DE3918008C1 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Füllventil zum
portionsweisen Abfüllen von fließfähigen Produkten,
insbesondere Nahrungsmitteln mit stückigen Bestandteilen
aus einem Abfüllbehälter einer Füll- und Verschließmaschine,
mit einem in einem Mundstück angeordneten und als
Ventilschieber ausgebildeten, axial beweglichen
Ventilstößel.
Beim portionsweisen Abfüllen von fließfähigen Produkten,
insbesondere von solchen Füllgütern mit stückigen
Bestandteilen, in Gefäße kommt es immer wieder vor, daß nach
dem Verschließen des Füllventils in unkontrollierter Weise
Produktreste am Mundstück oder am Ventilstößel hängenbleiben,
die sowohl zu Verunreinigungen der Maschine als auch der
Behälter führen. Das gleiche Problem tritt auf, wenn
zähflüssige Massen abgefüllt werden sollen. Beim Abtransport
der Behälter werden Produktreste in Form von Fäden
mitgeschleppt.
Es hat nicht an Versuchen gefehlt, das Problem des
Nachtropfens und Fadenbildens zu vermeiden. So hat man
versucht, durch eine schnelle Schließbewegung des
Ventilstößels das Abreißen der Produktreste zu erreichen.
Auch durch Nachspülen mit Flüssigkeit oder Dampf hat man
versucht, das Problem zu lösen. Bei anderen Lösungen wird
das abzufüllende Produkt am Austrittsende des Mundstückes
nach Beendigung des Füllvorganges rückgesaugt
(DE 37 04 901 A1; DE 32 29 162 A1). Allen anderen Lösungen
haftet der Nachteil an, daß entweder die Nachtropfrate zu
hoch ist oder aber ein großer verfahrenstechnischer Aufwand
erforderlich ist. Vielfach sind solche Lösungen aber auch
aus anderen Gründen nicht geeignet, z.B. wenn das
Füllprodukt unter aseptischen Bedingungen abgefüllt werden
soll.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Füllventil
zum portionsweisen Abfüllen von fließfähigen Produkten der
eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem bei geringem
vorrichtungstechnischen Aufbau ein Nachtropfen oder
Fadenziehen beim Abfüllen von fließfähigen Produkten
zuverlässig verhindert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der
Ventilstößel mit einer Vibrationseinheit verbunden ist,
mit der in Schließstellung der Ventilstößel in
Axialrichtung in Vibration mit einem Hub versetzbar ist,
bei dem die Schließfunktion des Ventilstößels
aufrechterhalten bleibt.
In Versuchen mit dem erfindungsgemäßen Füllventil hat sich
gezeigt, daß nach dem durch eine schnelle Schließbewegung
des Ventilstößels erfolgenden Verschließen des Ventils und
des darauffolgenden Vibrierens die am Ventilstößel
anhaftenden Produktreste, die noch nicht durch den Schlag
beim Schließen abgerissen sind, durch die Vibration
abgeschüttelt werden. Das ist immer dann der Fall, wenn
die auf die Produktreste ausgeübten Kräfte im unteren
Umkehrpunkt des Ventilstößels größer als die
Adhäsionskräfte sind.
Besonders gute Ergebnisse wurden erzielt, wenn der
Ventilstößel bestimmten Bewegungen ausgesetzt wird. So hat
es sich als besonders günstig erwiesen, wenn bei einem
Ventilstößel, dessen Öffnungs- und Schließhub etwa 40 mm
beträgt, der Hub beim Vibrieren 2 bis 20 mm ist und die
Vibrationsfrequenz bis 100 Hz, vorzugsweise 30 bis 40 Hz
und die Anzahl der Schwingungen bis 50, vorzugsweise 0,5
(Ruck) bis 10 beträgt. In der mittleren Schließposition
muß der Leerhub bis zum Öffnen kleiner als der halbe Hub
beim Vibrieren sein, damit das Ventil geschlossen bleibt.
Durch das Vibrieren werden gleichzeitig zwischen
Ventilstößel und der Stößelführung eingeklemmte Fasern und
Stücke, wie z.B. Fleisch, Gemüse usw. entfernt. Ferner wurde
beobachtet, daß je nach Produkt durch die Vibration nicht
abgeschüttelte Produktreste während der Zeit des Vibrierens
sich gleichmäßig an die Unterseite des Ventilstößels legen.
Das bedeutet, daß ein Nachtropfen bis zum nächsten Füllgang
in jedem Fall vermieden wird.
Die Vibrationseinheit kann entweder direkt an einer
Ventilstange des Ventilstößels oder über einen
Umlenkmechanismus mit dem Ventilstößel in Wirkverbindung
stehen. Die Vibrationseinheit kann im letzteren Fall
zwischen einer Zylinder-Kolben-Einheit zum Öffnen und
Verschließen des Füllventils und einem freien Arm des
Umkehrmechanismus oder aber direkt an einem brückenartigen
Lagerteil des Umkehrmechanismus angeordnet sein. Die
Vibrationseinheit kann pneumatisch, elektro-pneumatisch
oder elektrisch ausgebildet sein.
