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Steuerventil für eine Dosiereinrichtung zur Dosierung von
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flüssigen Medien, insbesondare von Nahrungsmitteln Die Erfindung
betrifft ein Steuerventil für eine Dosiereinrichtung zur Dosierung von flüssigen
Medien, insbesondere von Nahrungsmitteln wie Milch, Joghurt, Säften oder dergleichen
mit Nahrungsmittelstücken, mit einem in einem Ventilgehäuse verschiebbaren Ventilstößel
mit zwei längs desselben in Abstand voneinander angeordneten Ventilflächen, die
wechselweise mit je einem oberen und unteren, einen im Ventilgehäuse vorgesehenen
Steuerraum begrenzenden Ventilsitz zusammenarbeiten, wobei die obere Ventilpaarung
aus Ventilfläche und Ventil sitz die Füllgutzufuhr zu dem Steuerraum und die untere-
Ventilpaarung die Füllgutabfuhr aus dem Steuerraum in anen Becher, eine Flasche
oder dergleichen steuert, der Steuerraum mit der Dosiereinrichtung, wie einer Kolbenpumpe
oder dergleichen, in Verbindung steht, der obere und der untere Ventilsitz jeweils
eine durch die Wandung des Steuerraums hindurchfhrende, zur Längsachse des Ventilstößels
koaxiale Zylinderfläche ist und die Ventilfläche jeweils von einem zylindrischen
Steuerkolben gebildet ist, dessen Durchmesser im wesentlichen dem Durchmesser des
Ventilsitzes entspricht und längs diesem abdichtend verschiebbar ist, wobei ferner
im Bereich zwischen den Ventilflächen die Querschnittsfläche des Ventilstößels kleiner
ist als die Querschnittsfläche der Ventilsitze
und beim Schließen
der oberen Ventilpaarung und dem öffnen der unteren Ventilpaarung die untere Ventilfläche
aus dem Ventilgehäuse nach unten austritt, mit mindestens zwei gleichmäßig um den
Stößel verteilten, sich radial bis zur unteren Ventilfläche erstreckenden Strahlschneiden,
welche sich axial so weit von der Ventilfläche nach oben erstrecken, daß ihre äußeren
Längsränder in der untersten Stellung des Stößels bei auseinanderbewegten unteren
Ventil- und Ventilsitzflächen den Ventilsitz zumindest teilweise überdecken.
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Bei einem bekannten Steuerventil dieser Bauart (DE-PS 23 21 205) besteht
der Ventilstößel aus einer zylindrischen Stange, an welche sich seitlich die Strahlschneiden
anschließen. Dabei versteht es sich, daß in der unteren Offenstellung des Steuerventils
nur solche Fruchtstücke bzw. Früchte ohne weiteres passieren können, deren Durchmesser
in radialer Richtung, bezogen auf die Längsachse des Steuerventils, nicht größer
ist als der Abstand zwischen dem Umfang des Ventilstößels und der Wandfläche des
Ventilsitzes. Nun ist es jedoch erwünscht, ggf. auch größere Früchte anstandslos
mitzudosieren, ohne daß sich diese festsetzen bzw. gequetscht werden.
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Zu diesem Zweck ist es bereits vorgeschlagen worden (DE-PS 23 29 127),
den Ventilstößel aus mindestens zwei einander diametral gegenüberliegenden, einen
Abstand voneinander aufweisenden Teilstesen zu bilden.
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Bei einer solchen Ausführungsform kann sich nämlich auch eine größere
Frucht teilweise zwischen die beiden Teilstege des Ventilst5ßela legen und bei entsprechend
weitem Ausfahren des unteren Steuerkolbens. aus dem zugehörigen Ventilsitz aus dem
Steuerventil hinausgleiten,ohne sich zu verklemmen. Nun wurdc jeddch festgestellt,daß
l.Engli.cho 'rtichto bzw. P.russbtstAieke
dazu neigen, sich zwischen
den Teilstegen auf dem unteren Steuerkolben querzulegen, was zu einer Beeinträchtigung
der Funktion des Steuerventils führen kann.
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Die der Erfindungzugrundelievende Aufgabe wird darin gesehen, ein
Steuerventil der eingangs genannten Bauart zu schaffen, das es ermöglicht, auch
größere Früchte bzw. Fruchtstücke anstandslos mitzudosieren.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sowohl.
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die Strahlschneiden als auch der Ventilstößel in seinen an die Strahlschneiden
angrenzenden Bereichen zumindest teilweise in ihren tragenden Querschnitten verringert
sind.
