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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Abfüllventil
mit einer mittels einer einzigen Betätigungsvorrichtung regelbaren
Durchflußmenge.
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Aus dem Dokument FR-A-2.736.339 ist
ein Abfüllventil
bekannt, das ein Ventilgehäuse
umfaßt, in
dem einerseits ein Ventilkörper
befestigt ist, dessen Öffnen
und Schließen
das Fließen
bzw. Nicht-Fließen
des Produktes bewirken, sowie andererseits ein Durchflußmengenregelelement,
das ein Variieren der Durchflußmenge
im Inneren des Abfüllventils
unabhängig
vom Öffnen
des Ventilkörpers
gestattet, um unabhängig
vom Öffnungsgrad
des Ventilkörpers
ein gleichmäßiges Fließen des
Produktes zu erzielen.
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Die Unabhängigkeit der Bewegung des Ventilkörpers und
des Durchflußmengenregelelements setzt
die Verwendung von zwei getrennten Betätigungsvorrichtungen voraus,
die auf synchronisierte Weise gesteuert werden. Diese Bestimmung
führt nicht
nur zu einem großen
Raumbedarf des Abfüllventils,
sondern auch zu einer hohen Komplexität der Steuerelektronik, und
zwar insbesondere wenn die Abfüllmaschine
eine große
Anzahl von Abfüllventilen umfaßt, wie
dies bei den derzeitigen Abfüllanlagen
im allgemeinen der Fall ist.
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Ein erstes Ziel der Erfindung ist,
ein Abfüllventil
mit regelbarer Durchflußmenge
vorzuschlagen, das mit einer einzigen Betätigungsvorrichtung funktionieren
kann.
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Zur Umsetzung dieses Ziels wird erfindungsgemäß ein Abfüllventil
mit regelbarer Durchflußmenge
vorgeschlagen, das ein Ventilgehäuse
umfaßt,
in dem ein sich gegenüber
einem Ventilsitz erstreckender Ventilkörper und ein Durchflußmengenregelelement
montiert sind, das stromaufwärts
des Ventilkörpers
angeordnet ist und sich gegenüber
einer Verengung des Ventilgehäuses
erstreckt, wobei der Ventilkörper
und das Durchflußmengenregelelement
mit einer einzigen Betätigungsvorrichtung
durch Mittel verbunden sind, die eine begrenzte axiale Verschiebung
des Regelelementes und des Ventilkörpers relativ zueinander ermöglichen.
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Obgleich nur eine einzige Betätigungsvorrichtung
verwendet wird, ist es so möglich,
unterschiedliche Bewegungen des Ventilkörpers und des Durchflußmengenregelelements
zu erzielen.
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Ferner ist bekannt, daß aufgrund
des Aufpralls des Produktstrahles auf dem Behälterboden zu Beginn des Abfüllvorgangs
die Gefahr einer Schaumbildung besteht, die abträglich für einen einwandfreien Ablauf
des Abfüllzyklus
ist. Ebenso besteht am Ende des Abfüllvorgangs zum Zeitpunkt des
Schließens
des Ventilkörpers
die Gefahr einer Verformung des Strahls, die an der Außenseite
des Behälters Spritzer
verursacht. Um diese Nachteile zu umgehen, sieht man in dem vorgenannten
Dokument vor, daß die
Durchflußmenge
durch das Durchflußmengenregelelement
zum Zeitpunkt des Öffnens
bzw. des Schließens
des Ventilkörpers
reduziert wird. Das nahezu völlige
Schließen
des Durchflußmengenregelelements
könnte
aber insbesondere im Falle eines dickflüssigen Produktes zu einer unzureichenden
Versorgung des unteren Teils des Abfüllventils zwischen zwei Zyklen
führen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante
der Erfindung sind die Mittel, die eine begrenzte axiale Verschiebung
ermöglichen,
dazu geeignet, eine Betätigung
des Durchflußmengenregelelements in
einer Stellung mit maximaler oder minimaler Durchflußmenge zu
ermöglichen,
während
der Ventilkörper
in einer Schließstellung
ist. Ausgehend von einer Stellung, in der der Ventilkörper geschlossen
ist und das Regelelement in einer Stellung mit maximaler Durchflußmenge ist,
können
die folgenden Schritte ausgeführt
werden:
- – Herabsetzen
der Durchflußmenge
bis zu einer Stellung mit im wesentlichen minimaler Durchflußmenge,
- – fortschreitendes Öffnen des
Ventilkörpers,
während
man entsprechend die von dem Durchflußmengenregelelement gelieferte
Durchflußmenge erhöht,
- – fortschreitendes
Schließen
des Ventilkörpers, während man
die von dem Durchflußmengenregelelement
gelieferte Durchflußmenge
entsprechend bis zu einem vollständigen
Schließen
des Ventilkörpers
verringert,
- – Zurückstellen
des Durchflußmengenregelelements
in eine Stellung mit maximaler Durchflußmenge.
