DE4431427C2 - Anordnung zum portionsweisen Dispensieren von hochviskosen Medien wie zum Beispiel Waschpaste oder Lebensmittel - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum portionsweisen Dispensieren von hochviskosen Flüssigkeiten oder Flüssigkeiten mit hohem Feststoffanteil beziehungsweise mit einem Anteil an größeren Feststoffsegmenten nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Eine Anordnung dieser Art wird als auf der Grundlage der WO/08670 A1 bekannt zugrunde gelegt.

Ein besonderes Problem ist darin zu sehen, wie sich die Falten des kollabierenden Kunststoffbehälters in den dafür vorgesehenen ringförmigen Freiraum einlegen. Bei der bekannten Anordnung ist diesbezüglich die Kolben- / Zylinder-Einheit besonders bearbeitet, d. h. der Freiraum ist separat eingearbeitet. Abgesehen davon, daß dies eine kostspielige Konfiguration ist, haftet dieser Lösung auch der Nachteil an, daß sich die starren Stirnflächen der Kolben- / Zylinder-Einheit an ggf. vorhandene Unebenheiten der Kunstoffbehälter nicht anpassen können.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht somit darin, eine Anordnung zum Dispensieren von hochviskosen Flüssigkeiten der gattungsgemäßen Art anzugeben, bei der auf der Grundlage einer konstruktiv einfachen Konzeption eine vollständige Entleerung des Kunststoffbehälters erreicht (d. h. jegliche Restmenge an Fördergut vermieden) wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch angegebene Merkmalskombination gelöst.

Die Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungs­ beispiels näher erläutert. Diese zeigt in

Fig. 1 eine Gesamt-Anordnung zur Erläuterung der einzelnen Komponenten und Funktionen zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme;

Fig. 2 eine Diagrammdarstellung der Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Anordnung;

Fig. 3 einen Kunststoffbehälter der in der Anordnung der nach Fig. 1 benutzten Art;

Fig. 4 das Druckgefäß der in der Anordnung nach Fig. 1 mit einem Kunststoffbehälter nach Fig. 3, wobei der Kunststoffbehälter weitgehend axial zusammengequetscht ist;

Fig. 5 die Realisierung der Freiräume für die Falten des Kunststoffbehälters;

Fig. 6 eine Schemadarstellung zur Erläuterung der maßlichen Verhältnisse bezüglich der Zuordnungen zwischen der Förderleitung und dem Schraubstutzen einerseits und zwischen den Freiräumen für die Falten und die Faltenbälge selbst andererseits.

In Fig. 1 ist eine Gesamtdarstellung zum portionsweisen Dispensieren von hochviskosen Medien dargestellt.

Das zu dispensierende Medium befindet sich in einem kreiszylindrischen Kunststoffbehälter 1, der - vergleiche Fig. 3 - im Zentrum der einen Stirnseite einen Schraubstutzen 2 aufweist. Dieser Kunststoffbehälter 1 ist in ein Druckgefäß 3 eingesetzt, das durch eine Kolben- / Zylinder-Einheit gebildet ist. Dazu weist das Druckgefäß 3 einen Zylinderboden 4 auf, an den - in Ruhe- beziehungsweise Ausgangsstellung - ein mit einem Füllkörper 5 bestückter Arbeitskolben 6 - gegebenenfalls mit einem Spiel W2 - anliegt. Dieser Arbeitskolben 6 bewegt sich axial (vergleiche Pfeil A) in einem Zylinderrohr 7, das an der zweiten Stirnseite über einen schwenkbar (vergleiche Bezugszeichen 8) angelenkten und über einen Schaubverschluß 8' verriegelten Zylinderdeckel 9 dicht verschlossen ist.

Der Kunststoffbehälter 1 wird nun im gefüllten Zustand in den Zylinderraum zwischen dem Arbeitskolben 6 und dem Zylinderdeckel 9 eingelegt und über seinen Schraubstutzen 2 so durch den Zylinderdeckel 9 nach außen geführt, daß zwischen dem Kunststoffbehälter 1 mit dem Schraubstutzen 2 und einer als Schlauch oder Rohr ausgeführten Förderleitung 10 eine druckdichte Verbindung hergestellt werden kann.

Nun kann der Kunststoffbehälter 1 mit seinem Inhalt durch Axialbewegung des Arbeitskolbens 6 zusammengequetscht werden und zwar in den zu dispensierenden Portionen entsprechenden inkrementalen Schritten.

