DE3210668C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Absperrorgan der im Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1 genannten Gattung.

Ein derartiges Absperrorgan ist bereits bekannt (US-PS 33 01 443). Bei dem bekannten Absperrorgan wird das Schließorgan aus einer Art Membrane gebildet, welche sich bei dem durch eine Dosier­ pumpe auf das auszugebende Spendegut erzeugten Druck so weit öffnet, daß Spendegut durch die Öffnung des Schließorgans hin­ durch in den Auslaß hindurchtreten kann. Das vorbekannte Ab­ sperrorgan dichtet jedoch nicht genügend ab; wenn beim Zurück­ ziehen des Kolbens der Dosierpumpe ein bestimmter Unterdruck zwischen dem Kolben und dem Schließorgan entsteht, werden Tei­ le des Schließorgans ein Stück weit in Richtung zum Kolben bewegt und geben eine Öffnung frei, durch welche Reste des Spendegut hindurchfließen können. Insofern ist auch keine gu­ te Dosierung möglich.

Darüber hinaus ist ein Absperrorgan bekannt (GB-PS 9 14 943), bei dem ein Schließorgan, welches an einer Seite im wesent­ lichen rohrförmig ausgebildet ist und sich an der anderen, das Schließorgan bildenden Seite zu drei im Querschnitt insgesamt dreieckförmigen Falten zusammenzieht. Darüber hinaus sind dort drei auf den Umfang des rohrförmigen Teils verteilte Ventiltel­ ler angeordnet, welche unter dem Druck des Schließorgans Ein­ lässe verschließen. Hierbei ergeben sich jedoch Probleme der Abdichtung zwischen den Ventiltellern und dem Schließorgan schon nach relativ kurzer Gebrauchsdauer.

Schließlich sind zahlreiche Formen von manschettenförmigen und auch kuppelförmigen Schließorganen bekannt (DD-PS 32 872, DE-PS 5 71 874 und GB-PS 14 01 442).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Absperrorgan der eingangs genannten Gattung dahingehend zu verbessern, daß trotz guter Dosierung bei der Ausgabe des Spendeguts das Schließ­ organ gut abdichtet, um beispielsweise Nachtropfen von flüssi­ gem Spendegut auch dann zu verhindern, wenn in hochviskosen Flüssigkeiten Festkörperpartikel enthalten sind.

Die Erfindung ist im Anspruch 1 gekennzeichnet und in Unteran­ sprüchen sind weitere Ausbildungen derselben beansprucht. Auch die Figurenbeschreibung erläutert weitere bevorzugte Ausbil­ dungformen.

Bei der Erfindung kann eine Art "Doppelfunktion" dadurch er­ reicht werden, daß das Absperrorgan selbst ein Doppelventil bildet, nämlich einerseits durch das Schließorgan und anderer­ seits durch das zusätzliche Ventil, welches automatisch mit­ tels der Feder in die Sperrstellung gelangt, sobald der von der Dosierpumpe auf das Spendegut übertragene Druck wieder geringer wird als der auf das Ventil ausgeübte Federdruck. Unabhängig von der Stellung des Schließorgans gelangt dann der Ventilkolben nämlich wieder in die Sperrstellung des Ven­ tils, wodurch in der Kammer zwischen dem Ventil und dem Schließ­ organ Unterdruck entsteht, der automatisch zum Zusammenziehen, d. h. Schließen des Schließorgans führt, und zwar auch dann, wenn dieses keine genügende Eigenelastizität aufweisen soll­ te, sondern aus weichem "lappigem" Material bestünde. Diese "Vakuum-Funktion" zum Abdichten wird zusätzlich zu der "Klap­ penfunktion" übernommen, wonach das Schließorgan aus der ge­ schlossenen Schließstellung sich aufgrund ihrer insbesondere geringen Eigenelastizität rasch zu einer großen Spendeöffnung aufklappt bzw. ausweitet, sobald der Druck der Dosierpumpe auf das Spendegut den Kolben vom Ventilsitz gegen die Kraft der Ventilfeder abhebt und das Spendegut in die Kammer zwi­ schen Ventil und Schließorgan gelangt.

