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Technisches
Gebiet
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Ein
Dosierer für
flüssiges
und/oder pastöses Füllgut, insbesondere
für Lebensmittel,
wird dazu verwendet, ein bestimmtes Volumen eines in einem Vorratsbehälter befindlichen
Füllguts
in Behälter
abzufüllen.
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Derartige
Dosierer müssen
darüber
hinaus gut reinigbar sein, insbesondere dann, wenn das Füllgut ein
Lebensmittel ist. Dabei sind die Erfordernisse einer CIP-Reinigung
zu berücksichtigen.
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Stand der
Technik
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Aus
der
DE 297 00 460
U1 ist eine Abfüllanlage
bekannt, bei der ein Dosierkolben bei geschlossenem Abschneider über eine
Mehrwegearmatur in Form eines Drehkükens mit Füllgut befüllt wird und bei der das Füllgut nach
Verstellung des Drehkükens und
Absperren des Füllbehälters bei
geöffnetem
Abschneider aus dem Dosierkolben ausgetragen wird.
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Aus
der
DE 102 18 164
A1 ist eine Abfüllanlage
für pastöse Lebensmittel
bekannt, welche einen Dosierer und einen Abschneider aufweist, die
derart zusammenwirken, dass der Abschneider zum Füllen des
Dosierers geschlossen und beim Ausschieben des Füllguts aus dem Dosierer geöffnet ist.
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Mit
der vorliegenden Erfindung soll ein Dosierer bereitgestellt werden,
in welchem das Füllgut schonend
behandelt wird, welcher den Anforderungen an eine CIP-Reinigung
genügt
und welcher eine kompakte Bauform zulässt.
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Darstellung der Erfindung
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Die
Erfindung besteht darin, dass der Dosierer, insbesondere für flüssiges und/oder
pastöses Füllgut, insbesondere
Lebensmittel, einen Zulauf und einen Ablauf, einen Dosierkolben
und eine Dosierkammer umfasst, und dass der Dosierkolben in einem
in Richtung des Kolbenhubs verstellbaren, die Dosierkammer umfassenden
Führungszylinder
angeordnet ist, wobei der Führungszylinder
den Zulauf in einer ersten Stellung absperrt und in einer zweiten, geöffneten
Stellung einen zwischen dem Zulauf und dem Ablauf angeordneten Füllraum freigibt.
Dies hat den Vorteil, dass bei der Befüllung des Füllraums ein direkter Trichteraufsatz
möglich
ist und dass aufgrund einer nur geringen Wandreibung, die zwischen dem
Trichter und dem Füllgut
vorliegt, die Schwerkraft genutzt werden kann.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung ist der Dosierkolben gemeinsam mit dem
Führungszylinder
von der ersten Stellung in die zweite Stellung bringbar.
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Darüber hinaus
ist es vorteilhaft, wenn der Dosierkolben und der Führungszylinder
in eine dritte Stellung bringbar sind, in der der Führungszylinder
in den Füllraum
eintaucht und der Dosierkolben unter Ausbildung einer Dosierkammer
gegenüber
dem Führungszylinder
zurückversetzt
ist.
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Vorteilhafterweise
ist ein Zylinder/Kolben-System für
die Führung
und Verstellung des Führungszylinders
vorgesehen.
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Dabei
kann der Führungszylinder
durch Druckbeaufschlagung eines Ringraums in die Füllkammer
hinein verschiebbar sein.
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Vorteilhafterweise
weist der Dosierkolben eine angetriebene Kolbenstange auf, wobei
die Kolbenstange in einer mit dem Führungszylinder verbundenen
Kolbenstangenführung
geführt
ist. Dabei kann die Kolbenstangenführung am Führungszylinder mit der Kolbenstange
verbindbar sein. Besonders vor teilhaft ist es, wenn der Führungszylinder
und der Dosierkolben mittels einer druckbetätigbaren Klemmverbindung zusammenwirken.