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Auf diese Weise ist zum Zeitpunkt
des Öffnens
des Ventilkörpers
aufgrund der Einstellung des Durchflußmengenregelelements auf eine
im wesentlichen minimale Durchflußmenge die Kraft des Produktstrahls
gering, so daß auch
der Auf prall auf den Boden des Behälters gering ist und die Gefahr
einer Schaumbildung auf ein Minimum herabgesetzt ist. Ebenso setzt
während
des Schließens
des Ventilkörpers
die Reduzierung der Durchflußmenge,
die durch das Durchflußmengenregelelement
sichergestellt wird, die Verformung des Strahls auf ein Minimum herab
und ermöglicht
die Vermeidung von Spritzern auf der Außenseite des Behälters, und
der Durchtritt durch eine Stellung mit maximaler Durchflußmenge zwischen
dem Schließen
des Ventilkörpers
und dem darauffolgenden Zyklus ermöglicht das Erzielen einer ausreichenden
Versorgung des Abfüllventils
stromabwärts
des Durchflußmengenregelelements.
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Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung ergeben sich aus dem Studium der folgenden Beschreibung
von drei besonderen, die Erfindung nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Figuren, in denen zeigen:
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1 eine
schematische Längsschnittansicht
eines erfindungsgemäßen Abfüllventils
in einer Stellung zu Beginn und am Ende des Abfüllzyklus,
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2 eine
zur Ansicht der 1 analoge Ansicht
in einer Stellung kurz nach dem Beginn eines Abfüllzyklus,
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3 eine
zur Ansicht der 1 analoge Ansicht
in einer Stellung in der Mitte des Abfüllzyklus,
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4 eine
zur Ansicht der 1 analoge Ansicht
in einer Reinigungsstellung des Abfüllventils,
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5 eine
schematische Teillängsschnittansicht
eines Abfüllventils
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung in einer Stellung zu Beginn und am Ende des Abfüllzyklus,
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6 und 7 zur Ansicht der 5 analoge Ansichten des
Abfüllventils
gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
in aufeinanderfolgenden Stellungen, die unmittelbar auf das Ende
des Abfüllzyklus folgen,
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8 eine
zur Ansicht der 5 analoge Ansicht
des Abfüllventils
gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
in einer Stellung in der Mitte des Abfüllzyklus,
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9 eine
zur Ansicht der 5 analoge Ansicht
des Abfüllventils
gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
in einer Stellung in der Mitte des Abfüllzyklus,
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10 eine
Ansicht einer Anschlagscheibe des Abfüllventils nach dem dritten
Ausführungsbeispiel
von unten, und
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11 eine
Ansicht des Ventilgehäuses
des Abfüllventils
gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
im Querschnitt entlang der Linie XI-XI der 9.
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Unter Bezugnahme auf die 1 umfaßt das Abfüllventil gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ein Ventilgehäuse 1,
in dem ein Ventilkörper 2 und
eine allgemein mit 3 bezeichnete Durchflußmengenregelvorrichtung montiert sind,
die ein Durchflußmengenregelelement 4 in Form
einer Scheibe umfaßt,
die gegenüber
einem Abschnitt des Ventilgehäuses 1,
der eine Verengung 5 mit veränderlichem Querschnitt umfaßt, verschiebbar
gelagert ist.
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Die Verschiebungen des Ventilkörpers 2
im Inneren des Ventilgehäuses 1 werden
durch eine Steuereinrichtung sichergestellt, die Platten 6 aus rostfreiem,
magnetischem Stahl enthält,
deren untere Enden am Ventilkörper 2 befestigt
und deren obere Teile mit Ringen 7 aus einem Material mit
hoher magnetischer Permeabilität
verbunden sind, die so gelagert sind, daß sie an einer Hülse 8 aus
nichtmagnetischem Material (in der Figur durch eine dicke Linie dargestellt)
verschiebbar sind, in der ein Magnetfelderzeuger 9 gegenüber den
Ringen 7 verschiebbar gelagert und am unteren Ende einer
Steuerstange 10 befestigt ist. Die Platten 6 erstrecken
sich vertikal und radial im Inneren des Ventilgehäuses 1 und
gewährleisten
so nicht nur eine mechanische Verbindung der Ringe 7 mit
dem Ventilkörper 2,
sondern auch eine magnetische Brücke
zwischen den Ringen 7 und sie haben eine Anti-Wirbelwirkung,
wenn das Abfüllventil an
einem Karussell befestigt ist.
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Ebenso ist das Durchflußmengenregelelement 4 aus
einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität hergestellt
und verschiebbar um die nichtmagnetische Hülse 8 gelagert. Das
Durchflußmengenregelelement 4 ist über kleine
Säu len 12,
die sich in Längsrichtung
des Ventilgehäuses 1 erstrecken,
mit einem Ring 11 aus einem Material mit hoher magnetischer
Permeabilität
verbunden. Ein Magnetfelderzeuger 13 erstreckt sich im
Inneren der nicht-magnetischen Hülse 8 gegenüber dem
Ring 11 und dem Durchflußmengenregelelement 4 und
ist mit einem Steuerrohr 14 verbunden.
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In seinem oberen Teil ist das Steuerrohr 14 mit
einer Steuerplatte 15 versehen, die verschiebbar an einer
Führungsstange 16 gelagert
ist, deren unteres Ende am Ventilgehäuse 1 befestigt ist,
das seinerseits dazu geeignet ist, am Rahmen einer Maschine befestigt
zu werden, und deren oberes Ende an einer Trägerplatte 17 befestigt
ist, die ebenfalls dazu geeignet ist, an dem Rahmen einer Maschine
befestigt zu werden. Die Platte 17 trägt einen Schrittmotor 18,
an dem eine Schraube 19 angebracht ist, die mit einem Betätigungselement 20 in
Form einer Platte verbunden ist, die sich senkrecht zur Schraube 19 erstreckt.