Die nach der Erfindung erfolgende Vibration des
Ventilstößels in Richtung der Schließbewegung macht es
möglich, den Ventilstößel am Ende des Schwingungsvorgangs
in einer genau definierten Position zu halten. Dies ist
wichtig, da der Ventilstößel für die anschließende
Öffnungs- bzw. Schließbewegung eine bestimmte
Ausgangsposition haben muß.
Aus der deutschen Patentschrift 11 23 545 ist zwar schon
eine Dosiervorrichtung für Schokoladenmasse und dergleichen
bekanntgeworden, bei der die Verhinderung des Nachtropfens
und Vermeidung der Fadenbildung hochviskoser,
verhältnismäßig kalter Massen durch die vereinigte Wirkung
einer Hilfskolbenpumpe und eines Vibrators ausgenutzt wird,
der das an der Austrittsöffnung der Dosiervorrichtung
beweglich angeschlossene Gießmundstück während des
Ansaughubes der Hilfspumpe in hohe Schwingungen versetzt.
Abgesehen davon, daß dort durch die notwendige Verwendung
einer Hilfspumpe ein vergleichsmäßig hoher Aufwand
erforderlich ist, greift bei der bekannten Vorrichtung der
Vibrator derart am Mundstück an, daß dieses in horizontaler
Richtung hin- und herbewegt wird. Während also bei der
vorliegenden Erfindung lediglich der Ventilstößel auf- und
abbewegt wird und das als Stößelführung dienende Ventilteil
feststeht, muß bei der bekannten Vorrichtung das gesamte
Mundstück bewegt werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung
dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 eine Fülleinrichtung mit Vibrationssystem und
einem Dosierkolben in einer senkrechten
Schnittdarstellung,
Fig. 2 das untere Ende des Füllventils in der
Füllstellung in vergrößertem Maßstab,
Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung
bei geschlossenem Füllventil,
Fig. 4 einen Antriebsmechanismus für das Vibrations
system,
Fig. 5 eine abgewandelte Ausführung der Vibrations
einrichtung und
Fig. 6 eine weitere Ausführungsvariante für die
Vibrationseinrichtung.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, steht in einer Füllstation einer
im einzelnen nicht dargestellten Füll- und
Verschließmaschine ein Produkttank 1 mit einer
Fülleinrichtung 2 in Verbindung, die ein Gehäuse mit
Mundstück 3 aufweist. Im Gehäuse ist ein Saugventil 4
angeordnet, das über einen Betätigungshebel 5 mit einer
im einzelnen nicht dargestellten Antriebseinrichtung 6
verbunden ist. Der Betätigungshebel 5 kann in Richtung des
Doppelpfeils 7 bewegt werden. Unterhalb des Saugventils
4 befindet sich ein Füllventil 8, das sich aus einem als
Ventilschieber ausgebildeten Ventilstößel 9, einer
Ventilstange 11 und gleichfalls einem Betätigungshebel 10
zusammensetzt; letzter ist wiederum zur Antriebseinrichtung
6 geführt. Der Antrieb des Füllventils wird anhand der
Fig. 4 weiter unten näher erläutert. Im Bereich der
Ventilstange 11 befindet sich ein Dosierkolben 12, der in
Richtung des Doppelpfeils 13 hin- und herbeweglich geführt
ist.
Der Ventilstößel 9 ist als sogenannter Schneidstößel
ausgebildet und ist, wie auch aus der Fig. 2 und 3
ersichtlich, in einer Stößelführung 14 geführt, die
ihrerseits im Mundstück 3 eingesetzt ist. In der
Stößelführung 14 sind seitlich Durchtrittsöffnungen 15
vorgesehen, durch die bei hochgefahrenem Ventilstößel 9
das Produkt über die untere Austrittsöffnung 16 in ein
darunter befindliches Gefäß 17 einströmen kann. Sobald der
Behälter 17 gefüllt ist, wird der Ventilstößel 9 über die
Ventilstange 11 rasch nach unten bewegt und dabei die
seitlichen Durchtrittsöffnungen 15 verschlossen, so wie
das in Fig. 3 dargestellt ist. Aus der gleichen Figur ist
ersichtlich, daß an der Stirnseite 18 des Ventilstößels
9 Produktreste haften bleiben können. Um diese
abzuschütteln oder aber auch an der Unterseite des Stößels
gleichmäßig zu verteilen, wird der Ventilstößel 9 in
Vibration versetzt. Je nach abzufüllendem Produkt kann der
Vibrationshub 5 bis 10 mm betragen. Es versteht sich, daß
dabei der Ventilstößel 9 nicht die Durchtrittsöffnungen
15 freigeben darf. Die Vibrationsfrequenz und die Anzahl
der Schwingungen sind je nach Produkt unterschiedlich. Gute
Ergebnisse bei Produkten mit stückigen Gütern haben sich
bei 30 bis 40 Hz und bei einer Schwingungsanzahl von
vorzugsweise 0,5 bis 4 Schwingungen ergeben. Unter einer
halben Schwingung ist dabei ein Aufwärtsruck zu verstehen.
