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Vorrichtung zum Abfüllen dosierter Mengen einer
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flüssigen bis zähflüssigen Substanz, insbesondere einer Schokoladenmasse
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abfüllen dosierter Mengen einer flüssigen
bis zähflüssigen Substanz, insbesondere einer Schokoladenmasse, wobei die Substanz
mittels eines Kolbens durch eine Ansaugöffnung aus einem Vorratsbehälter in einen
Dosierzylinder gesaugt und aus diesem durch eine Austragöffnung in eine Düse gedrückt
wird.
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Es ist eine Vorrichtung zum Abfüllen dosierter Mengen einer Schokoladenmasse
bekannt, die einen in einem Zylinder verschiebbaren Kolben hat. Zwischen einem Vorratsbehälter
und dem Zylinder ist ein Umschaltventil eingeschaltet. Der Kolben saugt Masse durch
das Umschaltventil hindurch in den Zylinder. Nach füllung des Zylinders wird das
Umschaltventil betätigt, das den Zylinder jetzt vom Vorratsbehälter trennt und mit
einer Düse verbindet, durch die die Masse bei entsprechender Betätigung des Kolbens
herausgedrückt wird.
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Mit dieser Vorrichtung kann jeweils nur eine Düse beaufschlagt werden.
Da es im allgemeinen notwendig ist, die Masse mit einer Vielzahl von Düsen gleichzeitig
dosiert auszugeben, müssen die Dosierzylinder und die Umschaltventile in entsprechender
Anzahl vorhanden sein. Hieraus ergibt sich ein überaus großer technischer Aufwand.
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Auch war der für eine Reinigung der bekannten Vorrichtung notwendige
Aufwand verhältnismäßig hoch, denn das
Reinigen insbesondere der
Umschaltventile war entsprechend schwierig.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, den für eine Vorrichtung der
eingangs genannten Art notwendigen technischen Aufwand wesentlich herabzusetzen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß
der Kolben als um seine Längsachse drehbar angetriebener Drehkolben ausgebildet
ist, daß die Ansaugöffnung und die Austragöffnung in radialer Richtung in den Dosierzylinder
münden, daß der vordere Drehkolbenteil an einer Stelle seines Umfangs einen sich
bis zur Stirnfläche des Drehkolbens erstreckenden Ausschnitt hat und daß bei entsprechender
Drehstellung des Drehkolbens mittels der dem Ausschnitt in Umfangsrichtung benachbarten
Kolbenmantelflächen die Ansaugöffnung oder die Austragöffnung verschließbar ist.
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Da der Kolben als Drehkolben ausgebildet ist und deshalb gleichzeitig
dazu dienen kann, den Dosierzylinder entweder mit dem Vorratsbehälter oder mit der
Düse zu verbinden, sind Umschaltventile nicht mehr erforderlich.
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Hierdurch ergibt sich eine wesentliche Verringerung des technischen
Aufwandes. Hierzu gehört auch, daß das bisher erforderliche und sehr aufwendige
Reinigen der Umschaltventile entfallen kann.
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Darüber hinaus ist es vorteilhaft, daß die nach der Erz in dung ausgebildete
Vorrichtung zur gleichzeitigen Beaufschlagung mehrerer Düsen geeignet ist. Die einem
Arbeitshub des Drehkolbens entsprechende Substanzmenge läßt sich mit guter Gleichmäßigkeit
als eine Summe von Teilmengen durch eine entsprechende Anzahl von Düsen ausgeben.
Dies stellt eine weitere Verringerung des technischen Aufwandes dar, denn die Zahl
der Dosierzylinder ist entsprechend geringer.
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Die Querschnittsform eines im Drehkolben vorzusehenden Ausschnitts
kann je nach Bedarf gewählt werden. Ausgehend von dem Kreisquerschnitt des Kolbens
kann der ausgeschnittene Querschnittsteil durch eine Gerade begrenzt sein, deren
Verlauf demjenigen einer den Kreis schneidenden Sehne entspricht. Es ist aber auch
denkbar, für den Ausschnitt eine Querschnittsform zu wählen, die in Richtung auf
den Mittelpunkt des Kreisquerschnittes gesehen V-förmig, U-förmig oder auch abgerundet
verläuft.
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Es ist ferner durchaus möglich, nach dem Ausstoßen der Substanz den
Kolben vor einer Drehung ein Stück zurückzuziehen, um an den Düsen einen Rücksaugeffekt
zu erzeugen und hierdurch ein Abreißen des Substanzstromes zu unterstützen.