Das Betätigungselement 20 ist
an der Schraube 19 befestigt, um die Drehung der Schraube 19 in
eine vertikale Verschiebung des Betätigungselements 20 umzuwandeln.
Das Betätigungselement 20 ist
ebenfalls verschiebbar an der Führungsstange 16 gelagert,
die auf diese Weise nicht nur eine Führungsfunktion gewährleistet,
sondern auch die Drehung des Betätigungselements 20 während der
Drehung der Schraube 19 verhindert. Der Schrittmotor 18,
die Schraube 19 und das Betätigungselement 20 bilden
eine allgemein mit 27 bezeichnete Betätigungsvorrichtung.
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Das Betätigungselement 20 ist
mit der Steuerplatte 15 des Durchflußmengenregelelements 4 über eine
Verbindungsstange 21 verbunden, die an ihrem oberen Ende
starr an dem Betätigungselement 20 und
an ihrem unteren Ende starr an der Steuerplatte 15 befestigt
ist.
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Das Betätigungselement 20 trägt ebenfalls eine
Führungsstange 22,
die sich vertikal erstreckt und deren oberes Ende an dem Betätigungselement 20 befestigt
ist und deren unteres Ende einen Endanschlag 23 umfaßt. Darüber hinaus
ist die Steuerstange 10 des Ventilkörpers 2 an ihrem oberen
Ende mit einem Ventilkörperstellelement 24 in
Form einer Platte versehen, die sich senkrecht zur Führungsstange 22 erstreckt
und an derselben verschiebbar gelagert ist. Eine Feder 25 ist
um die Führungsstange
22 herum angebracht und kommt an ihrem oberen Ende an dem Betätigungselement 20 sowie
an ihrem unteren Ende an dem Ventilkörperstellelement 24 zur
Anlage. Die Feder 25 bildet so ein elastisch ver formbares Verbindungselement
zwischen dem Betätigungselement 20 und
dem Stellelement 24 der Ventilkörperstellvorrichtung, die die
Steuerstange 10 und das Stellelement 24 umfaßt.
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In der in 1 gezeigten Stellung ist das Betätigungselement 20 in
einer unteren Stellung, derart, daß die Steuerplatte 15 des
Durchflußmengenregelelements 4 ihrerseits
in einer unteren Stellung ist. Gemäß dem gezeigten bevorzugten
Ausführungsbeispiel
ist die Länge
des Steuerrohres 14 derart bemessen, daß das Durchflußmengenregelelement 4 dann
so unterhalb der Verengung 5 des Ventilgehäuses 1 angeordnet
ist, daß es
eine maximale Durchflußmenge
durch die Verengung 5 gestattet. Parallel dazu ist die
relative Länge
der Ventilkörpersteuerstange 10 derart,
daß bei
dieser Stellung des Betätigungselements 20 der
Ventilkörper 2 an
seinem Ventilsitz 28 anliegt, während die Steuerplatte 24 relativ zum
Endanschlag 23 nach oben versetzt ist. Die Feder 25 ist
folglich komprimiert, und die Kraft, die sie auf die Steuerplatte 24 ausübt, bewirkt
die Anlage des Magnetfelderzeugers 9 an einer Schulter 29 des nicht-magnetischen
Rohres 8. Der Ventilkörper 2 wird
so in der Schließstellung
geschlossen gehalten, während
sich das Durchflußmengenregelelement 4 in
einer Stellung mit maximaler Durchflußmenge befindet, die eine Versorgung
des unteren Teils des Ventilgehäuses 1 ohne
die Gefahr eines Einschlusses einer Luftblase gestattet, selbst
bei einem Produkt mit hoher Viskosität.
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In dieser Stellung beginnt der Abfüllzyklus. Ausgehend
von dieser Stellung wird der Schrittmotor 18 so gesteuert,
daß er
sich in einer Richtung dreht, die ein Hochziehen des Betätigungselements 20 bewirkt.
Die nach oben gerichtete Bewegung des Betätigungselements 20 ruft
eine unmittelbare Bewegung des Durchflußmengenregelelements 4 nach
oben hervor und gleichzeitig eine Bewegung des Endanschlags 23 nach
oben. Solange der Endanschlag 23 nicht mit der Steuerplatte 24 in
Kontakt ist, bleibt jedoch der Ventilkörper 2 geschlossen.
Ab dem Zeitpunkt, zu dem der Endanschlag 23 mit der Steuerplatte 24 in
Kontakt steht, bewirkt eine weitere Bewegung des Betätigungselements 20 nach
oben ein Öffnen
des Ventilkörpers 2 durch
Mitnahme der Steuerstange 10. Der Hub des Endanschlags 23 ist
derart festgesetzt, daß zum
Zeitpunkt, zu dem dieser in Kontakt mit der Steuerplatte 24 kommt,
sich das Durchflußmengenregelelement 4 gegenüber dem
minimalen Querschnitt der Verengung 5 befindet.