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Zum
Zweck der Reinigung ist es vorteilhaft, wenn der Führungszylinder
und der Dosierkolben in einer Reinigungsstellung (6)
außer
Eingriff bringbar sind, derart, dass in der Reinigungsstellung der Dosierkolben
außerhalb
des Führungszylinders
und innerhalb der Füllkammer
liegt.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn der Führungszylinder
in eine Reinigungsstellung aus der Füllkammer herausführbar ist,
derart, dass eine Dichtung zwischen der Füllkammer und dem Führungszylinder
außer
Eingriff ist. Dadurch kann die Dichtung zur Füllkammer hin gereinigt werden.
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Zur
Vermeidung der Verschlechterung des Füllguts können zwischen dem Führungszylinder
und einem diesen umgebenden Zulauf, den Ablauf und dem den Füllraum umfassenden
Gehäuse
zwei zueinander beabstandete Dichtflächen vorgesehen sein, zwischen
denen ein Fluid hindurchleitbar ist, wobei die erste Dichtfläche dem
Füllraum
zugewandt ist.
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Vorteilhafterweise
ist der Führungszylinder
in seiner ersten Stellung gegenüber
dem Ablauf mittels einer Dichtung abgedichtet.
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Zur
schrittweisen Abfüllung
ist es weiterhin vorteilhaft, wenn dem Ablauf ein Abschneider nachgeschaltet
ist, der in der ersten Stellung des Dosierers geöffnet ist und in der zweiten
Stellung des Dosierers geschlossen ist. Dadurch wird vermieden, dass
während
des Befüllens
des Füllraums
Füllgut vom
Abschneider her zurückgesaugt
wird.
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Zur
weiteren Verbesserung der Qualität
des Füllguts
kann ein der Dosierkammer gegenüberliegender
Totraum am Dosierkolben über
eine Durchbrechung in dem Führungszylinder
mit einem Fluid befüllbar
und entleerbar sein. Dadurch ist eine Reinigung des Totraums möglich.
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Ein
weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Abfüllanlage mit einem erfindungsgemäßen Dosierer.
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Ein
Verfahren zum Abfüllen
von flüssigen und/oder
pastösen
Substanzen, insbesondere Lebensmitteln, besteht darin, dass in einem
ersten Schritt bei einem geschlossenen Abschneider durch Verschieben
eines Führungszylinders
mit einem innenliegenden Dosierkolben über einen Zulauf Füllgut in
eine Füllkammer
gefüllt
wird, dass in einem zweiten Schritt bei ebenfalls geschlossenem
Abschneider der Führungszylinder
in die Füllkammer
so verschoben wird, dass der Zulauf abgesperrt ist, wobei der Führungszylinder
an dem Dosierkolben vorbeibewegt wird, so dass sich in dem Führungszylinder
eine Dosierkammer ausbildet, und dass das Füllgut in einem dritten Schritt
bei geöffnetem
Abschneider mittels des Dosierkolbens zumindest teilweise aus der im
Führungszylinder
gebildeten Dosierkammer ausgetragen wird.
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Vorteilhafterweise
wird das Fördervolumen des
Dosierers durch eine Steuerung des Verschiebewegs des Dosierkolbens
vorgenommen.
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Bei
einem Verfahren zur Reinigung eines erfindungsgemäßen Dosierers
werden der Führungszylinder
und der Dosierkolben außer
Eingriff gebracht, wozu der Dosierkolben in den Füllraum verbracht
wird.
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Vorteilhafterweise
wird der Führungszylinder aus
dem Füllraum
zumindest soweit herausgebracht, dass eine zum Füllraum hin angeordnete Dichtung frei
liegt.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnung
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In
der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung dargestellt. Es zeigt die
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1 eine
Abfüllanlage
mit einem erfindungsgemäßen Dosierer
nach dem Befüllen
eines Behälters,
die
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2 die
Abfüllanlage
nach 1 vor dem Befüllen
des Dosierers,
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3 die
Grundstellung des Dosierers, die
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4 die
Stellung des Dosierers nach dem Befüllen, die
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5 den
befüllten
Dosierer, die
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6 den
Dosierer in einer Reinigungsstellung, die
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7 den
Dosierer in einer Ausführung
mit Öl-Anschluss
zur Schmierung und die
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8 den
Dosierer in einer Ausführung
mit Wasseranschluss zur Reinigung.