Sobald der Pumpenhub der Dosierpumpe abgestoppt wird, haben die Biegbarkeit, elastische Verformbarkeit und Materialbeschaf­ fenheit des Mundstücks und die Druckdifferenz zwischen der Innen- und Außenseite derselben die Wirkung, daß die Lappen bzw. Materialteile wieder in die Sperrstellung zurückgefaltet werden, so daß die schlitzförmigen Öffnungen geschlossen wer­ den. Dies bedeutet, daß das Mundstück bzw. das Schließorgan geschlossen ist, so daß die in der Kammer befindliche Spende­ gut- bzw. Flüssigkeitssäule zurückgehalten wird und die Gefahr des Nachtropfens verhindert ist. Da das Schließorgan keine netzförmigen oder anderen Teile mit nur begrenzter linien­ förmiger Abdichtfläche aufweist, durch die die Flüssigkeit hindurchzutreten hat, ist es auch für dickes, nichthomogenes Spendegut geeignet.

Darüber hinaus wird ein vorteilhaftes Fließverhalten erreicht, das eine hohe Fließgeschwindigkeit ermöglicht und daher eine große Spendekapazität besitzt.

Um den Fließwiderstand des Absperrorgans noch weiter herabzu­ setzen, kann man dem Schließorgan die Form eines zusammenge­ preßten Rohres oder Schlauches verleihen, das bzw. der aus dünnerem und inbesondere biegbarerem Material besteht. Die zum maximalen Aufweiten beim Passieren der Flüssigkeit er­ forderliche Kraft ist daher sehr klein, was üblicherweise - bei bekannten Vorrichtungen - die Gefahr mit sich bringt, daß die Düse nicht genügend abdichtet, um das Nachtropfen zu verhindern.

Gemäß einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung kann ein bieg­ bares bzw. flexibles Mundstückteil mit einer Einrichtung kom­ biniert sein, die so eingerichtet ist, daß das Volumen in der Kammer an der Ausgangsöffnung änderbar ist, an dem sich das Mundstück befindet. Nach jedem Pumpenhub wird das Volumen der Kammer wieder vergrößert, so daß ein Unterdruck in der Kammer entsteht, der ein schnelles und vollständiges Schließen der Öffnungen des flexiblen Mundstücks sicherstellt. Diese Aus­ bildung des Absperrorgans gemäß der Erfindung ist besonders geeignet für hochkapazitive Füllmaschinen.

Weitere Ausbildungen der Erfindung sind auch aus den Unter­ ansprüchen ersichtlich.

Das Absperrorgan gemäß der Erfindung und insbesondere die im folgenden beschriebene Kombination des Mundstücks und des Ven­ tils führen zu einem Absperrorgan, das dank der innewohnenden Rücksaugfunktion das Spendegut, insbesondere flüssiges Spende­ gut, während des Rückhubs der Dosierpumpe in der Kammer zurück­ hält und daher das Nachtropfen und Ausspülen während des Fül­ lens einzelner Verpackungsbehälter verhindert. Das Absperror­ gan arbeitet automatisch und wird durch den Spendegutstrom gesteuert, so daß das Absperrorgan die Verpackungsmaschine nicht kompliziert oder verteuert.

Eine bevorzugte Ausbildung der Erfindung wird im Detail unter Bezugnahme auf die schematische Zeichnung erläutert, welche lediglich die zum Verständnis der Erfindung dienenden Einzel­ heiten darstellt. Dabei zeigen:

Fig. 1 im Querschnitt ein Absperrorgan gemäß der Erfindung in der inaktiven Sperrstellung, während die aktive, geöffnete Stellung des Mundstücks bei Abgabe des Spen­ degutes durch strichpunktierte Linien angedeutet ist und

Fig. 2 das Mundstück gemäß Fig. 1 in perspektivischer Ansicht.

