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Dosiereinrichtung für Abfüllanlagen Die Erfindung betrifft eine Dosiereinrichtung
für Abfüllanlagen mit einem Dosierzylinder und Dosierkolben zum Ansaugen von fließfähigem
Füllgut über einen Zulauf und zum Abgeben des angesaugten Füllgutes mittels eines
in einem Zylinder bewegbaren Ausstoßorgans an eine mit dem Dosierzylinder in leitender
Verbindung stehende Austrittsöffnung.
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Bekannte Dosiereinrichtungen der gattungsgemäßen Art mit einem das
Wechselspiel zwischen Zulauf und Auslauf regelnden Steuerventil haben sich als nicht
vollständig befriedigend erwiesen, insofern als ein Nachtropfen des flüssigen oder
pastösen Füllgutes beim Schließen des Füllkopfes nicht verhindert werden kann. Hierdurch
erhält man einerseits nicht die geforderte exakte Dosierung, andererseits führt
dieses Nachtropfen zum Verschmutzen der Anlagen und vor allem der Abfüllbehälterränder,
was sich äußerst nachteilig auf die anschließende Deckelverschweißung auswirkt.
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Besondere Probleme weisen Dosiereinrichtungen dieser Bauart beim Abfüllen
von Füllgut mit festen Bestandteilen wie Früchte enthaltenen Joghurt u.ä.
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auf, und zwar kann ein dichtes Verschließen des Füllkopfes dann nicht
erfolgen, wenn sich am Ende des AusstoBhubes des Dosierkolbens feste Bestandteile
am Ventilsitz befinden, was ein unkontrolliertes, übermäßiges Auslaufen von Füllgut
nach sich zieht.
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Diese Unzulänglichkeiten an Dosiereinrichtungen der genannten Gattung
führen zu nicht unerheblichen Produktionsunterbrechungen und verlangen darüber hinaus
ein ständiges Kontrollieren der Füllgewichtsmenge.
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Abhilfe brachten speziell für stückige Bestandteile enthaltene Abfüllprodukte
und für hochviskose Produkte entwickelte Dosiereinrichtungen mit einer komplizierten
und damit teuren Schneideinrichtung an der Auslaßmündung.
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Wie die Praxis zeigt, werden die unterschiedlichen abzufüllenden Produkte
auf verschiedenen Abfüllanlagen gefahren oder die Anlagen werden jeweils mit speziellen
den Anforderungen an die Produkte entsprechenden Dosiereinrichtungen umgerüstet.
Ein solcher Umbau kann, falls de Abfüllanlage dafür überhaupt geeignet ist, nur
unter großem Kostenaufwand durchgeführt werden und erfordert stets eine Produktionsunterbrechung.
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Zu einem unkontrollierten, übermäßigen Auslauf von Füllgut kann es
bei solchen Dosiereinrichtungen ferner dann kommen, wenn beim Anhalten der Anlage
der untere Ventilkörper seinen den Auslauf der Steuerkammer bildenden Ventilsitz
freigibt. Nach Ansaugen des Füllgutes durch den Dosierkolben ist die
Steuerkammer
einschließlich der Verbindungsleitung zum Dosierkolben und die Saugkammer vor dem
Dosierkolben praktisch mit Füllgut gefüllt. Wird dann der den Auslaß bildende Ventilsitz
geöffnet und stößt der Dosierkolben das Dosiervolumen aus, ist nichts vorhanden,
was bei Abschaltung der Einrichtung in dieser Stellung, also bei noch geöffnetem
unteren Ventilsitz, ein Nachlaufen des noch in der Steuerkammer und der Verbindungsleitung
zur Saugkammer des Dosierkolbens befindlichen Füllgutes verhindern könnte, mit dem
Ergebnis, daß es zu einem überlaufen des zu füllenden Behältnisses und damit zu
einer erheblichen Verschmutzung der Abfüllanlage kommt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dosiereinrichtung
der gattungsgemäßen Art zu schaffen, mit der, bei konstruktiv einfachem Aufbau,
ein Höchstmaß an Dosiergenauigkeit erzielt wird, und zwar universell einsetzbar
unabhängig von der Viskosität und Beschaffenheit des Füllgutes, und bei der ein
Nachtropfen mit Sicherheit vermieden wird.
