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Die
Erfindung betrifft ein entkeimbares Ventil für das Steuern des Durchflusses
eines Fluids in einem Kreislauf jener Art, bei der das Ventil eine
Nadel aufweist, die in einer Steuerkammer zwischen einer zurückgezogenen Öffnungsendstellung
und einer vorgerückten
Schließendstellung
axial beweglich ist, jener Art, bei der ein vorderes Ende der Kammer
einen Sitz bildet, an den die Nadel zur Anlage kommt, wenn sie sich
in Schließstellung
befindet, und jener Art, bei der die axiale Stellung der Nadel durch
ein magnetisches Feld bestimmt wird, das durch außerhalb
der Kammer angeordnete Magnetfelderzeugungsmittel erzeugt wird.
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Ein
derartiges Ventil ist insbesondere dazu bestimmt, in einer Füllmaschine
verwendet zu werden, denn es erlaubt ein perfektes Reinigen des
Fluidverteilungskreislaufs, was es erlaubt, jede Kontamination des
Fluids im Laufe des Füllens
zu vermeiden. Natürlich
erweist sich ein derartiges Ventil in dem Fall des Abfüllens von
Nahrungsmittelprodukten als besonders vorteilhaft.
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Gemäß einem
wesentlichen Merkmal dieser Art von Ventilen, für die man Beispiele in den
Dokumenten FR-A-2 206 726 und DE-A-1 600 717 findet, befindet sich
die Nadel nämlich
komplett in der Steuerkammer, ohne durch irgendein Organ mit dem Äußeren des
Kreislaufs verbunden zu sein. Man garantiert daher eine perfekte
Isolierung zwischen dem Inneren des Kreislaufs und dem Äußeren.
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Das
ist nicht der Fall bei den Ventilen, bei welchen die Nadel durch
ein elektromagnetisches Stellglied über einen Steuerschaft bewegt
wird. Der Steuerschaft weist nämlich
dabei ein Ende auf, das mit der Nadel verbunden ist, die sich im
Inneren des Kreislaufs befindet, und ein Ende, das mit dem Stellglied
verbunden ist, das sich außerhalb
befindet. Es müssen
daher unweigerlich Abdichtmittel um den Schaft vorgesehen werden,
wobei diese Mittel die Bewegungen des Schafts nicht verhindern dürfen, welcher
die Bewegungen der Nadel steuert. Nun unterliegen diese Abdichtmittel
aber der Abnutzung und können
eine Eintrittstelle für
kontaminierende Stoffe werden.
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Die
Ventile, deren Nadelstellung von einem Magnetfeld gesteuert wird,
sind daher hinsichtlich der Sauberkeit des Flüssigkeitsverteilerkreislaufs
besonders vorteilhaft. Die meisten dieser Ventile sind jedoch der
Art „digital". Das Magnetfeld
wird nämlich von
einem Elektromagneten erzeugt, so dass die Nadel nur zwei Stellungen
je nachdem belegen kann, ob der Elektromagnet elektrisch gespeist
ist oder nicht.
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Für Füllmaschinen
erscheint es nun aber, dass es vorteilhaft ist, über mehrere Fluiddurchflüsse verfügen zu können, insbesondere,
um das Füllen trotz
der Erscheinung des Schaumentstehens beschleunigen zu können. Wenn
der Fülldurchfluss nämlich groß ist, was
es erlaubt, ein gegebenes Produktvolumen schnell zu füllen, beobachtet
man unweigerlich das Erscheinen von Schaum. Das erweist sich am
Ende des Füllens
als besonders hinderlich, denn der Schaum führt zu einem Überfließen des Produkts,
was nicht nur einen Produktverlust, sondern vor allem eine Ungewissheit
hinsichtlich der Produktmenge, die am Ende des Füllens tatsächlich in dem Behälter enthalten
ist, nach sich zieht. Natürlich
ist das Bilden von Schaum viel weniger stark, wenn man den Fülldurchfluss
verringert, man steigert dabei aber die Dauer des Füllens.
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Es
hat sich daher als besonders vorteilhaft erwiesen, den Behälter in
zwei Phasen zu füllen.