Das Absperrorgan weist gemäß Fig. 1 eine Kammer 1 auf, welche im allgemeinen als langgestrecktes Füllrohr konstruiert ist. Die Kammer 1 ist über einen Einlaß 2, der sich an deren oberen Ende befindet, mit einer nicht gezeigten Dosierpumpe verbun­ den, die vorzugsweise in Form einer Kolbenpumpe mit einer steuerbaren Kolbenverstellung ausgebildet ist. Im Mündungsende des Einlasses 2, das der Kammer 1 zuge­ wandt ist, befindet sich ein Absperrorgan als Ventil 3 und am unteren Ende der Kammer 1 ist ein Auslaß 4 angeordnet, der mit einem schließbaren Mundstück 5 aus biegbarem oder fle­ xiblem Material versehen ist.

Das Ventil 3, das zwischen dem Einlaß 2 und der Kammer 1 angeordnet ist, weist einen Sperrkörper 6 auf, der unter der Wirkung des von der nicht gezeigten Kolbenpumpe gepumpten Spendeguts, insb. Flüssigkeit, zwischen einer vorderen offenen Stel­ lung und einer rückwärtigen geschlossenen Stellung verschieb­ bar ist. Der Sperrkörper 6 weist am unteren der Kammer 1 zuge­ wandten Stirnende eine ringförmige Dichtungseinrichtung 7 auf, die vorzugsweise als O-Ring ausgebildet ist. Die Dicht­ einrichtung 7 wirkt in der geschlossenen Sperrstellung des Ventils 3 mit einem konischen Ventilsitz 8 zusammen, der im Durchgang zwischen dem Einlaß 2 und der Kammer 1 gebil­ det ist. Am entgegengesetzten, dem Einlaß 2 zugewandten Stirn­ ende ist der Sperrkörper 6 mit einem Kolben 9 versehen, des­ sen Durchmesser etwas geringer ist als der Durchmesser des Teils des Einlasses 2, in dem der Kolben 9 angeordnet ist. Der Sperrkörper 6 ist während seiner Bewegung zwischen der geöffneten und geschlossenen Stellung mit Hilfe eines Ventil­ stößels 10 hin und her bewegbar, der sich vertikal vom oberen Ende des Sperrkörpers 6 aus nach oben erstreckt und so abge­ stützt ist, daß er axial in einer Ventilführung 11 verschieb­ bar ist, die im Einlaß 2 angeordnet ist. Am unteren Ende des in der Kammer 1 angeordneten Sperrkörpers 6 befindet sich eine Ventilfeder 12, die in Form einer Kompressionsfeder ausgebildet und zwischen dem Sperrkörper 6 und einer Federla­ gerung 13 plaziert und so eingerichtet ist, daß sie den Sperr­ körper 6 in die oben Schließ- bzw. Sperrstellung drängt.

Wie schon beschrieben, wird der Sperrkörper 6 von der Ventil­ feder 12 in die obere Sperrstellung gedrückt, wenn sich die Dich­ tungsanordnung 7 gegen den Ventilsitz 8 so abstützt, daß der Durchgang zwischen dem Einlaß 2 und der Kammer 1 voll­ ständig abgesperrt ist. Die Ventilfeder 12 ist so ausgewählt, daß die Kraft, mit der die Feder 12 gegen den Sperrkörper 6 drückt, kleiner ist als diejenige Kraft, die entgegengesetzt wirkt und mit der die von der Dosierpumpe gepumpte Flüssigkeit auf das entgegengesetzte Ende des Sperrkörpers 6 Druck ausübt. Sobald die Kraft der Ventilfeder 12 diejenige der Flüssigkeit unterschreitet, wird der Sperrkörper 6 in Richtung seiner unteren geöffneten Stellung bewegt, in der sich der Kolben 9 vollständig verschoben hat, um den Einlaß 2 so zu öffnen, daß Flüssigkeit am Kolben 9 vorbei in die Kammer 1 fließen kann. Wenn die Abfüll- bzw. Dosierungspumpe den Arbeitshub beendet hat und die Flüssigkeitsströmung abgestoppt ist, wird der Sperrkör­ per 6 mit Hilfe der Ventilfeder 12 d.h. automatisch, in die in Fig. 1 gezeigte Sperrstellung zurückkehren.

