörpers 3 sitzt eine Paßfeder 6, die in der
nicht gezeigten Nut des Gleitstückes 8 gegen Verdrehen sichert. Das Gleitstück 8 sorgt für eine
Gleitbewegung in der Bohrung des Halters 7. Der Halter 7 ist mit einer Mutter 11 mit dem
Gehäuse 1 verschraubt. Eine gleichartige Mutter 12 verbindet das Gehäuse 1 mit dem Mundstück
2, wo ein O-Ring 13 dazwischen eingeklemmt wird, dessen Sitz nach aseptischen Gesichts
punkten gestaltet ist. Damit sind das Gehäuse 1 und das Mundstück 2 abgedichtet miteinander
verbunden.
Auf der äußeren Oberfläche des Mundstückes 2 befindet sich in dessen unterem Bereich (unteres
Drittel neben der vorderen Außenkante 14 des Mundstückes 2) ein O-Ring 15, der das Ventil
gegen einen außen unten zum Beispiel angeordneten Hygieneraum bzw. Sterilbereich einer
Füllmaschine abdichtet.
Die Montage ist so gestaltet, daß man das Gleitstück 8 in den Halter 7 hineinsteckt. Von unten
wird dann der Verschließkörper 3 mit der übergestülpten, drehsymmetrisch und becherförmig
ausgestalteten Membran 5 nach oben eingesteckt, wobei die Paßfeder 6 dann schon in die Nut
eingelegt ist. Der Ansatz 21 am rückseitigen Ende des Verschließkörpers 3 ragt nun nach oben
In eine entsprechende mittige Ausnehmung des Gleitstückes 8 und wird mit dem unteren Teil der
Schraube 9 verschraubt, wonach oben die Verbindung mit der Kolbenstange 20 und dem
pneumatischen Antriebszylinder 30 erfolgt. Mit dem Verschrauben mittels der Oberwurfmutter 11
könnte sich die Membran 5 verdrehen, und deshalb kann man von unten in das Gehäuse 1
hineinsehen und prüfen, ob die Membran 5 richtig plaziert ist. Sitzt die Membran 5 exakt und in
gewünschter Stellung, dann wird das Mundstück 2 von unten aufgeschraubt. Die Luft oberhalb
und rückseitig hinter der Membran 5 kann durch den Spalt 10 am Gleitstück 8 nach oben
entweichen, so daß kein Vakuum oder Überdruck in dem Raum hinter der Membran 5 entstehen
kann.
Der Verschließkörper 3 weist an seinem unteren bzw. vorderen Ende einen Ventilkegel 32 auf,
an dessen erweitertem rückseitigen Ende sich der vordere Zylinder 33 anschließt. Der
Obergangsbereich, d. h. die Ringfläche zwischen dem Ventilkegel 32 und dem vorderen Zylinder
33 ist die eigentliche Dichtfläche 34, die sich gegen den Ventilsitz 35 anlegen kann. In dem hier
gezeigten Ausführungsbeispiel liegt die Dichtfläche 34 unter Schließung des Ventiles auf dem
Ventilsitz 35. Nach rückwärts und oben schließt sich an den vorderen Zylinder 33 ein verdickter
Mittelteil 36 des Verschließkörpers 3 an, in dessen Umfangsbereich sich Strömungsnuten 37 und
Durchgangslöcher 38 befinden. Letztere (37 und 38) liegen parallel zueinander und in Form eines
geschlossenen Kranzes in kleinen Abständen nebeneinander und sind nach vorn unten und hinten
oben derart offen, daß im Betrieb die Flüssigkeit von oben nach unten strömen kann. Am
rückwärtigen Ende des verdickten Mittelteils 36 schließt sich der rückwärtige Zylinder 39 an, der
an seinem hinteren oberen Ende mit dem Ansatz 21 verbunden ist, gegebenenfalls einstückig ist.
Das in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Mundstück 2 läßt sich deutlicher anhand Fig. 3 erkennen.
Man sieht von vom nach hinten bzw. unten nach oben die vordere Außenkante 14 des
Mundstückes 2, welche das vorderste Teil des ganzen Ventiles ist und über die auch die Spitze
des Ventilkegels 32 nicht nach vorn herausragt. Nach rückwärts hinter der vorderen Außenkante
14 spannt die ringförmige Außenwandung 40 einen erweiterten, zylinderförmigen Raum 41 auf,
der nach hinten durch eine Ringschulter 42 und eine mittige, kreisrunde Öffnung 43 begrenzt ist
Durch diese mittige Öffnung 43 ragt gemäß Darstellung der Fig. 1 und 2 der Ventilkegel 32
nach vorn hindurch.