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In der in 2 gezeigten Stellung kurz nach dem Beginn
des Öffnens
des Ventilkörpers 2 entspricht
die Stellung des Durchflußmengenregelelements 4 noch
einer im wesentlichen minimalen Durchflußmenge. Der dynamische Druck
des Produktstrahls, der aus dem Abfüllventil fließt, ist
folglich gering, und man vermeidet auf diese Weise, die Schaumbildung
zu Beginn des Abfüllvorgangs.
Nach einem kurzen Augenblick, der gestattet, daß in den Behälter eine
Produktmenge eingefüllt
wird, die ausreicht, um den Aufprall des Strahls auf die obere Fläche des
in dem Behälter
enthaltenen Produktes zu dämpfen,
wird der Schrittmotor 18 erneut betätigt, um die Verschiebung des
Betätigungselements 20 nach oben
fortzusetzen.
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Bei dieser Bewegung verschieben sich
das Durchflußmengenregelelement 4 und
der Ventilkörper 2 gleichzeitig
nach oben bis in eine Stellung mit maximaler Durchflußmenge des
Durchflußmengenregelelements 4 und
maximaler Öffnung
des Ventilkörpers 2,
wie in 3 gezeigt. Das
Abfüllventil
bleibt während
des größten Teils
des Abfüllzyklus
in dieser Stellung. Am Ende des Abfüllvorgangs wird der Schrittmotor 18 in
eine Richtung bewegt, die eine Verschiebung des Betätigungselements 20 nach
unten bewirkt. Der Ventilkörper 2 und
das Durchflußmengenregelelement
verschieben sich aufgrund der durch die Feder 25 ausgeübten Kraft
gleichzeitig nach unten, wobei die Feder die Steuerplatte 24 in Anlage
an dem Endanschlag 23 hält.
Kurz vor dem Schließen
des Ventilkörpers 2 sind
das Durchflußmengenregelelement 4 und
der Ventilkörper 2 erneut in
der in 2 gezeigten Stellung.
Während
die Bewegung des Betätigungselements 20 nach
unten fortgesetzt wird, kehrt das Abfüllventil in die in 1 gezeigte Stellung zurück. Das
Abfüllventil
ist bereit für
einen neuen Zyklus.
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Während
der Reinigung wird das Betätigungselement 20 in
die obere Stellung gebracht, und ein Verschluß 30, der einen zentralen
Stift 31 umfaßt, wird
auf an sich bekannte Weise am unteren Teil des Ventilgehäuses 1 angeordnet,
und dann wird das Betätigungselement 20 in
eine untere Stellung gebracht. In dieser Stellung, die in 4 gezeigt ist, ist das Durchflußmengenregelelement
in einer Stellung mit maximaler Durchflußmenge, und der Ventilkörper 2 wird
durch den Stift 3i weit offen gehalten, wodurch ein Abfließen des
Reinigungsproduktes ermöglicht wird.
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Unter Bezugnahme auf die 5 umfaßt das Abfüllventil gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel der
Erfindung ein Ventilgehäuse 101,
in dem ein Ventilkörper
102 angeordnet
ist, der an seinem stromaufwärtigen
Abschnitt mit radialen Flügeln 113 versehen ist,
sowie ein Durchflußmengenregelelement 103, das
stromaufwärts
des Ventilkörpers 102 angeordnet ist.
Das Durchflußmengenregelelement 103 umfaßt einen
zylindrischen stromaufwärtigen
Abschnitt 103.1 und einen kegelstumpfförmigen stromabwärtigen Abschnitt 103.2.
Das Durchflußmengenregelelement 103 ist
gegenüber
einem Abschnitt des Ventilgehäuses 101 verschiebbar
gelagert, der eine Verengung 104 mit veränderlichem
Querschnitt umfaßt, und
ist starr mit einem Kern 111 verbunden, der radiale Flügel 112 aufweist
und sich axial unter dem Regelelement 103 erstreckt. Der
Kern 111 ist verschiebbar in einem Rohr 129 aus
nicht-magnetischem Material gelagert, das seinerseits auf dichte
Weise angebracht ist, um einen Abschnitt des Ventilgehäuses zu
bilden, der von einer elektromagnetischen Wicklung 105 umgeben
ist, die fest mit dem Ventilgehäuse 101 verbunden
ist. Die elektromagnetische Wicklung 105 ist auf bekannte
Weise mit nicht gezeigten Mitteln zum Steuern der elektrischen Versorgung
verbunden, um mit dem Kern 101 eine Betätigungsvorrichtung zur Betätigung des
Regelelements 103 zu bilden. Das Ventilgehäuse 101 und
der Ventilkörper 102 sind
aus einem nicht-magnetischen Material, wie z. B. rostfreier Stahl,
hergestellt. Das Regelelement 103 kann aus einem nichtmagnetischen
Material hergestellt sein, ist aber vorzugsweise aus dem gleichen Material
wie der Kern hergestellt, um die Herstellung zu vereinfachen.
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Ein freier ringförmiger Raum 127, der
einen nicht-magnetischen Abschnitt bildet, ist in dem Ventilgehäuse 101 unmittelbar
angrenzend an ein oberes Ende der elektromagnetischen Wicklung 105 ausgebildet.