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Schließlich besteht die Aufgabe noch darin, die Dosiereinrichtung
dahingehend auszugestalten, daß ein Nachlaufen von Füllgut bei stehendem Dosierkolben
bei noch offenstehendem Auslaß nicht auftreten kann.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein als Wegeventil ausgestaltetes,
das Wechselspiel zwischen Zulauf und Auslauf regelndes Steuerventil, mit einem endseitig
eine Austrittsöffnung aufweisenden Steuerzylinder und einem darin auf- und abbewegbaren
Steuerkolben, wobei der Steuerzylinder einen Anschluß für den Zulauf des Füllgutes
sowie einen Anschluß für den Dosierzylinder aufweist, die beide in den Steuerzylinderraum
einmünden und untereinander durch eine
Oberleitkammer des Steuerkolbens
leitend verbindbar sind, der in zeitlicher Abstimmung mit dem Dosierkolben zwischen
einer den Durchlaß für das Füllgut freigebenden und einer den Durchlaß sperrenden
Stellung verfahrbar ist, und durch einen in leitender Verbindung mit dem Dosierzylinder
stehenden, durch den Steuerkolben verschließbaren, in den Steuerzylinderraum einmündenden
Auslaßkanal. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Abstand zwischen
der Einmündung des Auslaßkanals in den Steuerzylinderraum und dem Anschluß für den
Dosierzylinder in Abhängigkeit von der Höhe der Oberleitkammer im Steuerkolben derart
gewählt, daß die Einmündung des Auslaßkanals in den Steuerzylinderraum geschlossen
ist, bevor der Anschluß für den Dosierzylinder freigegeben wird.
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Die Verwendung eines Steuerzylinders mit einem darin gleitenden Steuerkolben
als Füllelement macht die erfindungsgemäße Dosiereinrichtung konstruktiv einfach
und somit kostengünstig, sie ermöglicht ferner eine sehr genaue zeitliche Steuerung
zwischen Zulauf und Auslauf, d.h. bevor das Saugsystem öffnet, wird das Drucksystem
wieder geschlossen. In der Austrittsmündung der Dosiereinrichtung oder an der Einmündung
des Auslaßkanals in den Steuerzylinder verbleibende Restmengen sowie feste Bestandteile
des Füllgutes werden von dem abwärtsgleitenden Steuerkolben aus dem Steuerzylinder
herausgedrückt, wobei die festen Bestandteile zuvor an der Einmündung in den Steuerzylinder
durch Schneidkanten des Steuerkolbens abgeschert werden. Es bedarf keiner weiteren
Erläuterung, daß hierdurch ein Höchstmaß an Dosiergenauigkeit bei Füllgut jeder
Viskosität, Beschaffenheit und Temperatur erreicht wird.
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Aufgrund der einfachen Bauweise mit ausschließlich glatten Durchgängen
ist die erfindungsgemäße Dosiereinrichtung zum Anschluß an eine Umlaufreinigung
sehr gut geeignet, bei der ein Reinigen und Sterilisieren der Anlage mittels Spülmittel
und Heißdampf 0 bis zu einer Temperatur von ca. 105 C erfolgt.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Auslaßkanal zur
Austrittsmündung des Steuerzylinders hin verlaufend und unter Umkehrung seiner Laufrichtung
an einer höher gelegenen Stelle in den Steuerzylinderraum einmündend angeordnet
(Siphonprinzip). Durch diese Konstruktion des Auslaßkanals kann unabhängig von der
Viskosität des Füllgutes keinerlei Füllgut bei stehendem Dosierkolben über den Auslauf
mehr nachlaufen. Würde der Dosierkolben während seines Dosierhubes stehen bleiben,
kann immer nur dasjenige Füllgut, welches sich bereits unmittelbar in der Ausstoßöffnung
des Steuerzylinders befindet, noch auslaufen. Da es sich hierbei um einen Teil der
eigentlichen Dosiermenge handelt, kann dies unter keinen Umständen zu einem Oberlaufen
des Abfüllbehälters führen.