In einer ersten Phase räumt
man der Schnelligkeit des Füllens
den Vorrang ein, indem man einen großen Fluiddurchfluss verwendet,
ohne sich um das Problem des Schäumens
des Produkts zu kümmern.
In einer zweiten Phase verwendet man einen geringeren Durchfluss,
um es dem eventuell im Laufe der ersten Phase geschaffenen Schaum
zu erlauben, sich zu resorbieren, und um mit einem Maximum an Präzision,
entweder hinsichtlich des Produktgewichts oder hinsichtlich des
Produktsvolumens oder der Füllhöhe auf das
gewünschte
Füllniveau
zu gelangen.
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Nun
erfordert ein solches Füllverfahren
aber den Einsatz eines Ventils, das mindestens zwei verschiedene
Durchflüsse
bestimmen kann.
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Die
Erfindung hat daher zur Aufgabe, ein neues Konzept eines entkeimbaren
Ventils vorzuschlagen, das es erlaubt, mindestens zwei unterschiedliche
getrennte Durchflüsse
zu bestimmen, während
es einfach im Aufbau und leicht anzuwenden ist.
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Dazu
schlägt
die Erfindung ein Ventil des weiter oben beschriebenen Typs vor,
dadurch gekennzeichnet, dass die Nadel einen Kern aus magnetischem
Material aufweist, dass das Ventil einen vorderen Dauermagneten
umfasst, der ein vorderes Magnetfeld erzeugt, das auf den Kern einwirken
kann, um das Halten der Nadel in Schließstellung in Anlage an den
Sitz zu gewährleisten,
und einen hinteren Dauermagneten, der ein hinteres Magnetfeld erzeugt,
das auf den Kern einwirken kann, um das Halten der Nadel in der
zurückgezogenen Öffnungsendstellung,
die einem ersten Durchfluss durch das Ventil entspricht, zu gewährleisten,
dadurch, dass das Ventil mindestens eine vordere Spule und eine
hintere Spule aufweist, die koaxial um die Kammer herum angeordnet
und axial voneinander versetzt sind, dass die vordere Spule hinter
dem vorderen Magneten angeordnet ist, dass eine der Spulen zum Halten der
Nadel in einer vorgerückten
Zwischenstellung, die einem zweiten Durchfluss entspricht, vorgesehen ist,
und dass die elektrische Speisung der Spulen dahingehend gesteuert
werden kann, das Verschieben der Nadel zwischen den Endstellungen
und der Zwischenstellung zu bewirken.
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Gemäß weiteren
Merkmalen der Erfindung:
- – wird die hintere Spule in
einer ersten Richtung elektrisch gespeist, um die Nadel aus ihrer Schließstellung
in ihre zurückgezogene Öffnungsstellung
zu bringen;
- – wird
die hintere Spule elektrisch in eine zweite Richtung gespeist, um
die Nadel aus ihrer zurückgezogenen Öffnungsstellung
in ihre vorgerückte Zwischenstellung
zu bringen und sie in dieser vorgerückten Zwischenstellung zu halten;
- – wird
die vordere Spule dahingehend elektrisch gespeist, die Nadel aus
ihrer vorgerückten
Zwischenstellung in ihre Schließstellung
zu bringen, in der sie durch den vorderen Magneten gehalten wird;
- – ist
das Ventil so ausgerichtet, dass sich die Nadel vertikal nach oben
in ihre Schließstellung
bewegt.
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Als
Variante:
- – wird
die vordere Spule dahingehend elektrisch gespeist, die Nadel in
die vorgerückte
Zwischenstellung zu bringen und dort zu halten, und wird die hintere
Spule dahingehend gespeist, die Nadel in die zurückgezogene Stellung zu bringen;
- – weist
das Ventil eine Zwischenspule auf, die zwischen der vorderen und
der hinteren Spule angeordnet ist und dahingehend gespeist wird,
die Nadel in ihre vorgerückte
Zwischenstellung zu bringen und dort zu halten und die Nadel in
die zurückgezogene
Stellung zu bringen;
- – sind
die hintere Spule und der hintere Magnet axial auf gleicher Höhe konzentrisch
angeordnet;
- – ist
die hintere Spule radial im Inneren des hinteren Magneten angeordnet;
- – ist
das Ventil derart ausgerichtet, dass sich die Nadel senkrecht nach
unten zu ihrer Schließstellung
bewegt;
- – ist
die axiale Länge
des Kerns im Wesentlichen gleich der der einerseits durch die vordere
Spule und die Zwischenspule und andererseits durch die Zwischenspule
und die hintere Spule gebildeten Einheiten.