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Ferner ist es erfindungsgemäß auch denkbar, daß über den Umfang verteilt
mehrere Ausschnitte vorhanden sind.
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Die Lage der Ansaugöffnungen und der Austragöffnungen bestimmt die
Zahl und die Lage bzw. Form der Ausschnitte.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der
Querschnitt der Ansaugöffnung und der Strömungsquerschnitt des Ausschnitts im Drehkolben
so aneinander angepaßt sind, daß in der dem Beginn eines Ansaugtaktes entsprechenden
Stellung des Drehkolbens der Querschnitt der Ansaugöffnung zumindest angenähert
so groß ist wie der Querschnitt des Ausschnitts.
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Der während eines Ansaugtaktes den Vorratsbehälter und den Dosierzylinder
verbindende Ansaugquerschnitt vergrößert sich im Verlauf des Ansaugtaktes. Es ist
aber zweckmäßig sicherzustellen, daß der kleinste Verbindungsquerschnitt zu Beginn
eines Ansaugtaktes mindestens
noch so groß ist wie der Strömungsquerschnitt
des Ausschnitts. Einem Abreißen der Strömung während des Ansaugens wird dadurch
entgegengewirkt, daß der Strömungsquerschnitt im Ansaugbereich so groß wie möglich
gewählt wird.
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Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, wenn die dem Zylinderboden
am nächsten liegenden Umfangsbereiche der Ansaugöffnung und der Austragöffnung in
derselben radialen Ebene liegen. Das Freigeben bzw. Schließen dieser Öffnungen kann
dann jeweils in gleicher axialer Position des Drehkolbens erfolgen.
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Der Drehkolben kann antriebsseitig mit einer Kolben-Zylinder-Anordnung
gekuppelt sein, wobei auf den Drehkolben ein Zahnrad drehfest und in Längsrichtung
des Drehkolbens auf diesem verschiebbar aufgesetzt ist.
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Das Zahnrad ist hierbei Bestandteil eines den Drehantrieb des Drehkolbens
bewirkenden Getriebes und bleibt ständig drehfest mit dem Drehkolben verbunden,
unabhängig davon, in welcher axialen Position sich der Drehkolben jeweils befindet.
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Sowohl für die Montage als auch zu Reinigungszwecken ist es günstig,
wenn der Zylinderboden als abnehmbarer Deckel ausgebildet ist.
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Ferner ist es erfindungsgemäß denkbar, daß die in dem Vorratsbehälter
befindliche Substanz unter erhöhtem Druck steht. Hierdurch wird das Ansaugen der
Substanz erleichtert, insbesondere wenn ihre Viskosität verhältnismäßig groß ist.
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Wenn mit dem Drehkolben mehrere Düsen gleichzeitig beaufschlagt werden
sollen, ist es gemäß einem weiteren
Vorschlag der Erfindung zweckmäßig,
wenn die Austragöffnung des Dosierzylinders in eine Druckkammer mündet und wenn
die Druckkammer mit mehreren Austragdüsen versehen ist. Sollten irgendwann nicht
alle Düsen benötigt werden, so können einige verschlossen bzw.
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durch Stopfdüsen ersetzt werden. Hierdurch ist es möglich, die jeweiligen
Ausgabestellen für die Substanz in gewünschter Weise zu variieren.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
daß sich die Austragöffnung des Dosierzylinders und die Düsen an gegenüberliegenden
Seiten der Druckkammer befinden, daß die Düsen in die Druckkammer hineinragende
Verlängerungen aufweisen und daß in der Druckkammer über den Eingangsöffnungen der
Düsen, jedoch im Abstand von diesen, eine Prallplatte angeordnet ist. Diese dient
dem Zweck, den Förderstrom nicht unmittelbar auf die Eingangs-.
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öffnungen der Düsen gelangen zu lassen, sondern zunächst so umzulenken,
daß der in der Druckkammer herrschende Druck in allen Bereichen der Druckkammer
möglichst gleichmäßig verteilt ist, bevor er die Eingangsöffnungen der Düsen erreicht
und die Ausgabe der Substanz effektiv beginnt.