Wie eingangs erwähnt ließe sich unter idealen Voraussetzungen und bei idealem Inhaltsmedium des Kunststoffbehälters 1 eine stets gleichbleibende Dosierung erreichen. Im spezifischen Anwendungsfall, d. h. in Verbindung mit hochviskosen Medien, ist dies jedoch so nicht erreichbar, wobei insbesondere anzumerken ist, daß bei etwa unharmonischer Faltung des Kunststoffbehälters 1 unkontrollierte Einschlüsse oder dergleichen Restmengen übrigbleiben.

Der erfindungsgemäßen Konstruktion zufolge ist im Hinblick auf die Dimensionierung des Zylinderraums und damit des Kunststoffbehälters 1 vorgesehen, die Beziehung

4 < d4/hl < 0,4

einzuhalten (vergleiche Fig. 3), womit erreicht wird, daß der Kunststoffbehälter 1 längs seiner Zylinderwandung sich wirklich gleichmäßig zusammenfaltet (vergleiche Fig. 4 und Fig. 6). Um nun den mit Annäherung an den Leerzustand des Kunststoffbehälters 1 entstehenden Faltenbalg (50 in Fig. 6) aufzunehmen und damit eine vollständige Entleerung des Kunststoffbehälters 1 zu erreichen, ist im Außenwandbereich zwischen den Stirnwänden des Kunststoffbehälters 1 und dem Zylinderdeckel 9 beziehungsweise der Arbeitsfläche des Arbeitskolbens 6 je ein kreisringförmiger Freiraum realisiert, in den sich - vergleiche Fig. 6 - im vollständig entleerten Zustand des Kunststoffbehälters 1 der Faltenbalg einlegen kann. Vorzugsweise ist ferner folgende Beziehung einzuhalten: M2 / M3 < 1,5: dabei bedeuten (vergleiche Fig. 5) M2 das Spiel zwischen dem Durchmesser des Zylinderrohrs 7 und dem Arbeitskolben 6 und M3 die Wanddicke des Kunststoffbehälters 1. Ist diese Beziehung eingehalten, so ist das Risiko des Einklemmens des Kunststoffbehälters zwischen dem Arbeitskolben 6 und dem Zylinderrohr 7 minimiert.

Der genannte Freiraum ist dadurch gebildet, daß am Zylinderdeckel 9 und am Arbeitskolben 6 je eine elastische Platte 11, 12, zum Beispiel eine Schaumstoffplatte, aufgelegt ist, deren Außendurchmesser kleiner ist als der Außendurchmesser des Kunststoffbehälters 1. Bezogen auf Fig. 1 (und Fig. 6) ist ohne weiteres ersichtlich, daß mit der Annäherung des Arbeitskolbens 6 an den Zylinderdeckel 9 der Kunststoffbehälter 1 axial zusammengequetscht wird und daß die umfangsseitigen Falten sich in den Kreisringen zwischen den elastischen Platten 11, 12 und dem Zylinderrohr 7 einlegen können.

Zur Betätigung des Arbeitskolbens 7 ist im Zylinderboden 4 ein Anschluß 13 für ein Druckmedium vorgesehen, der über einen Druckschalter 14 mit einem Druckgenerator (Kompressoren 15, 16) verbunden ist. Sobald der Druckschalter 14 betätigt wird, bewegt sich der Arbeitskolben 6 (Pfeil A) und der Kunststoffbehälter 1 wird zusammengedrückt.

Gemäß der zeichnerischen Darstellung in Fig. 1 ist noch anzumerken, daß der Arbeitskolben 6 mit einer axial nach außen abstehenden Kolbenstange 17 verbunden ist, die endseitig eine Nockenscheibe 18 trägt. Über diese Nockenscheibe 18 werden Schalter, beispielsweise Mikroschalter, betätigt, deren einer (19) der Ruhe­ (beziehungsweise Ausgangs-) Stellung entspricht und deren zweiter (20) die gesamte Anordnung nach Erreichen des Maximalhubs des Arbeitskolbens 6, d. h. im Leerzustand des Kunststoffbehälters 1, abschaltet. Darüberhinaus ist ein dritter Mikroschalter 21 vorgesehen, der beispielsweise dann aktiviert wird, wenn der Arbeitskolben 6 den Kunststoffbehälter 1 so weit zusammengequetscht hat, daß nur noch (etwa) 10% Restmenge enthalten sind. Dieser dritte Mikroschalter 21 kann zum Beispiel mit einem Warnhorn 22 und/oder einer Warnlampe 23 verbunden sein.