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Ausführungsbeispiel
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In 1 ist
ein Teil einer Abfüllanlage
mit einem erfindungsgemäßen Dosierer
dargestellt. Die Abfüllanlage
umfasst dabei einen als Trichter ausgebildeten Vorratsraum 1 für ein Füllgut 2 und
einem Dosierer 3 für
das Füllgut 2.
Aus diesem Vorratsraum 1 wird das Füllgut 2 über einen
Zulauf 4 einem Füllraum 5 im
Dosierer 3 zuführt.
Das Füllgut 2 tritt
aus dem Dosierer 3 über
einen Ablauf 6 aus und wird über ein Rohr 7 einem
Abschneider 8 zugeführt.
Der Abschneider 8 ist in geöffneter Stellung dargestellt, so
dass das Füllgut 2 in
einen zu befüllenden
Behälter 9 austreten
kann. Derartiger Abschneider und ihre Funktionsweise sind im Stand
der Technik hinlänglich bekannt.
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Der
Dosierer 3 umfasst einen Dosierkolben 10, welcher
aus der dargestellten ersten Stellung über eine Kolbenstange 11 in
Richtung des Pfeils 12 verschiebbar ist und in einem Führungszylinder 13 verschiebbar
angeordnet ist. Der Führungszylinder 13 ist
seinerseits in einem Gehäuse 14 verschiebbar geführt.
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Das
Zusammenwirken des Dosierkolbens 10 mit dem Führungszylinder 13 wird
später
ausführlich beschrieben.
Mit dem Führungszylinder 13 ist
eine Kolbenstangenführung 15 verbunden,
in welcher die Kolbenstange 11 des Dosierkolbens 10 verschiebbar geführt ist.
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In
der dargestellten Grundstellung ist der Führungszylinder 13 und
der Dosierkolben 10 in einer ersten Stellung in einer vorderen
Pumpposition gezeigt, nachdem der vorhergehende Dosierzyklus beendet
ist. In einem nachfolgenden Schritt wird der Abschneider geschlossen
und der Dosierkolben 10 wird zusammen mit dem Führungsrohr 13 zurückgezogen.
Dies wird später
ausführlich
beschrieben.
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Der
Zulauf 4 und der Ablauf 6 sind an einem Gehäuseteil 16 angeordnet,
an welchem auch das Gehäuse 14 befestigt
ist. In dem Gehäuseteil 16 befindet
sich die Füllkammer 5,
in welche der Führungszylinder 13 mit
dem darin liegenden Dosierkolben 10 eingetaucht ist. Der
Führungszylinder 13 ist
in dieser ersten Stellung über
eine Dichtung 17 gegenüber dem
Ablauf 6 und dem Füllraum 5 abgedichtet.
Mittels einer weiteren Dichtungsanordnung 18 ist der Führungszylinder 13 gegenüber dem
Füllraum 5 einerseits
und gegenüber
dem Gehäuse 14 andererseits
abgedichtet. Dazu weist die Dichtungsanordnung zwei zueinander beabstandete
Dichtflächen 18.1 und 18.2 auf,
zwischen denen eine Reinigungsflüssigkeit
hindurchleitbar ist.
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Der
in geöffneter
Stellung dargestellte Abschneider 8 weist einen Drehkörper mit
einer Absperrfläche 19 auf,
welche den Strömungsweg
für das
Füllgut 2 freigibt.
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In 2 ist
der Abschneider 8 in einer geschlossenen Stellung dargestellt,
d.h., die Absperrfläche 19 versperrt
den Strömungsweg,
so dass ein Austritt von Füllgut 2 verhindert
wird. Mit dem Schließen
des Abschneiders 8 wird ei ne Bewegung des Dosierkolbens 10 und
des Führungszylinders 13 in Richtung
des Pfeils 20 begonnen, in dem die Kolbenstange 11 aus
dem Gehäuse 14 herausbewegt
wird. Dies geschieht beispielsweise durch einen nicht dargestellten
mechanischen Antrieb.