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Nach einem weiteren Erfindungsgegenstand ist die Austrittsöffnung
als eine sich zum Austritt hin verjüngende Düse ausgestaltet, in die ein in einem
Zylinder bewegbares Ausstoßorgan unter Beibehaltung eines üllgutauslasses einfahrbar
ist, welcher in Abhängigkeit von Viskosität und Oberflächenspannung des Füllgutes
derart gewählt ist, daß bei eingefahrenem Ausstoßorgan und drucklosem System ein
Nachlaufen von Füllgut unterbunden wird. Auch mit dieser Konstruktion wird ein Höchstmaß
an Dosiergenauigkeit erzielt, da aufgrund der Oberflächenspannung des Füllgutes
ein Eindringen von Luft und somit ein Nachlaufen
bzw. Tropfen des
Füllgutes verhindert wird.
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Sie ist grundsätzlich an allen Dosiereinrichtungen mit einem in einem
Zylinder bewegbaren Ausstoßorgan einsetzbar, jedoch besonders geeignet in Verbindung
mit der Konstruktion eines Doseurs gemäß dem Hauptanspruch.
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In einer abgewandelten Ausführung kennzeichnet sich die Erfindung
noch dadurch, daß der Auslaßkanal in dem Steuerkolben verlaufend, in den Steuerzylinderraum
einmündend angeordnet ist und mit dem Dosierzylinder in leitende Verbindung bringbar
ist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindungsgegenstände werden nachstehend
unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1-3 einen Längsschnitt
durch eine Dosiereinrichtung gemäß der Erfindung in verschiedenen Arbeitsstellungen.
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Fig. 4 einen Querschnitt durch die Dosiereinrichtung gemäß der Linie
A-B in Fig. 1.
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Fig. 5 einen Querschnitt durch die Dosiereinrichtung gemäß der Linie
A-B in Fig 1, jedoch in einer abgewandelten Ausgestaltung des Auslaßkanals.
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Fig 6 u. 7 eine Dosiereinrichtung gemäß eines weiteren Erfindungsgegenstandes
mit zwei veschiedenen Ausgestaltungen der Austrittsmündung im Schnitt gezeichnet.
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Fig. 8 einen Längsschnitt durch eine Dosiereinrichtung in einer abgewandelten
Anordnung des Auslaßkanals.
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Die dargestellte Dosiereinrichtung besteht im wesentlichen aus einem
als Wegeventil ausgestalteten Steuerventil mit einem endseitig offenen Steuerzylinder
1 und einem Steuerkolben 2 sowie aus einem Dosierzylinder 3 mit einem Dosierkolben
4. In der Wandung des Steuerzylinders befindet sich ein in den Zylinderraum 2a einmündender
Zulaufanschluß 5, der mit einem nicht dargestellten Vorratsbehälter in Verbindung
steht, und ferner liegt unter dem Anschluß 5 ein weiterer, ebenfalls in den Zylinderraum
einmündender Anschluß 6 für den Dosierzylinder 3. Letzterer und der Zulaufanschluß
5 stehen bei entsprechender Steuerkolbenstellung über eine Dberleitkammer 7 des
Steuerkolbens in leitender Verbindung, so daß fließfähiges Füllgut vom Vorratsbehälter
in die Saugkammer des Dosierzylinders einströmen kann.
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Die Erfindung schreibt nicht zwingend die in dem Ausführungsbeispiel
dargestellte Konstruktion der überleitkammer vor, eine Ausgestaltung in Form einer
Durchgangsbohrung oder in Form einer einseitigen Ausnehmung im Steuerkolben wäre
ebenso denkbar.