Weiter nach rückwärts wird die mittige Öffnung 43 von einer ballig ausgestalteten Oberfläche 44
begrenzt, die sich im vorderen unteren Bereich unter einem Winkel β = 10° bis 25° nach oben
rückwärts hin so öffnet, daß die Krümmung nach rückwärts hin zunimmt, bis etwa der Bereich des
Ventilsitzes 35 erreicht ist. Von da an tritt die äußere Oberfläche unter einem größeren Winkel α
von etwa 70° auseinander, um dann mit entgegengesetzter Krümmung den Übergang an die etwa
zylindermantelförmige Innenwand des Mundstückes 2 zu schaffen.
Durch diese, in der vorstehend beschriebenen Weise gestalteten Oberflächen ergibt sich in
Verbindung mit dem Verschließkörper 3 gemäß Darstellung in den Fig. 1 und 2 vorn vor und
außerhalb des Ventilsitzes 35 ein freier Raum 45, dessen Länge I in Fig. 2 gezeigt ist. Nach
rückwärts oberhalb des Ventilsitzes 35 wird in dem Mundstück 2 der vordere Innenraum 46
gebildet, der außen von der Innenwand des Mundstückes 2 gebildet wird, die sich unter dem
großen Winkel α von etwa 70° öffnet und dann mit umgekehrter Krümmung nach oben verläuft -
einerseits; und der äußeren Oberfläche des vorderen Zylinders 33 - andererseits.
Im Bereich des verdickten Mittelteils 36 des Verschließkörpers 3 wird der von dem Gehäuse 1 und
dem Mundstück 2 gebildete Raum im wesentlichen ausgefüllt. Nach rückwärts von diesem
verdickten Mittelteil 36 nach oben schließt sich ein ebenfalls ringförmiger hinterer Innenraum 47
an, welcher direkt mit dem Zuführstutzen 24 verbunden ist. Zu beachten ist in diesem
Zusammenhang die Lage der oberen Laminatorkante 48, weiche die Eintrittsfläche der
Strömungskanäle 37, 38 definiert. Diese obere Laminatorkante 48 soll nämlich auch bei
geöffnetem Ventil, wenn die Dichtfläche 34 vom Ventilsitz 35 ganz abgehoben hat, nicht weiter
nach rückwärts als die Hublänge h (Fig. 2) bewegt werden können, nämlich nicht über die
Eintrittskante 49 des Zuführstutzens 24 hinaus. Wenn mit anderen Worten das Ventil weitest
möglich geöffnet ist, d. h. der Verschließkörper 3 am weitesten nach oben zurückgezogen ist,
befindet sich die obere Laminatorkante 48 etwa auf der Höhe der Eintrittskante 49 des
Zuführstutzens 24.
In den Fig. 4 und 5 ist das Gleitstück 8 ausgebaut dargestellt. Man erkennt den mittigen Kanal
50, der sich in Richtung der Längsachse 16 der gesamten Anordnung im zusammengebauten
Zustand, welche mit der Längsachse des Mundstückes 2 zusammenfällt, erstreckt. Nach unten
vorn erweitert sich dieser mittige Kanal 50 für die Aufnahme des Ansatzes 21, wie man am besten
aus den Fig. 1 und 2 sieht. Das Gleitstück 8 kann vorzugsweise aus einem Material, wie zum
Beispiel PEEK bestehen, ein Esterbeton mit guten Gleiteigenschaften.
Auch der Verschließkörper 3 kann aus PEEK bestehen, denn dieses Material läßt sich sehr gut
bearbeiten, ist verschleißfest, und im Falle eines Dichtsitzes schleift sich dieser ein. Den
Verschließkörper kann man aber auch aus Edelstahl fertigen.
Die Fig. 6 bis 8 erlauben eine ausführliche Darstellung und Beschreibung des Verschließkör
pers 3. Man erkennt dort die oben beschriebenen Abschnitte und einige deren Maße. So ist zum
Beispiel der Durchmesser des vorderen Zylinders 33 mit d, der Durchmesser des verdickten
Mittelteils 36 mit D und der Durchmesser des rückwärtigen Zylinders 39 mit d' bezeichnet. Es
handelt sich bei diesen Durchmessern um Außendurchmesser. Die Länge des verdickten
Mittelteils ist in Fig. 6 mit L bezeichnet, die Länge des vorderen Zylinders 33 mit I'.
In Fig. 8 ist der Innendurchmesser des den Kranz der Durchgangslöcher 38 in axialer Draufsicht
in Richtung der Längsachse 16 gesehen inneren gestrichelten Kreises 51 mit d1 bezeichnet. In
derselben Ansicht gemäß Fig. 8 ist die Öffnungsweite (die etwas kleiner als der Durchmesser)
der Strömungsnut 37 mit d2 bezeichnet. Schließlich bezeichnet d3 den Durchmesser eines
Durchgangsloches 38.
In Fig. 3 ist die ringförmige Kante zwischen der vorderseitigen Schulter 42 und der ringförmigen
Innenfläche 44 gebildeten ringförmigen Abreißkante 52 verdeutlicht.