Im folgenden wird die Wirkung des Absperrorgans noch in Ein­ zelheiten beschrieben.

Das am unteren Ende der Kammer 1 oder des Füllrohres befindliche Mundstück 5 ist wie schon vorher erwähnt insb. aus flexib­ lem Material hergestellt. Gemäß Fig. 2 weist es eine im wesentlichen zylindrische oder abgestumpfte Kegelform auf, die aber am unteren Ende durch vier "Falten" oder Ein­ buchtungen 14, welche symmetrisch angeordnet sind, von dieser Form abweicht; hierdurch erhält das untere Ende des Mundstücks 5 die Form eines Kreuzes (vom Stirnende aus gese­ hen). An diesem Ende sind zwei Schlitze angeord­ net, die symmetrisch und sich unter rechtem Winkel kreuzend verlaufen. Zwischen den Schlitzen 15 bilden die Einbuchtungen 14 vier im wesentlichen dreieckförmige Lappen 16, die wegen der Materialflexibilität in der Lage sind, in eine durch un­ terbrochene Linien in Fig. 1 dargestellte geöffnete Stellung ausgefaltet zu werden, wenn Flüssigkeit durch das Mundstück 5 hin­ durchtritt. Bei Abwesenheit äußerer Kräfte, wie beispielsweise solcher, die durch die Flüssigkeit bewirkt sind, werden die Schlitze 15 aber aufgrund der Materialsteifigkeit geschlossen gehalten, so daß sich die Lappen 16 in der in Fig. 2 gezeigten Stellung befinden.

Um ein Mundstück 5 von solcher Flexibilität bzw. Nachgiebigkeit und solchem Sperrvermögen zu erhalten, wie dies für die vor­ liegenden Zwecke am geeignetsten ist, hat es sich herausge­ stellt, daß es aus weichem Kunststoff oder Gummi einer Härte zwischen 25 und 40° Shore bestehen sollte. Da das Absperrorgan zuerst und vornehmlich für Molkereiprodukte bestimmt ist, ist es darüber hinaus zweckmäßig oder sogar erforderlich, ein solches Material auszuwählen, das in der Lage ist, zusam­ men mit Nahrungsmitteln verwendet zu werden, wie beispiels­ weise Nitrilkautschuk und/oder Siliconkautschuk.