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Von dem Dosierzylinderanschluß 6 aus verläuft zu der Austrittsmündung
der Dosiereinrichtung hin ein Auslaßkanal 9, der als Ringkanal weitergeführt wird,
und der wiederum mit einer gegenüber dem Ringkanal höher gelegenen, in den Zylinderraum
einmündenden Auslaßöffnung in leitender Verbindung steht. Hierdurch wird erreicht,
daß bei stehendem Dosierkolben ein unkontrolliertes Nachlaufen von Füllgut ausgeschlossen
ist; es kann immer nur diejenige Füllgutmenge noch auslaufen, die sich in der Auslaßöffnung
befindet.
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Da es sich hierbei um einen Teil der Dosiermenge handelt, kann dies
nicht zu einem Oberlaufen des Füllgutbehälters führen.
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Der Ringkanal wird nach unten hin von einem Dichtring 13 sowie von
einer Mündungsplatte 14 begrenzt, wobei der Dichtring eine öffnung 13a zum Hindurchführen
eines Ansatzes 17 des Steuerkolbens 2 aufweist und gleichzeitig die untere Begrenzung
der Steuerkolbenbewegung bildet.
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In Fig. 5 wurde eine andere Ausgestaltung des Auslaßkanals 9 aufgezeigt,
und zwar kann dieser auch aus einer Vielzahl von Einzel kanälen 9a bestehen, um
somit zu einer Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit zu gelangen, was bei bestimmten
Produkten notwendig sein kann.
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Wie die beschriebene Bauweise der Dosiereinrichtung zeigt, kann eine
Montage bzw. Demontage für Reinigungszwecke auf sehr einfache Weise bewerkstelligt
werden.
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Um das Uffnen und Schließen des Druck- und Saugsystems im Wechselspiel
zum richtigen Zeitpunkt durchzuführen, d.h. das Drucksystem soll geschlossen sein
bevor das Saugsystem öffnet (siehe Fig. 3),müssen sich der Dosierzylinderanschluß
6 und die Auslaßöffnung in dem Steuerzylinderraum in Abhängigkeit von der Höhe der
Oberleitkammer 7 im Steuerkolben 2 in einem entsprechenden Abstand zueinander befinden.
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Wie bereits erwähnt, wird zunächst bei entsprechender Stellung des
Steuerkolbens 2 mittels des Dosierkolbens 4 eine dosierte Füllgutmenge vom Vorratsbehälter
durch die Oberleitkammer 7 im Steuerkolben in den Dosierzylinder gesaugt (siehe
Fig. 1). Danach wird unter
Umkehrung der Bewegungsrichtung des
Dosierkolbens 4 nach Absperren des Dosierzylinderanschlusses 6 das Füllgut durch
den Auslaßkanal 9, der in einen Ringkanal übergeht, und Auslaßöffnung in den Zylinderraum
2a des Steuerzylinders eingegeben (siehe Fig. 2) und gelangt von dort in den Abfüllbehälter.
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Die Ansteuerung des Dosierkolbens 4 und Steuerkolbens 2 erfolgt in
zeitlicher Abstimmung über bekannte und nicht dargestellte Mittel, wie z.B. Pneumatikzylinder.
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Durch die Abwärtsbewegung des Steuerkolbens 2 am Schluß des Füllvorgangs
wird die Auslaßöffnung schlagartig gesperrt und die Restfüllmenge durch den Kolben
2 ausgestoßen.
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Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, daß der Steuerkolben 2
endseitig als Schneidkante 16 ausgestaltet wurde, die ein Abscheren des aus der
Auslaßöffnung austretenden Füllgutes durch den abwärtsfahrenden Kolben vollzieht,
was sich besonders günstig beim Abfüllen von Füllgut mit festen Bestandteilen wie
FruchtJoghurt u.ä. auswirkt. Dem gleichen Zweck dienen auch die Schneidkanten 7a
und 7b am Umfang des Steuerkolbens, die sich durch die Ausnehmung der Oberleitkammer
ergeben.