Der Antrieb zum Erzeugen der Vibration des Ventilstößels
9 kann in geeigneter Weise erzielt werden. Eine denkbare
Antriebsmöglichkeit ist in Fig. 4 dargestellt. Der
Ventilstößel 9 ist dabei mittels der Ventilstange 11 mit
einem Umlenkmechanismus 19 verbunden. Dieser weist einen
brückenartigen Lagerteil 22 auf, der um eine im
wesentlichen horizontale Achse 23 schwenkbar gelagert ist.
Das Lagerteil 22 besitzt ferner einen Betätigungshebel 21
zur Ventilstange 11 sowie einen frei ausragenden Arm 24.
An diesem greift über eine Zwischenstange 25 eine
Vibrationseinheit 26 an, die pneumatisch,
elektropneumatisch oder elektrisch ausgebildet sein kann.
Hinter der Vibrationseinheit 26 befindet sich noch eine
Zylinder-Kolben-Einheit 27 zum Öffnen und Verschließen des
Ventilstößels 9.
Bei der Betätigungsvorrichtung nach Fig. 4 wird somit durch
eine einzige Einrichtung sowohl das Füllventil geöffnet
und verschlossen, als auch nach dem Schließvorgang durch
Betätigen der Vibrationseinheit 26 der Ventilstößel 9 in
die vertikale Vibrationsbewegung versetzt.
Bei der Betätigungsvorrichtung nach Fig. 5 ist die
Vibrationseinheit auf dem brückenartigen Lagerteil 22
angebracht und vollführt beim Öffnungs- bzw.
Schließvorgang die Schwenkbewegung mit. Der
Betätigungshebel 21 ist in der Vibrationseinheit schwenkbar
gelagert und angetrieben. Während der Öffnungs- bzw.
Schließbewegung wird der Betätigungshebel 21 in der
Vibrationseinheit in einer definierten Lage festgehalten.
Der Vorteil dieser Anordnung liegt in der geringeren
schwingenden Masse (nur Hebel, Stange, Stößel).
In Fig. 6 ist eine abgewandelte Ausführungsform der
Fülleinrichtung 2 dargestellt. Der Unterschied gegenüber
der Ausführung nach Fig. 1 besteht darin, daß der
Produkttank 1 und das Saugventil 4 mit dessen Antrieb
seitlich versetzt angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich
die Möglichkeit, die Vibrationseinheit 26 und die
Zylinder-Kolben-Einheit 27 für den Antrieb des
Ventilstößels 9 unmittelbar an dessen Ventilstange 11
anzuordnen.
Claims (7)
1. Füllventil zum portionsweisen Abfüllen von
fließfähigen Produkten, insbesondere Nahrungsmitteln mit
stückigen Bestandteilen aus einem Abfüllbehälter (1) einer
Füll- und Verschließmaschine, mit einem in einem Mundstück
(3) angeordneten und als Ventilschieber ausgebildeten, axial
beweglichen Ventilstößel (9),
dadurch gekennzeichnet, daß der
Ventilstößel (9) mit einer Vibrationseinheit (26) verbunden
ist, mit der in Schließstellung der Ventilstößel (9) in
Axialrichtung in Vibration mit einem Hub versetzbar ist, bei
dem die Schließfunktion des Ventilstößels (9)
aufrechterhalten bleibt.
2. Füllventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Vibrationseinrichtung eine Vibrationseinheit (26) aufweist,
die an einer Ventilstange (11) des Ventilstößels (9)
angeordnet ist.
3. Füllventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Vibrationseinrichtung eine Vibrationseinheit (26)
aufweist, die über einen Umlenkmechanismus (19) mit dem
Ventilstößel (9) in Wirkverbindung steht.
4. Füllventil nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Vibrationseinheit (26) zwischen einer Zylinder-Kolben-
Einheit (27) zum Öffnen und Verschließen des Füllventils
und einem Arm (24) des Umlenkmechanismus (19) angeordnet
ist (Fig. 4).
5. Füllventil nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Vibrationseinheit (26) an einem brückenartigen Lagerteil
(22) des Umlenkmechanismus (19) angebracht ist (Fig. 5).
6. Füllventil nach einem oder mehreren der Ansprüche
2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der
brückenartige Lagerteil (22) um eine im wesentlichen
horizontale Achse (23) schwenkbar gelagert ist und mittels
eines Arms (21) mit der Ventilstange (11) des Ventilstößels
(9) verbunden ist.
7. Füllventil nach einem oder mehreren der Ansprüche
2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Ventilstößel (9) als in einer Stößelführung (14) mit
Durchtrittsöffnungen (15) geführter Schneidstößel
ausgebildet ist.
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