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Der Ventilkörper 102 hat ein stromaufwärtiges Ende 106,
von dem ab sich axial ein Zapfen 107 erstreckt, der ein
oberes Ende hat, das mit einem Kopf 108 versehen ist. Der
Kopf 108 ist axial verschiebbar in einer Aufnahme 109 aufgenommen,
die in einem stromabwärtigen
Ende des Kerns 101 ausgebildet ist und an ihrem unteren
Abschnitt eine Schulter 100 als Anschlag für den Kopf 108 aufweist.
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Der Kopf 108 hat eine axiale
Abmessung, die geringer ist als eine axiale Abmessung der Aufnahme,
so daß die
Aufnahme 109 und der Kopf 108 eine Verbindung
bilden, die ein axiales Spiel aufweist, das eine begrenzte Verschiebung
des Regelelements 103 relativ zu dem Ventilkörper 102 ermöglicht.
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Genauer ausgedrückt ist das axiale Spiel derart
festgelegt, daß ab
einer Stellung, in der der Ventilkörper geschlossen und das Regelelement
in einer Stellung mit maximaler Durchflußmenge ist, eine hin- und hergehende
Verschiebung des Kerns 111 ein Ausführen der Schritte ermöglicht,
die in der Einleitung der vorliegenden Beschreibung aufgeführt wurden.
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Gemäß dem gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel
und in der in 5 gezeigten
Stellung ist das axiale Spiel derart vorgesehen, daß bei Anlage
des Ventilkörpers
an seinem Ventilsitz 128 das Durchflußmengenregelelement 103 unter
der Verengung 104 des Ventilgehäuses 101 positioniert
ist, derart, daß durch
die Verengung 104 hindurch eine maximale Durchflußmenge gestattet
wird. Der Ventilkörper 102 wird
so in der Schließstellung
geschlossen gehalten, während
sich das Durchflußmengenregelelement 103 in
einer Stellung mit maximaler Durchflußmenge befindet, die eine Versorgung
des unteren Abschnitts des Ventilgehäuses 101 gestattet, ohne
die Gefahr eines Einschlusses einer Luftblase selbst im Falle eines
Produktes mit hoher Viskosität.
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In dieser Stellung beginnt ein Abfüllzyklus. Ausgehend
von dieser Stellung wird die elektromagnetische Wicklung erregt,
um das Durchflußmengenregelelement 103 wieder
hochzuziehen. Solange die Schulter 110 der Aufnahme 109 nicht
in Kontakt mit dem Kopf 108 des Zapfens 107 steht,
bleibt der Ventilkörper 102 geschlossen
(6). Ab dem Zeitpunkt, zu
dem die Schulter 110 der Aufnahme 109 mit dem Kopf 108 in
Kontakt steht, hängt
der Ventilkörper 102 durch
den Kopf 108 an der Schulter 110 der Aufnahme 109 des
Kerns 111. Das Fortsetzen der Bewegung der Kerns 111 nach
oben ruft eine gleichzeitige Verschiebung des Regelelements 103 und
des Ventilkörpers 102 hervor,
wodurch das fortschreitende Öffnen
des Ventilkörpers 102 bewirkt
wird. Das axiale Spiel ist derart festgesetzt, daß zu dem
Zeitpunkt, zu dem die Schulter 110 der Aufnahme 109 in
Kontakt mit dem Kopf 108 kommt, das Durchflußmengenregelelement 103 sich
gegenüber
dem minimalen Querschnitt der Verengung 104 befindet. Es
wird angemerkt, daß das
Inkontakttreten der Schulter 110 mit dem Kopf 108 einen
Stoß hervorruft,
der ein Lösen
des Ventilkörpers 102 aus
seinem Sitz ermöglicht,
was insbesondere nach einem längeren
Stillstand und bei einem fettigen Abfüllprodukt von Vorteil ist.
Während
des normalen Produktionsablaufs ist es möglich, diesen Stoß zu begrenzen,
ja sogar zu unterdrücken,
indem man vorsieht, daß die
magnetische Wicklung 105 ständig mit einem Strom versorgt wird,
der größer oder
gleich (je nach gewünschter Stellung)
einem minimalen Wert ist, der ausreicht, um den Kern 111 anzuheben,
ohne den Ventilkörper 102 derart
anzuheben, daß ein
ständiger
Kontakt zwischen der Schulter 110 und dem Kopf 108 erhalten bleibt.
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In der Stellung kurz nach dem Beginn
des Öffnens
des Ventilkörpers 102,
die in 7 gezeigt ist,
befindet sich der zylindrische Teil 103.1 des Regelelements 103 derart
gegenüber
der Verengung, daß die
Durchflußmenge
im wesentlichen minimal bleibt. Der dynamische Druck des Produktstrahls,
der aus dem Abfüllventil
fließt,
ist folglich gering, und man vermeidet so die Schaumbildung zu Beginn
des Abfüllvorgangs.
Die Durchflußmenge
bleibt über
einen Zeitraum minimal, der dem Durchtritt des zylindrischen Abschnittes 103.1 gegenüber dem
Abschnitt mit minimalen Querschnitt der Verengung 104 entspricht.