Zur Klarstellung bezüglich der einzelnen Positionen beziehungsweise Stationen des Arbeitskolbens 6 und damit der Kolbenstange 17 sind die Lagen X0 (Festanschlag des Arbeitskolbens 6), X1 (Ruhestellung des Arbeitskolbens 6), X2 (10% Resthub beziehungsweise Restmenge), X3 (extreme Behälterfaltung) und X4 (Maximalhub des Arbeitskolbens 6) eingezeichnet.

Wie bereits mehrfach erwähnt, wird das aus dem Kunststoffbehälter 1 ausgedrückte Medium in die Förderleitung 10 gequetscht, die - was anhand von Fig. 6 noch näher erläutert wird - druckdicht mit dem Schraubstutzen 2 des Kunststoffbehälters 1 verbunden ist, und zwar so, daß das Anschlußelement der Förderleitung 10 vollständig in den Schraubstutzen 2 eintaucht. Auf diese Weise wird - auch in Verbindung mit kleinen Kunststoffbehältern 1 - gewährleistet, daß die Restmenge letztendlich vernachlässigbar klein ist.

Über die Förderleitung 10 wird das Medium einem Dosierlement 30 zugeführt. Dieses Dosierelement 30 besteht aus einer die Stirnseite der Förderleitung 10 fixierenden Rohraufnahme 31, an die ein zylindrisches Auslaufgehäuse 32 mit einer seitlich abstehenden Auslaufdüse 40 anschließt. An dieses Auslaufgehäuse 32 ist ein zylindrisches Rohr 33 angeflanscht.

Das zylindrische Rohr 33 und das Auslaufgehäuse 32 stehen funktional über einen Kolbenstößel 34 in Wechselwirkung. Dabei steht der Kolbenstößel 34 - in der in Fig. 1 gezeichneten Dichtstellung - über einen endseitigen Umlaufflansch 35 im vorgegebenen Abstand einer im zylindrischen Rohr 33 angeordneten Kreisringscheibe 36 gegenüber, die eine Durchgangsbohrung für den Kolbenstößel 34 aufweist. Im zylindrischen Rohr 33 ist ferner eine Druckfeder 37 eingesetzt, die den Kolbenstößel 34 gegen eine stirnseitige Abdeckung 38 des zylindrischen Rohrs 33 vorspannt. In die Abdeckung 38 ist ferner eine Anschlagschraube 39 eingedreht, die den maximalen Hub des Kolbenstößels 34 definiert.

Über den ins Auslaufgehäuse 32 eintauchenden Kolben des Kolbenstößels 34 ist ein elastischer Balg 41 gezogen, der im Ruhezustand gegen die Stirnseite der Förderleitung 10 anliegt und diese - vergleiche die zeichnerische Darstellung - über eine trichterförmige Aufweitung des Förderleitungsendes abdichtet. Die Förderleitung 10 ist verschlossen und über die Auslaufdüsen 40 kann kein Medium dosiert werden. Sobald dosiert, d. h. Portionen ausgegeben werden sollen, wird über den Ringraum zwischen dem Umlaufflansch 35 des Kolbenstößels 34 und der Kreisringscheibe 36 Druckmedium zugeführt. Der Kolbenstößel 34 wird gegen die Kraft der Druckfeder 37 bewegt und damit wird der Balg 41 von der Förderleitung 10 abgehoben. Damit kann nun das zu dispensierende Medium aus dem Kunststoffbehälter 1 über die Auslaufdüse 40 portionsweise abgegeben werden (vergleiche Pfeil B).

Das zu portionierende Medium steht in der Förderleitung 10 unter konstantem Druck an und über den Kolbenstößel 34 wird dann jeweils eine Portion des zu portionierenden Förderguts über die Auslaufdüse 40 abgegeben. Zur Betätigung des Kolbenstößels 34 dient ein Schalter 42, über den der genannte Ringraum zwischen dem Umlaufflansch 35 und der Kreisringscheibe 36 mit Druckmedium beaufschlagt wird, und zwar über ein Steuerventil 43, das den genannten Ringraum mit dem Druckgenerator (Kompressoren 15/16) verbindet.

Zur Klarstellung bezüglich der Positionen des Kolbenstößels 34 sind die Lagen Y0 (Festanschlag), Y1 (Ruhestellung) und Y2 (Maximalhub) in der Fig. 1 eingezeichnet. Die Differenz Y2-Y1 entspricht dabei dem Arbeitshub W3 des Kolbenstößels 34.

Bezugnehmend auf Fig. 1 soll ergänzend noch folgendes angemerkt werden:

Wie bereits erwähnt wird die Anordnung über den Druckschalter 14 aktiviert. Dieser Druckschalter 14 weist drei Schaltpunkte auf, über die wiederum drei Mikroschalter 141, 142, 143 betätigt werden. Der Mikroschalter 141 entspricht dabei dem Mindesarbeitsdruck P1 der Anordnung, während die beiden anderen Mikroschalter 142 und 143 als Ausschalter für die zwei als Druckgenerator wirkenden Kompressoren 15 beziehungsweise 16 dienen.