Wenn das Absperrorgan gemäß der Erfindung in einer Verpackungs­ maschine montiert ist und zum Füllen von offenen Verpackungs­ behältern verwendet wird, die unterhalb der Kammer 1 oder des Füllrohres vorbeigefördert werden, wird das Füll- bzw. Spendegut, wie oben erwähnt, mit Hilfe einer Dosierpumpe durch den Einlaß 2 zugeführt. Von der in Fig. 1 gezeigten Anfangs­ stellung ausgehend wird der Sperrkörper 6 durch das auf ihn wirkende Spendegut, z.B. Flüssigkeit, vorwärtsgedrückt. Sobald der Druck im Einlaß 2 die Kraft übertrifft, mit der die Ventilfeder 12 den Sperrkörper 6 in die Schließstellung drückt, wird der Sperrkörper 6 nach Fig. 1 nach unten gedrückt, bis das obere Ende des Kolbens 9 den Einlaß 2 vollständig freigemacht hat, so daß Flüssigkeit am Kolben 9 vorbei und in die Kammer 1 hineinfließen kann. Der Sperrkörper 6 verbleibt während des Arbeitshubs der Dosierpumpe in dieser Stellung und die Flüssig­ keit tritt durch die Kammer 1 hindurch, und zwar entlang des Auslasses 4 und durch das Mundstück 5 nach unten in den nichtge­ zeigten unterhalb desselben angeordneten Verpackungsbehäl­ ter. Sobald sich das Ventil 3 öffnet, wirkt der Druck in der Kammer 1 so auf das flexible Mundstück 5, daß die Lappen 16 nach außen gefaltet werden und sich die Schlitze 15 aufweiten, wodurch die Einbuchtungen 14 des Mundstücks 5 mehr oder weniger nach außen abgeflacht sind und eine Öffnung von im wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt und der dadurch erzeugten erforderlichen Fläche bilden, die durch strichpunk­ tierte Linien in Fig. 1 veranschaulicht ist. In dieser Stel­ lung kann die Flüssigkeit ohne einen beträchtlichen Wider­ stand durch das Mundstück 5 hindurchfließen, da die Kraft, die zum Aufweiten desselben und zum Öffnen der Lap­ pen 16 benötigt wird, sehr klein ist und praktisch vernach­ lässigt werden kann.

Damit sichergestellt ist, das das aufweitbare Mundstück trotz seiner Flexi­ bilität und Biegbarkeit wieder schließt und dicht geschlossen wird, wenn der Arbeitshub der Dosierungspumpe beendet ist, wird in der Kam­ mer 1 mit Hilfe des Ventils 3 ein Vakuum erzeugt, wodurch die Lappen 16 fest zusammengedrückt werden, so daß die Schlitze 15 vollständig geschlossen sind und keine Flüssigkeit mehr passieren kann. Nach dem beendeten Pumpenhub der Dosierpumpe fallt der Druck im Einlaß 2 und auch in der Kammer 1 vorzugsweise ab; dies geschieht dadurch, daß die Ventilfeder 12 in der Lage ist, den Sperrkörper 6 in Richtung der Schließstellung zurückzu­ drehen. Während der Rückkehrbewegung in die erste Stellung tritt der obere Teil des Kolbens 9 in den Teil des Einlas­ ses 2 ein, der mit dem Kolben 9 zusammenwirkt, so daß die Verbindung zwischen dem Einlaß 2 und der Kammer 1 unterbro­ chen wird. Die weitergehende Bewegung des Sperrkörpers 6 nach oben in den Einlaß 2 hinein bewirkt, daß sich das Volumen der Kammer 1 vergrößert, wodurch ein Unterdruck in der in der Kammer befindlichen Flüssigkeit erzeugt wird; dieser Unterdruck wirkt auf das biegbare Mundstück 5 und saugt dessen Öffnungslap­ pen 16 zusammen, so daß sie dicht gegeneinander gedrückt werden und das Nachtropfen vollständig verhindern. Nach einer weiteren Aufwärtsbewegung erreicht der Sperrkörper 6 seine oberste Stellung, in der die Dichtungseinrichtung 7 am Ven­ tilsitz 8 so anliegt, daß das Ventil 3 vollständig ge­ schlossen ist. In dieser Stellung bleibt der Unterdruck in der Kammer 1 bestehen. Das bedeutet, daß die in der Kam­ mer 1 befindliche Flüssigkeitssäule mit Sicherheit in der Kammer 1 verbleibt bis der nächste Arbeitshub der Dosierungs­ pumpe das Ventil 3 wiederum zum Öffnen bringt.