Die Höhe
des zylindrischen Abschnittes 103.1 ist so vorgegeben,
daß diese
Durchtrittszeit ein Einfüllen
einer Produktmenge in den Behälter
ermöglicht,
die ausreicht, um den Aufprall des Strahls auf die Oberfläche des
in dem Behälter
enthaltenen Produktes zu dämpfen.
Es wird angemerkt, daß die
minimale Durchflußmenge
nahezu Null sein kann, wobei das Fließen durch den Ventilkörper sehr
gering sein kann und durch die Flüssigkeitsmenge, die in dem Abfüllventil
vor dem Öffnen
des Ventilkörpers
enthalten ist, sichergestellt werden kann. Jedoch zieht man vor,
eine minimale Durchflußmenge
beizubehalten, die es ermöglicht,
ein ständiges
Abfüllen
durch das Abfüllventil
aufrechtzuerhalten.
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Wenn sich die Bewegung des Kerns 111 nach
oben fortsetzt, verschieben sich das Durchflußmengenregelelement 103 und
der Ventilkörper 102 gleichzeitig
nach oben bis in eine Stellung mit maximaler Durchflußmenge des
Durchflußmengenregelelements 103 und
mit maximaler Öffnung
des Ventilkörpers 102,
die der Stellung mit maximalem magnetischem Fluß des Kerns 111 in
der Wicklung 105 entspricht, wie durch die 8 dargestellt. Während des größten Teils
des Abfüllzyklus
bleibt das Abfüllventil in
dieser Stellung. Am Ende des Abfüllvorgangs
wird die Versorgung der elektromagnetischen Wicklung 105 abgeschnitten
oder, wie oben angegeben, auf einen bekannten, minimalen Wert zurückgebracht,
wodurch eine Verschiebung des Kerns 111 nach unten unter
der Wirkung der Schwerkraft und der dynamischen und statischen Kräfte, die
durch die Flüssigkeit auf
den Kern 111 ausgeübt
werden, bewirkt wird. Der Ventilkörper 102 und das Durchflußmengenregelelement 103 verschieben
sich gleichzeitig nach unten. Kurz vor dem Schließen des
Ventilkörpers 102 sind das
Durchflußmengenregelelement 103 und
der Ventilkörper 102 erneut
in der in 6 gezeigten
Stellung. Während
der weiteren Bewegung des Durchflußmengenregelelements 103 nach
unten, kehrt das Abfüllventil
in die in 5 gezeigte
Stellung zurück, in
der der Boden der Aufnahme 109 auf dem Kopf 108 des
Ventilkörpers 102 ruht.
Das Abfüllventil
ist bereit für
einen neuen Zyklus.
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Es wird darauf hingewiesen, daß während der
gesamten Fließdauer
die Flügel 112 des
Kerns 111 und die Flügel 113 des
Ventilkörpers 102 nicht nur
eine Zentrierung dieser Elemente sicherstellen, sondern auch eine
Steuerung des Abfließens,
die die Bildung von Turbulenzen beim Abfließen verhindert, insbesondere
wenn das Abfüllventil
von einem Drehkarussell getragen wird.
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Ferner wird angemerkt, daß zum Zeitpunkt des Öffnens des
Ventilkörpers
aufgrund der Einstellung des Durchflußmengenregelelements auf eine
im wesentlichen minimale Durchflußmenge die Kraft des Produktstrahls
gering ist, derart, daß der
Aufprall auf den Boden des Behälters
ebenfalls gering und die Gefahr einer Schaumbildung auf ein Minimum
herabgesetzt ist. Ebenso setzt während
des Schließens des
Ventilkörpers
die Herabsetzung der Durchflußmenge,
die durch das Durchflußmengenregelelement
sichergestellt wird, die Verformung des Strahls auf ein Minimum
herab und ermöglicht,
daß Spritzer auf
der Außenseite
des Behälters
vermieden werden.
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Der unmittelbar an das obere Ende
der magnetischen Wicklung 105 angrenzende freie Raum, der
einen nicht-magnetischen Abschnitt 127 bildet, ermöglicht ein Öffnen des
Magnetfeldes und vergrößert so
den möglichen
Hub des Kerns 111.
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Die Elemente, die zu den zuvor beschriebenen
identisch bzw. analog sind, haben in der folgenden Beschreibung
des dritten Ausführungsbeispiels unter
Bezugnahme auf die 9 bis 11 die gleichen Bezugszeichen.
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Wie bereits zuvor umfaßt das Abfüllventil
ein Ventilgehäuse 101,
einen Ventilkörper 102 und
ein Durchflußmengenregelelement 103,
das einen kegelstumpfförmigen
stromaufwärtigen
Teil 103.1 und einen kegelstumpfförmigen stromabwärtigen Teil 103.2 umfaßt (wobei
die kegelstumpfförmige
Form des stromabwärtigen
Teils 103.2 ausgeprägter
ist als die des stromaufwärtigen
Teils 103.1) und gegenüber einem
Teil des Ventilgehäuses 101,
der eine Verengung 104 mit veränderlichem Querschnitt hat,
verschiebbar gelagert ist.
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Das Regelelement 103 ist
fest mit einem Gleitstößel 111 verbunden,
der sich axial unter dem Regelelement 103 in einer Aufnahme 114 erstreckt, die
mit dem Ventilkörper 102 verbunden
ist und in der der Gleitstößel 111 verschiebbar
aufgenommen ist.