Der Anschluß 13 für den Arbeitskolben 6 ist darüberhinaus mit einem Druckablaßventil 44 gekoppelt, das seinerseits über einen weiteren Schalter 45 betätigt wird und dann erforderlich ist, wenn zum Beispiel der Kunststoffbehälter 1 gewechselt werden soll.

In der Gesamtanordnung nach Fig. 1 sind ferner zwei Datenverarbeitungseinrichtungen 100 beziehungsweise 101 dargestellt, die als Dosierzeit-Rechner im System integriert sind. Diese beiden Rechner sind jedoch nicht gleichzeitig vorhanden - entweder wird die Dosierzeit in Abhängigkeit von einem Zustandsignal des zu fördernden Mediums ermittelt (zum Beispiel über einen Drucksensor 100'), oder die Dosierzeit wird abhängig vom Druckmedium errechnet, Grundsätzlich können die Dosierzeit-Rechner auch über empirisch aufgenommene Steuerkurven betrieben werden.

Die Funktions- und Betriebsweise der in Fig. 1 dargestellten und im vorstehenden erläuterten Anordnung wird im nachfolgenden anhand des in Fig. 2 dargestellten Diagramms beschrieben:

Zu einem fiktiven Ausgangszeitpunkt t0 herrscht im Gesamtsystem atmosphärischer Druck P0 und die Schaltstellung des Schalters (42) für das Steuerventil 43 sei so, daß dieses Steuerventil 43 sich in AUS-Stellung befindet. Die beiden den Druckgenerator bildenden Kompressoren 15 und 16 seien eingeschaltet.

Nach einer Druckaufbauzeit ist ein Mindest-Arbeitsdruck P1 überschritten und schließlich ein Druck P4 erreicht. Die Anordnung ist betriebsbereit, der Kompressor 16 wird abgeschaltet. Werden nun - vergleiche t2, t3, t4 - durch Einschalten des Steuerventils 43 drei Portionen ausgegeben, so fällt der Betriebsdruck zum Beispiel bis P2 wieder ab; der Kompressor 15 schaltet kurzfristig ein - bis P4 wieder erreicht ist - und wird vom Kompressor 16 abgelöst, der den Arbeitsdruck auf P7 anhebt. Der Kompressor 16 schaltet wieder ab und die Anordnung kann weiter betrieben werden, wobei das vorgenannte Wechselspiel stets aufs Neue abläuft.

In Fig. 3 ist ein Kunststoffbehälter 1 der in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendeten Art dargestellt. Dieser Kunststoffbehälter 1 ist der Konfiguration des Arbeitszylinders entsprechend als Kreiszylinder ausgebildet, der - axial betrachtet - aus zwei in einer Falt- /Trennebene 47 miteinander verschweißten Hälften besteht. Die eine - in der Zeichnung obere - Hälfte weist den Schaubstutzen 2 auf, darüberhinaus weist diese Hälfte noch eine Mehrzahl nach außen erhabener, radialer Fließrillen 48 auf, über die beim axialen Zusammenquetschen des Kunststoffbehälters 1 das Restgut gut zum Schraubstutzen 2 und damit zur Förderleitung (10) hin abschließen kann.

In Fig. 4 ist die aus dem Druckgefäß 3 und dem Kunststoffbehälter 1 bestehende Funktionseinheit in einer Arbeitsstellung dargestellt, in der der Mikroschalter 21 zur Signalgabe bezüglich des Resthubs aktiviert ist. Der Kunststoffbehälter 1 ist soweit zusammengequetscht, daß seine Wandung gleichmäßig zusammengefaltet ist und einen entsprechenden Faltenbalg 50 bildet. Wie bereits erwähnt, entspricht diese Position dem Resthub und damit einem Restvolumen im Kunststoffbehälter 1 von ca. 10%.

In Fig. 5 ist die Realisierung der Freiräume zum Einlegen des Faltenbalges 50 beim restlosen Zusammenquetschen des Kunststoffbehälters 1 dargestellt. Fig. 5 zeigt das Zylinderrohr 7 der Kolben- / Zylinder-Einheit, längs dem der Arbeitskolben 6 bewegt wird. Zur Abdichtung zwischen dem Druckraum des Druckmediums und dem Arbeitsraum mit dem Kunststoffbehälter 1 ist dabei eine Ringdichtung 65 eingelegt. Das Spiel zwischen dem Arbeitskolben 6 und dem Zylinderrohr 7 entspricht dem eingezeichneten Maß M2 und dieses Spiel muß zur einwandfreien Funktion der gesamten Anordnung relativ zur Wanddicke M3 des Kunststoffbehälters 1 der Beziehung M2 / M3 < 1,5 gehorchen.