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In
beiden Fällen
- – umfasst
die Nadel einen Hauptkörper
aus unmagnetischem Material, der den magnetischen Kern trägt;
- – zirkuliert
das Fluid im Ventil von hinten nach vorn und
- – weist
mindestens einer der beiden Magnete eine Radialmagnetisierung auf.
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Die
Erfindung betrifft auch eine Füllmaschine für Behälter, dadurch
gekennzeichnet, dass sie ein Ventil nach einem der vorhergehenden
Merkmale aufweist.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich bei der Lektüre der detaillierten
folgenden Beschreibung sowie aus den anliegenden Zeichnungen, in
welchen 1 bis 3 schematische axiale
Schnittansichten eines den Lehren der Erfindung entsprechenden Ventils
sind, wobei das Ventil jeweils in Schließstellung, in Stellung mit
kleinem Durchfluss und in Stellung mit großem Durchfluss dargestellt
ist. Die 4 bis 6 sind ähnliche
Ansichten wie die der 1 bis 3, welche
eine zweite Ausführungsform
der Erfindung darstellen.
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Das
Ventil 10, das in den 1 bis 3 dargestellt
ist, ist dazu bestimmt, zwischen einen stromaufwärts liegenden Abschnitt 12 und
einen stromabwärts
liegenden Abschnitt 14 einer Leitung eines Zuführkreislaufs
eingefügt
zu werden.
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Das
Ventil 10 kann zum Beispiel in einer Füllmaschine für Behälter verwendet
werden, wobei der Zuführkreislauf
einen Produktlagerbehälter
mit einem Füllschnabel
verbindet. Bei einer solchen Maschine wird ein Behälter dem
Schnabel gegenüber
gebracht, und das Ventil 10 wird geöffnet, um das Durchfließen des
Produkts zu erlauben. Wenn der Behälter gefüllt ist, wird das Ventil 10 wieder
geschlossen.
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Das
Ventil 10 hat einen allgemein röhrenförmigen Aufbau. In seiner Mitte
umfasst es eine zylindrische Steuerkammer 16, die von einem
zentralen Rohr 18 mit der Achse A1 abgegrenzt wird. Das
obere und das untere Ende der Kammer 16 sind jeweils mit
dem stromaufwärts
liegenden Abschnitt 12 und dem stromabwärts liegenden Abschnitt 14 des
Zuführkreislaufs
verbunden.
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In
der folgenden Beschreibung werden die Begriffe unterer, oberer,
oben, unten usw. unter Bezugnahme auf 1 bis 3 zum
Erleichtern des Verstehens verwendet. Sie dürfen nicht als Einschränkungen
des Geltungsbereichs der Erfindung verstanden werden, insbesondere
hinsichtlich der Ausrichtung des Ventils. Die senkrechte Ausrichtung der
Achse A1 des Ventils ist nämlich
nur eine bevorzugte Ausführungsform.
In der Beschreibung der 1 bis 3 fallen
daher die Begriffe oben und unten jeweils mit den Begriffen hinten
und vorn zusammen, welche in den Ansprüchen verwendet werden.
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Das
untere Ende, auch vorderes Ende genannt, der Kammer 16 weist
die Form einer aus einer Querschnittverringerung gebildeten Schwelle
auf. Die Schwelle weist daher eine kegelstumpfförmige Stellung 20 auf,
die dazu bestimmt ist, einen Sitz zu bilden, und die nach unten
durch einen zylindrischen Abschnitt 22 mit einem Durchmesser
verlängert
ist, der kleiner ist als der Durchmesser der Kammer 18. Die
Schwelle befindet sich daher am stromabwärts liegenden Ende des Ventils.
Als Variante könnte
man für
bestimmte Anwendungen vorsehen, ein Ventil herzustellen, in dem
die Schwelle am stromaufwärts liegenden
Ende der Steuerkammer angeordnet wäre.
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Das
Ventil 10 umfasst einen röhrenförmigen äußeren Mantel 24 mit
der Achse A1, der koaxial um das Rohr 18 angeordnet ist.