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Die Aufnahme 114 ist aus
radialen Flügeln 115 gebildet,
die sich ab einem oberen Ende 116 des Ventilkörpers 102 axial
stromaufwärts
erstrecken. Die Flügel 115 haben
dem Ventilkörper 102 entgegengesetzte
Enden 117, die über
einen Ring 118 verbunden sind, der einen Anschlag zum Halten
des Gleitstößels in
der Aufnahme 114 bildet. Der Ring 118 hat einen
Innendurchmesser, der größer als
ein Außendurchmesser
des Gleitstößels 111 ist.
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Eine Ringscheibe 119 ist
zwischen dem Ring 118 und dem Gleitstößel 111 verschiebbar
in der Aufnahme 14 gelagert. Die Ringscheibe 119 hat
eine zentrale Bohrung 120 mit einem gegenüber dem
Außendurchmesser
des Gleitstößels 111 geringeren Durchmesser
sowie einem gegenüber
dem Innendurchmesser des Ringes 118 geringeren Außendurchmesser.
Die Ringscheibe 119 hat zwei einander entgegengesetzte
Lappen 121, die radial vorspringen und jeweils verschiebbar
zwischen zwei angrenzenden Flügeln 115 aufgenommen
sind, um an dem Ring 118 anzustoßen. Verstrebungszapfen 122 erstrecken
sich axial vorspringend von einer unteren Fläche 123 der Ringscheibe 124,
um an einer Oberseite 125 des Gleitstößels 111 zur Anlage
zu kommen.
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Die Summe der axialen Abmessungen
der Ringscheibe 119 (einschließlich der Zapfen 122)
und des Gleitstößels 111 ist
kleiner als eine axiale Abmessung der Aufnahme 114, so
daß die
Aufnahme 114 und der Gleitstößel 111 eine Verbindung
bilden, die ein axiales Spiel aufweist, das eine begrenzte Verschiebung
des Regelelements 103 relativ zu dem Ventilkörper 102 gestattet,
identisch zum zweiten Ausführungsbeispiel.
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Die Betätigungsvorrichtung zur Betätigung des
Abfüllventils
umfaßt
eine fest mit dem Ventilgehäuse 101 verbundene
elektromagnetische Wicklung 105, die sich um die Aufnahme 114 herum
erstreckt. Auf diese Weise bildet der Gleitstößel 111 den Kern dieser
elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung.
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Die Betätigungsvorrichtung umfaßt eine
Vielzahl von ringförmigen
Dauermagneten 125, die fest mit dem Ventilgehäuse 101 verbunden
sind. Die Dauermagneten 125 sind angrenzend an ein unteres Ende
der elektromagnetischen Wicklung 105 kreisförmig angeordnet
und haben Hauptachsen 126, die sich relativ zum Ventilgehäuse 101 radial
erstrecken.
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Ein freier, ringförmiger Raum 127, der
einen nicht-magnetischen Teil bildet, ist in dem Ventilgehäuse 101 unmittelbar
angrenzend an ein oberes Ende der elektromagnetischen Wicklung 105 ausgebildet.
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Die Funktionsweise des Abfüllventils
gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
ist analog zu der des Abfüllventils
gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel.
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Die Vielzahl von Dauermagneten 125 ermöglicht ein
Erhöhen
der magnetischen Leistung, die während
der Versorgung der elektromagnetischen Wicklung 105 erzeugt
wird.
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Die Konfiguration der elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung
ermöglicht
für eine
gegebene Verschiebung des Gleitstößels 111 ein Herabsetzen des
Stromes zur Versorgung der elektromagnetischen Wicklung und für eine gleiche
Hebespannung eine größere Masse.
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Wie bereits zuvor gewährleisten
die Flügel 115 eine
Zentrierung des Ventilkörpers 102 und
des Gleitstößels 111 und
eine Steuerung des Abfließens.
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Die Ringscheibe 119 ermöglicht das
Halten eines Abstandes zwischen der oberen Fläche 124 des Gleitstößels 111 und
dem Ring 118, um einen Durchtritt für das Abfüllprodukt zu lassen, während eine
optimale Verteilung des Abfließens
desselben und eine Homogenisierung der Durchflußmengen sichergestellt wird.
Das Verschieben des Gleitstößels während des
Betriebs des Abfüllventils
nach oben führt
zum Anheben der Ringscheibe 119, die dem Gleißstößel 111 folgt
und deren Lappen 121 mit der unteren Fläche des Ringes 118 in
Kontakt treten werden, um das Anheben des Ventilkörpers 102 zu
bewirken, wenn sich die Hebebewegung des Gleitstößels 111 fortsetzt.
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Die beschriebene Anordnung ermöglicht eine
Vereinfachung der Demontage der Einheit aus Ventilkörper 102/Regelelement 103.
So kann die Ringscheibe 119 aus der Aufnahme 114 herausgezogen
werden, indem man sie schräg
stellt und dann an einem der Lappen 121 durch den Ring 118 schiebt. Der
Gleitstößel kann
dann selbst aus der Aufnahme 114 herausgezogen werden,
indem man ihn durch den Ring 118 gleiten läßt.