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Um
das gleichzeitige Bewegen des Dosierkolbens 10 mit dem
Führungszylinder 13 zu
ermöglichen,
ist zwischen der Kolbenstange 11 und der mit dem Führungszylinder 13 verbundenen
Kolbenstangenführung 15 eine
Klemmverbindung vorgesehen, die hier mittels eines Gummikörpers 21 bewerkstelligt ist,
welcher über
ein in einen Spalt 22 zwischen der Kolbenstange 11 und
der Kolbenstangenführung 15 eingebrachtes
Druckmittel verformt wird und damit die erforderlichen Klemmkräfte bereitstellt.
Auch andere Verbindungsformen sind vorstellbar, etwa eine formschlüssige Verbindung.
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Das
Druckmittel wird dabei über
eine zentrale Bohrung 23 in der Kolbenstange 11 sowie über Querbohrungen 24 dem
Spalt 22 zugeführt.
Der Spalt 22 ist über
den Gummikörper 21 gegen
die Kolbenstangenführung 15 abgedichtet,
so dass sichergestellt ist, dass die Steuerluft nicht in das Lebensmittel eindringt.
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Diese
kostengünstige
Kopplung ist deswegen möglich,
weil der Dosierkolben 10 und der Führungszylinder 13 auf
einer gemeinsamen Achse liegen.
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In
einer nicht dargestellten, alternativen Ausführung kann der Dosierer auch
schräg
zum Vorratsbehälter
gestellt werden, um das in Rohr 7 vorhandene Volumen zwischen
dem Dosierkolben 10 und dem Abschneider 8 zu verringern.
Schräg
bedeutet hier, dass der Dosierkolben 10 das Füllgut 2 mit
einer Richtungskomponente in Richtung der Schwerkraft fördert. Ein
weiter Vorteil einer schrägen
Anordnung liegt darin, dass Restflüssigkeiten wie Reinigungsmittel
oder So ßen
an der schrägen
Wand ablaufen und somit eine Ansammlung derselben vermieden wird.
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Selbstverständlich ist
es möglich,
den Führungszylinder
ebenfalls mechanisch anzutreiben, etwa mit einem in zwei Richtungen
wirkenden Zwei-Wege-Kolben (nicht dargestellt).
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In 3 ist
der Dosierer in derselben Stellung wie in den 1 und 2 dargestellt,
wobei nunmehr auf die gemeinsame Bewegung des Führungszylinders 13 mit
dem Dosierkolben 10 erläutert wird.
In dieser Grundstellung ist die Kolbenstange 11 bis auf
einen Überstand
K1 in das Gehäuse 14 eingefahren
und auch die Kolbenstangenführung 15 ist
bis auf einen Überstand
F1 in das Gehäuse 14 eingefahren. Über die
zentrale Bohrung 23 in der Kolbenstange 11 wird
unter Druck Luft in den Zwischenraum 22 zwischen Kolbenstange 11 und
Kolbenstangenführung 15 eingebracht,
wodurch die Gummikörper 21 verformt
werden und eine Klemmung zwischen der Kolbenstange 11 und
der Kolbenstangenführung 15 bewirken.
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In 4 ist
der in eine zweite Stellung verbrachte Führungszylinder 13 gezeigt,
in welchem gleichzeitig auch der Dosierkolben 10 zurückgeführt wurde.
Die Kolbenstange 11 ragt nun um einen Abstand K2 aus dem
Gehäuse 14 heraus,
die Kolbenstangenführung 15 ragt
um einen Abstand F2 heraus. Die Lage des Dosierkolbens 10 in
den Führungszylinder 13 hat
sich nicht verändert,
so dass der Unterschied K2 - F2 im Wesentlichen dem Unterschied
K1 - F1 aus der ersten Stellung in 3 entspricht.