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Durch diese Querschnittsverringerung wird im Bereich des unteren Ventilsitzes,
welcher praktisch die engste Stelle für den Durchgang des abzufüllenden Mediums
darstellt, eine Vergrößerung des für den Durchgang von Nahrungsmittelstücken, insbesondere
Fruchtstücken und Früchten zur Verfügung stehenden Durchflußquerschnittes erzielt.
Gemäß einer ersten Ausführungsform sind dabei drei in Umfangsrichtung des Ventilstößels
jeweils um 120° versetzt angeordnete Strahlschneiden vorgesehen, wobei die jeweilige
Querschnittsverringerung im Bereich zweier benachbarter Strahlschneiden und des
dieselben verbindenden Ventilstößels die Form einer konkaven Ausnehmung aufweist.
Eine derartig glatt gewölbte Ausnehmung hat sich für die Zwecke der Lösung der Erfindungsaufgabe
besonders bewährt.
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Zweckmäßig ist jede konkave Ausnehmung in wesentlichen hohlzylinderförmig
und besitzt jeweils zu ihren unteren und oberen Enden hin gewölbte Übergänge, was
das Hinein- und Hinausgleiten der Nahrungsmittelstücke aus den konkaven Ausnehmungen
begünstigt.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Begrenzung jeder Ausnehmung
einen Abstand von den freien Rändern der jeweiligen Strahlschneiden aufweisen zu
lassen. Dies bedeutet, daß im Bereich ihrer Ränder die jeweiligen Strahlschneiden
die ursprüngliche
Wandstärke behalten, was der Stabilitätserhaltung
dient.
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Abgesehen davon empfiehlt es sich, die Wandstärken der Strahlschneiden
im Bereich der Ausnehmungen nicht zu dünn zu gestalten; Wandstärken der Strahlschneiden
in ihrem dünnsten Bereich von 1,5 bis 2 mm haben sich bewährt.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit zwei Strahlschneiden können diese Strahlschneiden in einer geteinsamen Ebene
liegen und der Ventilstößel senkrecht zu dieser Ebene eine Dicke aufweisen, die
gleich der Wandstärke oder kleiner als die Wandstärke der Strahlschneiden ist. Vorteilhaft
entspricht die Wandstärke der Strahlschneiden in ihren an den unteren Ventilsitz
angrenzenden Bereichen etwa dem Durchmesser des Ventilstößels oberhalb der Strahlschneiden,
wobei die beiden dem Füllgut zugekehrten Strahlschneidenflächen einander entgegengesetzt
konkav gewölbt sind. Zweckmäßig ist dabei jede konkave Wölbung im Querschnitt kreisbogenförmig,
derart, daß die von Ventilstößel und Strahlschneiden gebildete, den Durchlaß im
Bereich des unteren Ventilsitzes in zwei Hälften teilende Wand im Bereich der Längsachse
die geringste Wandstärke aufweist.
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Die Erfindung und ihre vorteilhaften Ausgestaltungen sind im folgenden
anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Es zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform
des Steuerventils bei geschlossener oberer Ventilpaarung und gedgtneter unterer
Ventilpaarung zwecks Auslasses von Füllgut aus der Dosiereinrichtung durch das Steuerventil
hindurch in einen nicht gezeigten Behälter; Fig. 2 einen Teil des Steuerventils
nach Fig. 1 in vergrößertem Maßstab;
Fig. 3 einen Schnitt längs
der Linie III-III in Fig. 2; Fig. ß einen Längsschnitt durch den Auslaßbereich einer
zweiten Ausführungsform; Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 4.
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Das Steuerventil 1 ist einer als Kolbenpumpe ausgebildeten Dosiereinrichting
2 zugeordnet, die einen Zylinder 3 und einen Kolben 4 mit Dichtmanschette 5 aufweist.
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Das Steuerventil 1 ist mit einem in einem Ventilgehäuse 6 verschiebbaren
Ventilstößel 7 mit zwei längs desselben in Abstand voneinander angeordneten Ventilflächen
8 und 9 versehen. Diese Ventilflächen 8 und 9 arbeiten wechselweise mit je einem
oberen und einem unteren Ventilsitz 11 und 12 zusammen, die einen im Ventilgehäuse
6 vorgesehenen Steuerraum 10 begrenzen.
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Die obere Ventilpaarung aus Ventilfläche 8 und Ventilsitz 11 steuert
die Füllgutzufuhrlzu dem Steuerraum 10, während die untere Ventilpaarung aus Ventilfläche
9 und Ventilsitz 12 die Füllgutabfuhr aus dem Steuerraum 10 in einen nicht gezeigten
Becher, eine Flasche oder einen sonstigen Behälter steuert.