1
Gehäuse
2
Mundstücke
3
Verschließkörper
5
Membran
6
Paßfeder
7
Halter
8
Gleitstücke
9
Schraube
10
Spalt
11
Mutter
12
Mutter
14
vordere Außenkante
15
O-Ring
16
Längsachse
20
Kolbenstange
21
Ansatz
24
Zuführstutzen
26
Doppelpfeil
30
pneumatischer Zylinder
31
halbzylindrisches Oberteil des Halters
32
Ventilkegel
33
vorderer Zylinder
34
Dichtfläche
35
Ventilsitz
36
verdickter Mittelteil
37
Strömungsnuten
38
Durchgangslöcher
39
rückwärtiger Zylinder
40
ringförmige Außenwandung
41
zylindrischer Raum
42
Ringschulter
43
mittige Öffnung
44
ballige Oberfläche
45
freier Raum
46
vorderer Innenraum
47
hinterer Innenraum
48
obere Laminatorkante
49
Eintrittskante des Zuführstutzens
50
mittiger Kanal
51
innerer Kreis der Durchgangslöcher
52
Abreißkante
D Außendurchmesser des verdickten Mittelteils
d Außendurchmesser des vorderen Zylinders
d' Außendurchmesser des rückwärtigen Zylinders
L Länge des verdickten Mittelteils
I Länge des freien Raumes
I' Länge des vorderen Zylinders
d1
D Außendurchmesser des verdickten Mittelteils
d Außendurchmesser des vorderen Zylinders
d' Außendurchmesser des rückwärtigen Zylinders
L Länge des verdickten Mittelteils
I Länge des freien Raumes
I' Länge des vorderen Zylinders
d1
Innendurchmesser des Kreises
51
d2
Innendurchmesser der Strömungsnut
d3
d3
Innendurchmesser des Durchgangsloches
Claims (10)
1. Ventil zum dosierten Abfüllen von Flüssigkeiten in Verpackungen, mit einem Gehäuse
(1) mit Zuführstutzen (24), vorderseitigem Mundstück (2) und Austrittseinrichtung (14),
mit einem in dem Gehäuse (1) bewegbar angetriebenen, mit einem Ventilsitz (35) In
Eingriff bringbaren und vorn einen Ventilkegel (32) sowie dahinter einen verdickten
Mittelteil aufweisenden Verschließkörper (3) und mit rückseitigen Abdichteinrichtungen
(5), dadurch gekennzeichnet, daß der verdickte Mittelteil (36) des Verschließkörpers
(3) an seinem Umfangsbereich mit einem Kranz von sich in Richtung der Längsachse
(16) des Mundstückes (2) erstreckenden Strömungskanälen (37, 38) versehen ist, die
nach vorn und nach hinten offen in den durch das Gehäuse (1) gebildeten Innenraum
(46, 47) münden.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschließkörper (3) zwischen
dem Ventilkegel (32) vorn und dem Mittelteil (36) einen vorderen Zylinder (33) sowie
zwischen dem Mittelteil (36) und den rückseitigen Abdichteinrichtungen (5) einen
rückwärtigen Zylinder (39) aufweist.
3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle (37,
38) durch am Umfang des Mittelteils (36) des Verschließkörpers (3) angeordnete, nach
außen radial offene Strömungsnuten (37) und/oder radial geschlossene Durchgangs
löcher (38) gebildet sind.
4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die im
Übergangsbereich zwischen Ventilkegel (32) und vorderem Zylinder (33) befindliche
Dichtfläche (34) mit dem Ventilsitz (35) im Mundstück (2) in Eingriff bringbar ist und der
Ventilkegel (32) in einen freien Raum (45) zwischen Ventilsitz (35) und vorderer
Außenkante (14) des Mundstückes (3) ragt.
5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Raum
(45) zwischen Ventilsitz (35) und vorderer Außenkante (14) des Mundstückes (2) in
seinem hinteren Bereich, der auf ein Viertel bis zwei Drittel der axialen Länge (1) vor dem
Ventilsitz (35) liegt, von einer im Querschnitt ballig ausgestalteten Oberfläche (44)
gebildet ist.
6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß am vorderen
Ende des freien Raumes (45) zwischen Ventilsitz (35) und vorderer Außenkante (14) des
Mundstückes (2) eine ringförmige Abreißkante (52) angebracht ist.
7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Außen
durchmesser (D) des verdickten Mittelteiles (36) des Verschließkörpers (3) größer ist als
der Außendurchmesser (d) des vorderen Zylinders (33) und beide Außendurchmesser
(D, d) größer sind als der Außendurchmesser (d') des rückwärtigen Zylinders (39).
8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (L)
des verdickten Mittelteiles (36) des Verschließkörpers (3) etwa das 1,5-fache seines
Außendurchmessers (D) beträgt.
9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Durch
messer (d3) der Durchgangslöcher (38) etwa ein Zehntel der axialen Länge (L) des
verdickten Mittelteiles (36) des Verschließkörpers (3) beträgt
10. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (L)
des verdickten Teiles (36) des Verschließkörpers (3) größer als die Länge (I') des
vorderen Zylinders (33) ist.
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