Gemäß Fig. 5 wird der Freiraum zur Ablage des Faltenbalges 50 durch elastische Platten 11 (12 im Bereich des Zylinderdeckels 9) gebildet, die umfangsseitig einen definierten Kreisring freilassen. In diesem Freiraum können sich die Falten ungehindert einlegen, wobei gegebenenfalls umfangseitig am Arbeitskolben 6 noch ein Stützring 66 eingelegt werden kann.

Die elastischen Platten 11, 12 sind dabei so dimensioniert, daß die Fließrillen 48 - vergleiche Fig. 3 - nicht beeinträchtigt werden.

In Fig. 6 ist ein Kunststoffbehälter 1 in seinem restlos ausgequetschten Zustand und die Zuordnung zwischen dem Endstück der Förderleitung 10 einschließlich Leitungsstück 51 und dem Schraubstutzen 2 des Kunststoffbehälters 1 dargestellt.

Aus der Darstellung nach Fig. 6 ist insbesondere der Faltenbalg 50 zu ersehen, der letztlich im kreisringförmigen Freiraum am Umfang des Zylinderrohrs 7 eintaucht. Die Höhe h3 des Faltenbalgs 50 ist somit ein Maß für die Höhe W6 beziehungsweise W7 der elastischen Platten 11/12 im zusammengequetschten Zustand beziehungsweise der Einziehung 67 am Arbeitskolben 6. Das Maß h2 entspricht dabei der doppelten Wandstärke M3 des Kunststoffbehälters 1. Bezüglich der in Fig. 6 eingezeichneten Maße gilt

W6 + W7 < W1 + W2 < h3,

wobei W1 und W2 dem Quetschmaß der elastischen Platten 11/12 entspricht.

Im Hinblick auf die Verbindung zwischen der Förderleitung 10 und dem Schraubstutzen 2 sei angemerkt, daß die Maße h4 und h5 vorzugsweise gleich sind, da sonst bei kleinen Kunststoffbehältern 1 zu große Restmengen verbleiben würden.

Claims (1)

1. Anordnung zum portionsweisen Dispensieren von hochvis­ kosen Flüssigkeiten oder Flüssigkeiten mit hohem Fest­ stoffanteil beziehungsweise mit einem Anteil an größe­ ren Feststoffsegmenten,
insbesondere zur Verwendung für viskose Medien wie zum Beispiel Waschpaste oder Lebensmittel,
wobei das Fördergut in einem flexiblen, mit einem ange­ formten Schraubstutzen versehenen Kunststoffbehälter bereitgestellt ist,
der einerseits in ein Druckgefäß eingesetzt ist und andererseits über den Schraubstutzen druckdicht mit einer Förderleitung verbunden ist, die das Fördergut endseitig über ein Dosierelement abgibt, und wobei ferner,

• a) das Druckgefäß (3) als Kolben- / Zylinder-Einheit ausgebildet ist,
• b) der Kunststoffbehälter (1) kreiszylindrisch ausge­ bildet und bezüglich des Außendurchmessers dem Innendurchmesser des Druckgefäßes (3) angepaßt ist,
• c) im Außenrandbereich zwischen den Stirnseiten des Kunststoffbehälters (1) und dem Zylinderdeckel (9) beziehungsweise der Kolbenfläche des Arbeitskolbens (6) je ein ringförmiger Freiraum realisiert ist, und
• d) der Kunststoffbehälter (1) in den Arbeitsraum der Kolben- / Zylinder-Einheit eingelegt und mittels des Kolbens (6) axial zusammendrückbar ist, wodurch das Fördergut in die Förderleitung (10) gequetscht wird und wobei der Kunststoffbehälter (1) unter Faltung seiner zylindrischen Wandung so zusammengedrückt wird, daß sich die Falten (50) mit Annäherung an den Leerzustand des Kunststoffbehälters (1) im ringförmigen Freiraum einlegen,

dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Freiraum durch elastische Platten (11, 12) gebildet ist, die zwischen den Stirnseiten des Kunststoffbehälters (1) und dem Zylinderdeckel (9) beziehungsweise der Kolbenfläche (6) eingelegt sind, und deren Außendurchmesser kleiner ist als der Außen­ durchmesser des Kunststoffbehälters (1).