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Der Steuerraum 10 steht mit der Dosiereinrichtung 2 bzw. der Kolbenpumpe
über eine Leitung 13 in Verbindung. Ferner ist das Steuerventil 1 mittels eines
Stutzens 14 an einen nicht dargestellten Füllgut- Vorratsbehälter anschließbar.
Der Stutzen 14 mündet in eine oberhalb des Steuerraums 10 angeordnete Kammer 15
des Steuerventils, Der obere und der untere Ventilsitz 11 bzw, 12 sind als durch
die Wandung des Steuerraums 10 hindurchführende, zur L&ngsachse 16 des Ventilstößels
7 koaxiale Zylinderflächen ausgebildet. Jede Ventilfläche 8 bzw, 9 wird von einem
zylindrischen Steuerkolben 17 bzw. 18 gebildet, deren Durchmesser im wesentlichen
den Durchmessern der Ventilsitze 11 bzW. 12 entsprechen
und längs
diesen abdichtend verschiebbar sind. Im Bereich zwischen den Ventilflächen 8 und
9 ist die Querschnittsfläche des Ventilstößels 7 kleiner als die Querschnittsfläche
der Ventilsitze 11 und 12.
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Schließlich ist in Richtung der Längsachse 16 der mittlere Abstand
a zwischen den Ventilflächen 8 und 9 der Steuerkolben 17 und 18 größer als der mittlere
Abstand b zwischen den Zylinderflächen der Ventilsitze 11 und 12, derart, daß beim
Schließen der oberen Ventilpaarung 8, 11 und dem öffnen der unteren Ventilpaarung
9, 12 die untere Ventilfläche 9 aus dem Ventilgehäuse 6 nach unten austritt. Zweckmäßig
wird dabei für eine Überdeckung ges«rgt, derart, daß die obere Ventilpaarung 8,
11 bereits übr eine gewisse Strecke der Bewegung des Ventilstößels 7 geschlossen
ist, bevor die untere Ventilpaarung 9, 12 öffnet. Dies erhöht die Steuer- bzw. Dosier
und Gewichtsgenauigkeit der Vorrichtung.
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Bei der ersten, in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform sind drei
gleichmäßig, somit um 1200, um den Stößel 7 verteilte, sich radial und axial bis
zur unteren Ventilfläche 9 erstreckende Strahlschneiden 19, 20 und 21 vorgesehen,
die sich axial so weit von der Ventilfläche 9 nach oben erstrecken, daß ihre äußeren
Längsränder 22, 23 und 24 in der untersten Stellung des Ventilstößels 7 bei geöffneter
unterer Ventilpaarung 9, 12 den Ventilsitz 12 zumindest teilweise überdecken.
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Erfindungsgemäß sind nun sowohl die Strahlschneiden 19, 20 und 21
als auch der Venti.lstößel 7 in seinen an die Strahlschneiden angrenzenden Bereichen
25, 26 und 27 zumindest teilweise in ihrem tragenden Querschnitt verringert. Dies
ergibt sich besonders deutlich aus den Figuren 2 und 3, wobei in Fig. 2 lediglich
die Bereiche 25 und 26 teilweise zu sehen snd.
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Vorteilhaft weisen bei den bei der gezeigten Ausführungsform vorgesehenen
drei in Umfangsrichtung des Ventilstößels 7 jeweils um 1200 versetzt angeordneten
Strahlschneiden 19, 20, 21 die jeweiligen Querschnittsverringerungen im Bereich
zweier
benachbarter Strahlschneiden und des dieselben verbindenden
Ventilstößels 7 die Form konkaver Ausnehmungen 28, 29 und 30 auf. Dabei kann, wie
insbesondere Fig. 3 zeigt, jede konkave Ausnehmung 28, 29 und 30 im wesentlichen
hohlzylinderförmig sein und besitzt jeweils zu ihren unteren und oberen Enden hin
gewölbte Übergänge 31 und 32, die der Übersichtlichkeit halber lediglich anhand
der Ausnehmung 28 in Fig. 2 angedeutet sind.
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Bei dieser ersten Ausführungsform weist die Begrenzung 33, 34 und
35 jeder Ausnehmung 28, 29 und 30 einen Abstand d von den freien Rändern 36, 37
der jeweiligen Strahlschneiden 19, 20 und 21 auf, um die Strahlschneiden 19, 20,
21 im Bereich nahe dem Ventilsitz 12 stärker zu lassen, was deren Festigkeit bzw.