Der Aufbau und die Ausbildung des Mundstücks 5 können im Rah­ men der Erfindung auch abgewandelt sein. So kann beispiels­ weise die Anzahl und Formgestalt der Schlitze 15 variieren, ebenso wie die Hauptform des Mundstücks 5 vorausgesetzt, des­ sen Funktion bleibt dieselbe. Eine besondere vorteilhafte und einfache Ausbildung des Mundstücks 5 wird erreicht, wenn es in Form eines Rohres gegossen wird, das an ei­ nem Ende radial von 3 oder 4 oder noch mehr Richtungen aus­ gehend zusammengedrückt wird. Wenn sich das Mundstück 5 für den Flüssigkeitsdurchtritt öffnet, kann es sehr leicht in eine praktisch vollständige kreisförmige Querschnittsform gebracht werden, insbesondere dann, wenn das Mundstück 5 aus dünnem und sehr biegbarem Material hergestellt ist, so daß es gemäß der Erfindung möglich ist, daß das Mundstück 5 gar nicht in üblicher Weise als ein direkt mit Dosierpumpen zusammenwirkendes Ab­ sperrventil, sondern mit Hilfe des federbelasteten Zusatzventils arbeitet, welches die Spannung am Mundstück 5 beim Rückhub der Dosierpumpe begrenzt. Darüber hinaus kann die Steifigkeit und Biegbarkeit des Mundstück­ materials variieren. Aus hygienischen Gründen sollte das Mundstück 5 in bestimmten Zeitabständen austauschbar sein; dies kann aber mit niedrigen Kosten geschehen, da die Herstellungskosten des Mundstücks 5 sehr niedrig sind.

Claims (7)

1. Absperrorgan mit einem Einlaß, einem als Auslaß dienenden verschließbaren Mundstück und einer zwischen dem Mundstück und einem Kolben befindlichen Kammer, bei dem das Mund­ stück ein elastisch verformbares Schließorgan aufweist, von dem sich biegbare Lappen in der Schließstellung an­ einanderlegen und in der geöffneten Stellung unter dem in der Kammer aufgebauten Innendruck zur Bildung einer Durch­ laßöffnung auseinanderspreizen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (9) als Teil eines federbelasteten Ventils (3) zur Verringerung des Innendrucks innerhalb der durch das Ventil (3) und das Mundstück (5) begrenzten Kammer (1) mittels der Feder (12) des Ventils (3) entgegen der zur Erhöhung des Innendrucks gerichteten Kolbenbewegung be­ wegbar ist.

2. Absperrorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mundstück (5) im wesentlichen rohrförmig ausgebil­ det ist und an einem Stirnende mindestens drei Lappen (16) aufweist, die in unterschiedliche Richtungen ausspreizbar sind.

3. Absperrorgan nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mundstück (5) vier Lappen (16) aufweist, die in der Sperrstellung am Stirnende des Mundstücks (5) in Form eines Kreuzes vom Stirnende gesehen aneinanderliegen und jeweils nach Art eines Dreiecks nach innen, in der geöff­ neten Stellung dagegen zur Bildung einer im wesentlichen rechteckförmigen Durchlaßöffnung nach außen gefaltet sind.

4. Absperrorgan nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mundstück (5) aus Gummi oder weichem Kunststoff einer Härte von 25 bis 40° Shore besteht.

5. Absperrorgan nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (9) an seiner der Kammer (1) zugewandten Stirnseite mit einer Dichtungseinrichtung (7) des Ventils (3) versehen ist, welche den Einlaß (2) von der Kammer (1) abdichtet.

6. Absperrorgan nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (9) zwischen einer die Kammer (1) öffnenden Stellung, in der ein Durchtritt zwischen dem Einlaß (2) und der Kammer (1) möglich ist, und einer Sperrstellung bewegbar ist, in der die Dichtungseinrichtung (7) dicht gegen einen Ventilsitz (8) gepreßt ist.

7. Absperrorgan nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (12) in der Sperrstellung die Dichtungsein­ richtung (7) gegen den Ventilsitz (8) drückt und die Kraft, mit der die Feder (12) wirkt, geringer ist als die Kraft, mit der das durch den Einlaß (2) fließende Material auf das Ventil (3) einwirkt.