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Durch
das gemeinsame Verschieben von Führungszylinder 13 und
Dosierkolben 10 wird der Füllraum 5 im Gehäuse 16 vollständig freigegeben und
Füllgut 2 läuft von
oben aus dem Trichter nach unten. Luftdurchlässiges Füllgut, z.B. trockenes Kraut,
fällt während des Öffnens des
Führungszylinders 13 durch
die Schwerkraft im Trichter 1 nach unten, saugfähiges Produkt
wird in dem sich öffnenden Füllraum 5 gesaugt.
Zusätzlich
zu der Schwerkraftförderung
kann das Füllgut
dem Zulauf 4 beispielsweise durch ein nicht dargestelltes
Rührwerk
zugeführt
werden. Der Abschneider aus 2 ist bei
diesem Rückhub
geschlossen, so dass aus dem Ablauf 6 kein Füllgut in
den Füllraum 5 angesaugt
werden kann.
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Ist
die dargestellte zweite Stellung erreicht, so wird die durch den
Gummikörper 21 bewirkte Klemmverbindung
gelöst,
so dass bei Einleiten von Druckluft in einen vom Gehäuse 14 und
der Kolbenstangenführung 15 begrenzten
Ringraum 41 eine Verschiebung des Führungszylinders 13 in
Richtung der Pfeile 42 erfolgt. Während dieser Verschiebung wird
der Dosierkolben 10 in seiner Stellung festgehalten, so
dass der Abstand K2 gleich bleibt und sich der Abstand F2 wieder
auf den Abstand F1 verringert.
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Bei
dieser Bewegung des Führungszylinders 13 bildet
sich ein geschlossener Raum aus, nämlich eine in 5 dargestellte
Dosierkammer 51, welche mit Füllgut 2 gefüllt ist.
Da der Abschneider aus 2 nach wie vor geschlossen ist,
kann das Füllgut
nicht aus dem Füllraum 5 entweichen.
Der Führungszylinder 13 bewegt
sich beim Verschließen
frei durch das im Füllraum 5 befindliche
Füllgut.
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Die
Dosierkammer 51 ist beim Vordrücken des Führungszylinders 13 in
Richtung des Ablaufs 6 vollständig mit Füllgut befüllt worden, da der Dosierkolben 10 in
seiner ursprünglichen,
in 4 dargestellten Lage verblieben ist.
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In
dieser dritten Stellung steht folglich die Kolbenstange nach wie
vor mit einem Abstand K2 aus dem Gehäuse 14 hervor, wohingegen
die Kolbenstangenführung 15 wieder
mit dem Abstand F1 entsprechend 3 aus dem
Gehäuse 14 hervorsteht.
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Der
Ringraum 41 ist über
eine Dichtung 43 gegen den Führungszylinder 13 abgedichtet
und über
eine Dichtung 44 gegen die Kolbenstangenführung 15.
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Zum
Dosieren des Füllguts
wird der Dosierkolben 10 nach vorne, d.h. in Richtung des
Ablaufs 6 bewegt, wobei der Abschneider wie in 1 dargestellt
geöffnet
ist. Dadurch wird das Füllgut 4 aus
der Dosierkammer 51 gedrückt. Bei entsprechend kleiner Dosierung
des Füllguts
ist es möglich,
die Dosierkammer 51 in mehreren Dosierhüben zu entleeren. Dazu wird
nach jedem Dosierhub de Abschneider kurzzeitig geschlossen und zu
Beginn des nächsten Dosierhubs
wieder geöffnet.
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Ein
wesentlicher Vorteil gegenüber
den bekannten Drehkükendosierern
besteht darin, dass die Dosierkammer im Wesentlichen vollkommen
geschlossen ist, wodurch keine Leckage in offene oder schwer zu
reinigende Räume
stattfindet und die Füllgenauigkeit
verbessert wird. Das bekannte Drehküken weist nämlich zwischen dem Küken und
dem Gehäuse
einen Spalt auf, der mit Produkt gefüllt ist. Vollkommen abgeschlossen
bedeutet hier einen hermetisch dichten Abschluss.