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Erfindungsgemäß wird weiterhin vorgeschlagen, daß die Prallplatte
an zwei gegenüberliegenden Seiten jeweils mittels eines Steges auf der mit den Düsen
versehenen Druckkammerwand abgestützt ist, daß sich die Stege bis zu den in ihrer
Längsrichtung befindlichen Druckkammerwänden erstrecken und daß die zwischen den
Stegen verlaufenden Seitenkanten der Prallplatte von diesen Druckkammerwänden beabstandet
sind und eine zum Durchtreten der jeweiligen Substanz dienende Aussparung begrenzen.
Die Stege sind aufgrund der vorgeschlagenen
Ausbildung in der
Lage, die Prallplatte sowohl in Richtung auf die Düsenplatte als auch in seitlicher
Richtung zu den Druckkammerwänden hin abzustützen und gegen Verschiebung zu sichern.
Die auf die beschriebene Weise gebildeten Aussparungen lassen den Förderdruck zunächst
zur Düsenplatte gelangen, so daß er sich von dort aus.in Richtung auf die Eingangsöffnungen
der Düsen weiter aufbaut.
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Ferner können die Düsen erfindungsgemäß in eine die Druckkammer begrenzende
und lösbar befestigte Düsenplatte eingesetzt sein. Hierdurch werden Montage und
Reingung vereinfacht.
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Auch können die Düsen erfindungsgemäß in der Druckkammerwand bzw.
der Düsenplatte in axialer Richtung verstellbar sein. Diese Verstellbarkeit ermöglicht
die Regulierung der aus der jeweiligen Düse austretenden Substanzmenge, so daß sich
auf diese Weise die Ausgabe gleicher Substanzmengen aus den Düsen einstellen läßt.
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Es ergibt sich eine einfache und kompakte Bauform, wenn die Druckkammer
unmittelbar an den Dosierzylinder angesetzt ist.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer
Zeichnung näher beschrieben. Im einzelnen zeigen: Figur 1 bis Figur 5 in schematischer
Darstellung die einzelnen Arbeitstakte des Drehkolbens; Figur 6 einen vertikalen
Längsschnitt durch die Vorrichtung; Figur 7 eine Draufsicht auf die in Figur 6 dargestellte
Vorrichtung;
Figur 8 eine Ansicht auf die Vorrichtung nach Figur
6 und 7, gesehen in Richtung auf den Deckel des Dosierzylinders; Figur 9 bis 13
Beispiele für unterschiedliche Ausführungsformen des Drehkolbens.
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Auf einen Dosierzylinder 10 ist ein Vorratsbehälter 11 aufgesetzt.
Dieser enthält Schokoladenmasse, die mittels eines Temperiersystems auf einer bestimmten
Temperatur gehalten wird. Zu diesem Temperiersystem gehören ein äußerer Hingraum
12 des Vorratsbehälters 11 sowie Leitungen 13.
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Der Vorratsbehälter 11 steht über eine Ansaugöffnung 14 mit dem Innenraum
des Dosierzylinders 10 in Verbindung.
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Eine Austragöffnung 15 liegt der Ansaugöffnung 14 diametral gegenüber.
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Im Dosierzylinder 10 befindet sich ein Drehkolben 16, der einen Ausschnitt
17 hat. Der r)rehkolbenquerschnitt ist hierdurch in zwei Bereiche unterteilt, nämlich
eine vordere Stirnfläche 18 und eine zurückgesetzte Stirnfläche 19. Die Stirnfläche
19 und die Ansaugöffnung 14 sind hinsichtlich ihrer Größe so aufeinander abgestimmt,
daß der in der unteren Totpunktstellung des Drehkolbens 16 vor Beginn eines Ansaugtaktes
freibleibende Teil der Ansaugöffnung 14 noch einen Querschnitt hat, der zumindest
angenähert der Größe der Stirnfläche 19 gleich ist.
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Figur 1 zeigt den Drehkolben 16 während eines Ansaugtaktes in einer
Drehstellung, in der die Austragöffnung 15 geschlossen ist. Durch die Ansaugöffnung
14 wird solange Schokoladenmasse angesaugt, bis der Drehkolben 16 die in Figur 2
gezeigte obere Totpunktstellung erreicht hat. In dieser befindet sich die vordere
Stirnfläche 18 des Drehkolbens 16 in einer Höhe kurz vor denjenigen Umfangsbereichen
der Ansaugöffnung 14 und der Austragöffnung 15, die dem durch einen Deckel 20 gebildeten
Zylinderboden am nächsten liegen und die in
Durchmesserrichtung
gesehen zueinander auf gleicher g]eicher Höhe liegen. Figur 2 zeigt den Drehkolben
16 in der oberen Totpunktlage bereits nach einer Drehung um 1800, durch die die
Ansaugöffnung 14 geschlossen und die Austragöffnung 15 freigegeben werden.