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Die Fig. 6 und 7 zeigen einen weiteren Erfindungsgegenstand an einer
Dosiereinrichtung mit einem Ausstoßorgan 2, das in einem Zylinder 1 bewegbar ist,
und das mit einem vorgelagerten zylindrischen Ansatz 17' unter Beibehaltung eines
Füllgutauslasses 18 in eine als Düse 19 ausgestaltete Austrittsöffnung fährt, um
das abzufüllende Produkt in die unterhalb des Doseurs bereitgestellten Behälter
zu drücken. Dabei wurde der Abstand zwischen Ansatz und Düse in Abhängigkeit von
der Viskosität und der Oberflächenspannung des Füllgutes
derart
gewählt, daß bei eingefahrenem und stehendem Ausstoßorgan, d.h. bei drucklosem System,
ein Nachlaufen bzw. Nachtropfen von Füllgut aufgrund seiner Oberflächenspannung
unterbunden wird. Wie bei dem ersten Erfindungsgegenstand befindet sich am Kolbenumfang
eine durch einen Ansatz 11 gebildete Schneidkante 16, die mit der Auslaßöffnung
in dem Zylinderraum in Wirkverbindung steht.
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Zur Vermeidung von Tropfenbildung am Ansatz des Ausstoßorgans hat
sich die Verwendung einer dem Ansatz vorgelagerten Spitze 20 als vorteilhaft erwiesen.
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Bedingt durch den dabei auftretenden Unterdruck an der Spitze kommt
es zum Abriß der Restmengen.
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Bei sehr dünnflüssigen Füllprodukten kann sich, wie Fig. 6 darstellt,
ein an der Düse 19 anschließender Auslaufstutzen 21 günstig auswirken, insofern
als ein Streuen des Füllgutes beim Herauspressen durch den Steuerkolben verhindert
wird.
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In den Fig. 6 und 7 wurde des weiteren der Ansatz 17 mit einer nach
innen gerichteten, gewölbten Oberfläche 22 ausgestaltet, was alternativ zu der vorgelagerten
Spitze ebenfalls zu einem tropffreien Abfüllen von Produkten führt, urd zwar bedingt
durch die an der Innenwölbung auftretende Verwirbelung wird ein Haften von Füligutmengen
an der Oberfläche verhindert.
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Die als DUse ausgestaltete Austrittsöffnung befindet sich in einer
MUndungsplatte 14' der Dosiereinrichtung, die über geeignete Schraubverbindungen
unter Zwischenlage eines Dichtrings 23 am Zylinder befestigt ist, wobei der Dichtring
gleichzeitig die untere Begrenzung für die Kolbenbewegung bildet.
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In abgewandelter Ausführung kann der Auslaßkanal im Steuerkolben angeordnet
sein, wie Fig. 8 verdeutlicht.
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Bei entsprechender Kolbenstellung steht der Kanal mit dem Dosierzylinder
in Verbindung, so daß bei geschlossenem Zulauf das Füllgut von dem Dosierkolben
über den Auslaßkanal 9' in den Steuerzylinderraum 2a gebracht wird. Der Ausstoß
der Restfüllmenge erfolgt dann wiederum durch den abwärtswandernden Kolben 2.
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Um ein tropffreies Abfüllen und damit höchste Dosiergenauigkeit zu
erreichen, wurde die Austrittsöffnung 15 des Auslaßkanals 9' in Abhängigkeit von
Viskosität und Oberflächenspannung des Füllgutes derart gewählt, daß bei drucklosem
System ein Nachlaufen von Füllgut unterbunden wird. Es hat sich dabei als vorteilhaft
erwiesen, analog dem ersten Ausführungsbeispiel, den Verlauf des Auslaßkanals im
Steuerkolben siphonartig auszugestalten. Ferner kann es zweckmäßig sein, den Auslaßkanal
mit einer Vielzahl von Einzelkanälen auszubilden.
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In einer anderen Konstruktion kann der Auslaßkanal 9' auch mit einer
durch die Wandung des Steuerzylinders 1 verlaufenden und in den Zylinderraum 2a
zurückgeführten Auslaßöffnung in leitende Verbindung gebracht werden, Es versteht
sich von selbst, daß die dargestellten und beschriebenen Konstruktionen lediglich
einige Ausführungsvarianten darstellen. Ohne das Gebiet der Erfindung zu verlassen,
sind weitere Ausgestaltungen möglich.