Der Außendurchmesser des
Rohrs 18 beträgt
zum Beispiel 26 mm, während der
Innendurchmesser des Mantels 24 zum Beispiel etwa 85 mm
beträgt,
so dass zwischen dem Rohr 18 und dem Mantel 24 ein
röhrenförmiger Raum
existiert.
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In
dem dargestellten Beispiel wird die Schwelle aus einer vorderen
Querplatte 26 gebildet, die das Ventil nach unten schließt, während ein
Deckel 28 es nach hinten schließt.
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Im
Inneren des zwischen dem Rohr 18 und dem Mantel 24 abgegrenzten
Raums wurden verschiedene Mittel zum Erzeugen von Magnetfeldern überlagert,
nämlich
in der Reihenfolge von oben nach unten ein unterer (oder vorderer)
Dauermagnet 30, eine untere (oder vordere) Spule 32,
eine Zwischenspule 34, eine obere (oder hintere) Spule 36 und
ein oberer (oder hinterer) Dauermagnet 38. Jeder dieser Magnetfelderzeuger
hat ringförmige
Form mit der Achse A1, und alle sind untereinander gemäß der Achse
A1 versetzt, mit Ausnahme der oberen Spule 36 und des oberen
Magneten 38, die konzentrisch sind, wobei die Spule 36 radial
im Inneren des Magneten 38 angeordnet ist.
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Zwei
aufeinander folgende Erzeuger werden axial durch eine Zwischenunterlegscheibe 40 getrennt,
und ferner ist eine untere Unterlegscheibe 42 zwischen
dem unteren Magneten 30 und der unteren Platte 26 und
eine obere Unterlegscheibe 44 zwischen dem oberen Magneten 38 und
dem Deckel 28 vorgesehen. Die untere Spule 32 und
die Zwischenspule sind von einer rohrförmigen Hülse 45 umgeben, die
im Inneren des Mantels 24 aufgenommen ist. Die Unterlegscheiben 40, 42, 44 und
die Hülse 45 haben
die Aufgabe, die Magnetfeldlinien zu lenken, die von den Magnetfelderzeugern
geschaffen werden.
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Die
drei Spulen 32, 34, 36 bestehen jede
aus einer Wicklung aus leitendem Draht, wobei der Innendurchmesser
der Wicklung nur sehr wenig größer ist
als der Außendurchmesser
des Rohrs 18. Wenn eine der Spulen mit Gleichstrom gespeist
wird, induziert sie im Inneren der Steuerkammer 16 ein
im Wesentlichen entlang der Achse A1 ausgerichtetes Magnetfeld.
Die drei Spulen werden immer derart gespeist, dass die Magnetfelder,
welche sie schaffen, nicht nur alle parallel, sondern auch in die
gleiche Richtung ausgerichtet sind, und dass sie auch die gleiche
Richtung haben wie das von dem oberen Dauermagneten 38 geschaffene
Magnetfeld.
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Zu
bemerken ist, dass sich, da die obere Spule 36 und der
obere Magnet 38 konzentrisch sind, die von ihnen jeweils
in der Steuerkammer induzierten Magnetfelder einander überlagern,
wobei sie sich summieren.
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Um
den Durchfluss, der es durchquert, zu regulieren, umfasst das Ventil 10 eine
bewegliche Nadel 46, die sich axial in der Steuerkammer 16 bewegt.
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Die
Nadel 46 umfasst einen äußeren Mantel, der
einen Kopf 48 aufweist, der axial nach oben durch einen
röhrenförmigen Schaft 50 verlängert ist. Das
obere Ende des Schafts 50 ist dazu bestimmt, eine Kappe 52 zu
erhalten, die es daher erlaubt, im Inneren der Nadel 46 eine
Aufnahme abzugrenzen, in welcher ein zylindrischer Kern 54 aufgenommen wird.
Der äußeren Mantel
der Nadel, der aus dem Kopf 48, dem Schaft 50 und
der Kappe 52 gebildet ist, besteht aus unmagnetischem Werk stoff,
insbesondere aus einem nicht rostenden unmagnetischen Stahl. Man
kann jedoch auch vorsehen, den äußeren Mantel
der Nadel aus Polymerwerkstoff herzustellen. Hingegen besteht der
Kern 54 aus einem magnetischen Material, wie zum Beispiel
Weicheisen, reinem Eisen oder einer Eisen-Kobalt-Legierung.