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Anschließend wird der Drehkolben 16 in Richtung auf den Deckel 20
gedrückt. Hierdurch wird die Schokoladenmasse aus der Austragöffnung 15 herausgepreßt,
bis die in Figur 4 dargestellte untere Totpunktlage des Drehkolbens 16 erreicht
ist. Anschließend wird der Drehkolben 16 unter Beibehaltung dieser Drehstellung
ein Stück zurückgezogen, um ein Rücksaugen der Substanz und damit einen besseren
Abriß der Substanzströmung an den Düsenmündungen zu erreichen. Figur 5 zeigt den
Drehkolben nach einer weiteren Drehung um 1800, durch die die Austragöffnung 15
wieder geschlossen und die Ansaugöffnung 14 freigegeben werden, so daß ein nächster
Ansaugtakt beginnen kann.
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Um den Drehkolben 16 in axialer Richtung entsprechend antreiben zu
können, ist eine zweiseitig beaufschlagbare Kolben-Zylinder-Anordnung 21 vorgesehen,
die über ein Axialpendellager 22 und eine Kupplungshülse 23 so mit dem Drehkolben
16 verbunden ist, daß letzterer um seine Längsachse drehbar bleibt. Das Axialpendellager
22 sitzt hierbei in einem Schaft 24, der das der Kolben-Zylinder-Anordnung 21 zugewandte
Ende des Drehkolbens 16 bildet.
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Auf den Schaft 24 ist ein Zahnrad 25 aufgesetzt, dessen drehfeste
Verbindung mit dem Schaft 24 durch einen Keil 26 bewirkt wird. Im übrigen ist jedoch
das Zahnrad 25 gegenüber dem Schaft 24 bzw. dem Drehkolben 16 in axialer Richtung
in einem solchen Ausmaß beweglich, wie es erforderlich ist, um die Hubbewegung des
Drehkolbens 16 zu gewährleisten. Das Zahnrad 25 steht über ein weiteres Zahnrad
27 mit einem Antriebsmotor 28 in Verbindung. Dieser ist ein Hydraulikmotor, mit
dem eine Drehbewegung des Drehkolbens 16 um jeweils 1800 bewirkt werden kann.
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Das zur Beaufschlagung desselben und der Kolben-Zylinder-
Anordnung
21 dienende hydraulische Steuersystem ist hier nicht dargestellt.
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Dem Vorratsbehälter 11 gegenüberliegend ist an den Dosierzylinder
10 eine Druckkammer 29 angesetzt. Diese ist an ihrer einen Seite durch eine Düsenplatte
30 begrenzt, die ebenso wie der Deckel 20 mit Hilfe von Schraubverbindungen lösbar
befestigt ist, so daß sich diese Teile leicht montieren und zu Reinigungszwecken
entfernen lassen.
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Die Düsenplatte 30 hat drei Reihen mit jeweils fünf Düsen 31. Diese
haben in den Innenraum der Druckkammer 29 hineinragende Verlängerungen 32 und sind
mittels eins Gewindes in die Düsenplatte 30 eingeschraubt. Die Länge der in die
Druckkammer 29 hineinragenden Teile der Verlängerungen 32 kann durch entsprechendes
Drehen der Düsen 31 genau eingestellt werden. Nach dieser Einstellung werden die
Düsen 31 in geeigneter Weise in der jeweiligen Position gegen eine weitere Verdrehung
gesichert.
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In die Druckkammer 29 ist eine zur Düsenplatte 30 parallele Prallplatte
33 eingesetzt, die sich mittels zweier zueinander paralleler Stege 34 auf der Düsenplatte
30 in einer vorgegebenen Höhe über den Enden der Verlängerungen 32 abstützt. Die
Stege 34 erstrecken sich in ihrer Längsrichtung bis zu den jeweiligen Seitenwänden
der Druckkammer 29, so daß sie in dieser Richtung gegen ein Verschieben gesichert
sind. Im übrigen liegen die Stege 34 in der anderen Richtung gesehen an den mit
der Bezugsziffer 35 bezeichneten Seitenwänden der Druckkammer 29 an, so daß die
Prallplatte 33 ausreichend fixiert ist.