Stabilität dient.
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Die Wandstärke t der Strahlschneiden 19, 20, 21 beträgt in ihrem dünnsten
Bereich zweckmäßig 1,5 bis 2 mm.
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Der Ventilstößel 7 bewegt sich in Richtung des Doppelpfeils B bei
jedem Abfüllvorgang hin und her. In der in Fig. 1 wiedergegebenen, unteren Stellung
des Ventilstößels 7 im Gehäuse 6 verschließt die obere Ventilpaarung 8, 11 die Kammer
15 gegenüber dem Steuerraum 10, während die untere Ventilpaarung 9, 12 geöffnet
ist. Somit kann also Füllgut aus der Kammer 15 nicht in den Steuerraum 10 eintreten,
jedoch aus dem Steuerraum 10 in Richtung der Pfeile A austreten. Der Kolben 4 der
Dosiereinrichtung 2, der sich in Richtung des Doppelpfeils C bewegen kann, nimmt
die untere Totpunktstellung ein und hat somit dosiertes Füllgut, also eine bestimmte
Füllgutmenge, beispielsweise Früchte oder Fruchtstücke enthaltenden Joghurt, in
Richtung der Pfeile A ausgeschoben. Beim anschließenden Hochfahren des Ventilstößels
7 schließt die untere Ventilpaarung 9, 12. Bei der Weiterbewegung des Ventilstößels
7 öffnet dann die obere Ventilpaarung 8, 11. Fährt sodann der
Dosierkolben
4 hoch, dann wird Füllgut durch die Kammer 15 und den Steuerraum 16 in den Dosierzylinder
3 gesaugt. Sodann fährt der Ventilstößel 7 wieder nach unten in diein Fig. 1 dargestellte
Stellung, woraufhin sich auch der Dosierkolben 4 nach unten bewegt und das Ausschieben
des Füllguts in Pfeilrichtung A bewirkt, womit ein Betriebsspiel beendet ist.
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Bei der in den Fig. 4 und 5 dargestellten, lediglich zwei Strahlschneiden
aufweisendm Ausführungsform sind der ersten Ausführungsform entsprechende Bauelemente
mit gleichen Bezugszeichen.versehen worden. Dabei liegen die beiden Strahlschneiden.
38 und 39 (Fig. 5) in einer gemeinsamen Ebene 40.
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Der Ventilstößel 7 weist senkrecht zu dieser Ebene 40,somit in der
zur Ebene 40 senkrechten Ebene 41 gemessen eine Dicke auf, die bei dieser Ausbildung
kleiner als die Wandstärke der Strahlschneiden 38, 39 ist. Die Wandstärke T der
Strahlschneiden 38, 39 in ihren an den unteren Ventilsitz 12 angrenzenden Bereichen
entspricht hingegen etwa dem Durchmesser D des Ventilstößels 7 oberhalb der Strahlschneiden38
39. Dabei sind wiederum die beiden dem Füllgut zugekehrten Strahlschneidenflächen
42 und 43 einander entgegengesetzt konkav gewölbt. Bei der gezeigten Ausbildung
ist jede konkave Wölbung im Querschnitt kreisbogenförmig, derart, daß die von Ventilstößel
7 und Strahlschneiden 38, 39 gebildete, den Durchlaß im Bereich des unteren Ventilsitzes
12 in zwei Hälften teilende Wand im Bereich der Längsachse 16 die geringste Wandstärke
t aufweist.
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Wie man aus Fig. 5 leicht entnimmt, beansprucht diese Ausführungsform
nur einen geringen Teil der Querschnittsfläche des Ventilsitzes 12 und stellt deshalb
einen größeren Durchflußquerschnitt für das Füllgut zur Verfügung. Ferner ist der
Maximalabstand E zwischen dem Ventilsitz 12 und der von den Strahlschneiden 38,
39 und dem Ventilstößel 7 gebildeten Wand noch größer als bei der ersten Ausführungsform,
so daß noch
größere Fest- bzw. Halbfestkörper, insbesondere Fruchtstücke
oder dergleichen, ungehindert ausstrdmen können.
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Trotzdem weist diese Ausführungsform eine völlig ausreichende Festigkeit
bzw. Stabilität auf, da trotz der Ausdünnung der Wandstärke im Bereich der Längsachse
16 die auftretenden Kräfte sich über die Randbereiche 43, 44 der Strahlschneiden
38, 39 übertragen lassen, die einen völlig ausreichenden Materialquerschnitt zur
Verfügung stellen.