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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht
auf das beschriebene Ausführungsbeispiel
beschränkt, und
man kann daran Ausführungsvarianten
vornehmen, ohne den Schutzumfang der Erfindung, wie er durch die
Ansprüche
definiert ist, zu verlassen.
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Insbesondere kann die Verbindung
zwischen dem Ventilkörper
und dem Durchflußmengenregelelement
eine andere Struktur haben, die beispielsweise aus einer kinematischen
Umkehrung resultiert.
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Obgleich in dem ersten Ausführungsbeispiel das
verformbare Verbindungselement durch eine Feder dargestellt wurde,
die um eine Führungsstange herum
angeordnet ist, kann man diese durch einen elastomeren Block ersetzen,
der zwischen dem Betätigungselement 20 und
dem Ventilkörperstellelement 24 angeordnet
und an diesen befestigt ist.
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Auch wenn in diesem Ausführungsbeispiel die
Führungsstange 22 getrennt
von der Verbindungsstange 21 dargestellt wurde, kann man
ebenso vorsehen, das Stellelement 24 verschiebbar an der Verbindungsstange 21 zu
lagern, wobei die Feder 25 wie zuvor zwischen dem Betätigungselement 20 und dem
Ventilkörperstellelement 24 angeordnet
ist. Der Endanschlag kann dann entweder durch einen Ring sichergestellt
werden, der an der Verbindungsstange 21 unter dem Ventilkörperstellelement 24 befestigt ist,
oder durch ein oberes Ende des Steuerrohrs 14.
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Obgleich das erste Ausführungsbeispiel
in Verbindung mit einem Schrittmotor beschrieben wurde, kann man
die Erfindung ebenso umsetzen, indem man diesen durch einen Arbeitszylinder
oder jeden anderen Betätigungsmotor
ersetzt. In dem Fall, in dem das abzupackende Produkt die Verwendung
einer magnetischen Steuerung nicht erfordert, kann man ferner eine
direkte mechanische Verbindung vorsehen, einerseits zwischen dem
Betätigungselement 20 und
dem Durchflußmengenregelelement 4 und
andererseits zwischen dem Ventilkörperstellelement 24 und
dem Ventilkörper 2.
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Obgleich das Abfüllventil nach dem ersten Ausführungsbeispiel
mit einem einzigen verformbaren Verbindungselement dargestellt wurde,
kann man mehrere elastisch verformbare Verbindungselemente vorsehen,
die um die Achse der Betätigungsvorrichtung
herum verteilt sind, um die Kräfte
auf das Betätigungselement 20 ins
Gleichgewicht zu bringen.
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Auch wenn das Regelelement des zweiten Ausführungsbeispiels
mit einem zylindrischen Abschnitt dargestellt wurde, der mit einem
konischen Abschnitt verbunden ist, kann man ein Regelelement vorsehen,
das zwei kegelstumpfförmige
Teile umfaßt, die
Winkel mit unterschiedlichen Spitzen haben, oder ein Regelelement,
das aus einem einzigen kegelstumpfförmigen Teil gebildet ist, oder
auch ein Regelelement in Form einer Scheibe, die sich gegenüber einer
Verengung verschiebt, die ein entsprechend angepaßtes Profil
hat.
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Obgleich das zweite und das dritte
Ausführungsbeispiel
in Verbindung mit einer magnetischen Steuerung beschrieben wurden,
die einen zentralen Kern umfaßt,
der in einer Wicklung angeordnet ist, kann man eine zentrale magnetische
Steuerung vorsehen, die mit einem ringförmigen Regelelement verbunden
ist. Ferner kann man eine mechanische Betätigungsvorrichtung, wie z.
B. einen Arbeitszylinder oder einen Elektromotor, vorsehen, der
mit dem Durchflußmengenregelelement 103 verbunden
ist, wobei die Aufnahme 109 dann am unteren Ende einer
Verbindungsstange ausgebildet ist, die an dem Durchflußmengenregelelement 103 befestigt
ist.
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Auch wenn bei diesen Ausführungsbeispielen
der nicht-magnetische Teil in Form eines freien Raumes beschrieben
wurde, kann er in Form einer Platte aus nichtmagnetischem Material
hergestellt sein. In einer Ausführungsvariante
kann eine eisenmagnetische Platte an dem oberen Ende der elektromagnetischen
Wicklung 105 befestigt werden, um das von der elektromagnetischen
Wicklung 105 erzeugte magnetische Feld zu schließen.
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In einer nicht zerlegbaren Ausführungsvariante
des dritten Ausführungsbeispiels
kann der Gleitstößel 111 direkt
an einer Schulter der Aufnahme 114 zur Anlage kommen.
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Obgleich die Dauermagneten in Form
eines Ringes und kreisförmig
angeordnet dargestellt wurden, sind andere Formen von Magneten und
andere Konfigura tionen möglich
und insbesondere ringförmige
Dauermagneten, die derart angeordnet sind, daß ihre Hauptachsen parallel
zur Achse des Ventilgehäuses 101 verlaufen.
Selbstverständlich
ist es möglich,
Dauermagneten nahe dem unteren Ende der elektromagnetischen Wicklung 5 des
zweiten Ausführungsbeispiels
anzuordnen.
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Im allgemeinen ist die erfindungsgemäße magnetische
Betätigungsvorrichtung
bei jeder Art von Abfüllventil
anwendbar.