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Die Prallplatte 33 ist, gesehen in Längsrichtung der Stege 34,
kürzer
als diese bzw. als die Druckkammer 29, so daß zwischen ihren rechtwinklig zu den
Stegen 34 verlaufenden Seitenkanten und der Druckkammerwandung ein Freiraum verbleibt.
Wenn durch die Austragöffnung 15 Schokoladenmasse in die Druckkammer 29 gepreßt
wird, verteilt sich die Schokoladenmasse zunächst in allen anderen Bereichen der
Druckkammer 29, bevor sie von der Düsenplatte 30 aus in Richtung auf die Eingangsöffnungen
der Düsen 31 gelangt. Bei bereits gefüllter Druckkammer 29 hat die Druckverteilung
einen entsprechenden Verlauf. Die Prallplatte 33 ist an ihrer Unterseite mit zu
den Stegen 34 rechtwinklig verlaufenden Umlenkstegen 36 versehen, die ebenfalls
zur gewünschten Druckumlenkung bzw. Druckverteilung beitragen.
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Die von dem Dreikolben 16 während eines Förderhubes geförderte Schokoladenmassenmenge
wird also in 15 gleichgroßen Teilen aus den Düsen 31 in hier nicht dargestellte
Formen oder Formteile herausgedrückt.
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Die beschriebene Vorrichtung ist zum dosierten Ausgeben flüssiger
bis zähflüssiger Substanzen beliebiger Art geeignet, und zwar nicht nur im Bereich
der Nahrungsmittelherstellung. Es ist beispielsweise auch denkbar, eine derartige
Vorrichtung auch für die zentrale Verteilung von Schmiermittel auf einzelne Schmiermittelleitungen
oder zum dosierten Zugeben von Substanzen bei der Herstellung von Kunststoffartikeln
zu verwenden. Die Arbeitsgeschwindigkeit des Drehkolbens und die für die Funktion
maßgeblichen Querschnitte lassen sich dem jeweiligen Anwendungsfall in einfacher
Weise anpassen, wobei insbesondere auch die Viskosität der jeweiligen Substanz zu
berücksichtigen ist.
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Die Figuren 9 bis 13 zeigen unterschiedliche Querschnitte eines Drehkolbens.
In Figur 9 ist der Querschnitt des Drehkolbens 16 dargestellt, dessen Ausschnitt
17 eine rechteckförmige Nut bildet.
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Für Figur 9 und Figur 10 bis 13 gilt gleichermaßen, daß der jeweilige
Eintrittsbereich für die Substanz mit E bezeichnet ist und der Lage der Ansaugöffnung
entspricht, während der Austragbereich mit dem Buchstaben A bezeichnet wurde, was
der Lage der Austragöffnung entspricht.
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In Figur 10 ist der Querschnitt des Ausschnitts abgerundet. Bei der
Ausführungsform nach Figur 11 durchsetzt der Ausschnitt den Drehkolben diametral,
so daß dieser die Form einer Gabel hat. Bei dem in Figur 12 dargestellten Drehkolben
nimmt der Querschnitt des Ausschnitts eine diametral abgeteilte Hälfte des Drehkolbenquerschnitts
ein.
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Bei der Ausführungsform nach Figur 13 sind zwei Ausschnitte vorhanden,
die sich diametral gegenüberliegen.
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Entsprechend gibt es zwei Einlaßbereiche El und E2 sowie zwei Auslaßbereiche
Al und A2, wobei sich der Drehkolben im Gegenuhrzeigersinn dreht. Mit dieser Ausführung
des Drehkolbens können auch zwei unterschiedliche Substanzen dosiert zugeführt werden.
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B e z u g s z i f f r e r n l i s t e 10 Dosierzylinder 11 Vorratsbehälter
12 Ringraum 13 Leitung 14 Ansaugöffnung 1.5 Austragöffnung 16 Drehkolben 17 Ausschnitt
18 Stirnfläche 19 Stirnfläche 20 Deckel 21 Kolben-Zylinder-Anordnung 22 Axialpendellager
23 Kupplungshülse 24 Schaft 25 Zahnrad 26 Keil 27 Zahnrad 28 Antriebsmotor 29 Druckkammer
30 Düsenplatte 31 Düse 32 Verlängerung 33 Prallplatte 34 Steg 35 Seitenwand 36 Umlenksteg