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Ein
weiterer Vorteil gemäß der Erfindung
gegenüber üblichen
Drehkükendosiersystemen
besteht darin, dass das Füllgut
nicht durch ein enges Rohr angesaugt werden muss. Ebenso entfällt eine
Umlenkung des Füllguts
in einem Drehküken,
so dass das Füllgut
mittels Schwerkraft in den Füllraum
gefördert
wird. Weiterhin wird das Füllgut
nur einmal pro Dosierzyklus geschnitten, beim Drehküken hingegen zweimal.
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In 6 ist
der Dosierer 3 in einer Reinigungsstellung dargestellt,
in welcher eine CIP-Reinigung des Füllraums 5 und der
Dosierkammer 51 möglich
ist. Dazu ist der Dosierkolben 10 aus dem Führungszylinder 13 herausgefahren
und ragt in den Füllraum 5 hinein,
ohne noch mit dem Führungs zylinder 13 in
Eingriff zu sein. Die Kolbenstange 11 ragt dabei um einen
Abstand K3 über
das Gehäuse 14, wobei
K3 größer als
K1 und kleiner als K2 ist. Die Kolbenstangenführung 15 ragt um einen
Abstand F3 über
das Gehäuse 14,
wobei F3 größer als
F1 und größer als
F2 ist. Dies bedeutet, dass der Führungszylinder 13 weiter
in das Gehäuse 14 eingefahren
ist als in der zweiten Stellung gemäß 4. Damit
wird die erste Dichtfläche 18.1 der
Dichtungsanordnung 18 aus 1 für die Reinigungsflüssigkeit
zugänglich,
ebenso wie eine am Dosierkolben 10 angeordnete Dichtung 61.
Zu einer weitergehenden Reinigung kann das Gehäuse 14 auch vom Gehäuse 16 getrennt
werden und somit der Führungszylinder 13 und
der Dosierkolben 10 gesondert gereinigt werden.
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In
dieser Reinigungsstellung ist auch der Abschneider geöffnet, also
in einer in 1 dargestellten Stellung, so
dass die Reinigungsflüssigkeit
den gesamten Dosierer durchströmt
und reinigt.
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Zur
hygienischen Trennung des Füllraums 5 und
des Ringraums 41 im Bereich der Außenfläche des Führungszylinders 13 ist
eine Vorrichtung vorgesehen, die mit Öl (7) oder
mit Wasser (8) betrieben werden kann. Die
Dichtungsanordnung 18 ist hierfür so ausgebildet, dass zueinander
beabstandete Dichtflächen 18.1 und 18.2 ausgebildet
sind, zwischen denen ein Schmiermittel hindurchgeführt wird, das
zum einen gegen das Füllgut
und zum anderen gegen einen belüfteten
Totraum 71 auf der Rückseite des
Dosierkolbens 10 abgedichtet ist.
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Bei
der Durchführung
einer CIP-Reinigung erfolgt eine Spülung des Totraums 71 über den
Zulauf 72 und der Ablauf erfolgt über den in 6 dargestellten
herausgeschobenen Dosierkolben 10.
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Dabei
wird eine Reinigungsflüssigkeit
verwendet, welche über
eine Durchbrechung 73 im Führungszylinder 13 unter
Druck zugeführt
wird. Die Dichtung 18.1 wird über einen Zulauf 74 mit
Reinigungsflüssigkeit
beauflagt, welche aufgrund des zurückgefahrenen Führungszylinders 13 zum
Füllraum 5 hin
austritt. Dabei wird auch die Dichtung 18.2 mitgereinigt.
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Zur
Verstellung des Dosierkolbens gegenüber dem Führungszylinder 13 ist
es auch möglich, den
Totraum 71 mit Druck zu beaufschlagen. Weiterhin kann eine
Wegbegrenzung vorgesehen sein, wenn sich dies als erforderlich herausgestellt
hat.