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Wie
man in 1 bis 3 sehen kann, ist die axiale
Länge des
Kerns 54 im Wesentlichen gleich der der Einheiten, die
einerseits von der unteren Spule 32 und der Zwischenspule 34 und
andererseits von der Zwischenspule 34 und der oberen Spule 36 gebildet
werden.
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Alternativ
könnte
die Nadel ganz aus einem magnetischen Werkstoff bestehen. In diesem
Fall wäre
die axiale Länge
der zwei oben genannten Einheiten im Wesentlichen gleich der der
Nadel.
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Ebenso
kann man sehen, dass der äußere Durchmesser
des Schafts 50 kleiner ist als der Durchmesser der Steuerkammer,
so dass das Produkt, das in dem Ventil fließt, ohne zu viel Lastverlust abfließen kann.
Der Schaft 48 umfasst jedoch zwei Reihen von Klötzen 56,
die sich radial nach außen
erstrecken, um mit der Innenfläche
des Rohrs 18 in Berührung
zu kommen. Die Klötze 56 einer
gleichen Reihe sind kreisförmig
in regelmäßigen Abständen um
die Achse A1 angeordnet, und die zwei Kreise sind axial so versetzt,
dass die Klötze
ein Führen
der Nadel 46 in der Kammer 16 sicherstellen. In
der zweiten Ausführungsform
der Erfindung, die in 4 bis 6 dargestellt
ist, wird das Führen
der Nadel 46 von in Relief auf dem Schaft 48 gebildeten
Schraubenschienen auf dem Schaft 48 sichergestellt.
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Schließlich sieht
man, dass der Kopf 48 der Nadel 46 einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 58 aufweist,
der dazu bestimmt ist, mit dem Sitz 20 der Schwelle des
Ventils zusammenzuarbeiten, und der nach unten durch einen zylindrischen
Sektor 60 verlängert
ist, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des zylindrischen
Abschnitts 22 der Schwelle. Natürlich können der Sitz 20 und
der Abschnitt 58 der Nadel, die darauf anliegt, andere
geometrische Formen annehmen, die zum Herstellen der Abdichtung
in geschlossener Stellung geeignet sind. Der Abschnitt 58 kann
daher durch einen kugelförmigen
Abschnitt oder durch eine ebene ringförmige Fläche ersetzt werden. Ebenso
könnte
man vorsehen, diesen Auflagesektor der Nadel in Form eines angebauten
oder aus Polymerkunststoff geformten biegsamen Teils herzustellen,
um das Erzielen einer perfekten Abdichtung des Ventils zu erleichtern.
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Es
wird jetzt das Funktionieren des Ventils gemäß einer ersten Ausführungsform
der Erfindung ausgehend von der Schließstellung der Nadel, die in 1 dargestellt
ist, beschrieben.
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Man
sieht daher, dass der kegelstumpfförmige Abschnitt 58 der
Nadel nach unten an den Sitz 20 der Schwelle so anliegt,
dass jedes Durchgehen des Produkts durch das Ventil 10 untersagt
wird. Keine der Spulen 32, 34, 36 ist
daher gespeist, so dass die einzigen existierenden Magnetfelder
die sind, die von den Dauermagneten 30, 38 geschaffen
werden.
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Man
kann sehen, dass sich das untere Ende des magnetischen Kerns 54 bei
dieser Stellung der Nadel 46 genau gegenüber dem
unteren Magneten 30 befindet, während sich das obere Ende des
Kerns weit unter der Ebene des oberen Magneten 38 befindet.
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Gegenüber dem
unteren Magneten 30 ist der Magnetkern 54 daher
so positioniert, dass die Reluktanz des Magnetkreises minimal ist.
Der obere Magnet hingegen hat keine Einwirkung auf den Kern 54. So
schaffen die Dauermagnete auf dem Kern eine Kraft, deren vertikale
Komponente nach unten gerichtet ist und sich jedem unerwünschten
Anheben der Nadel widersetzt. Sobald man nämlich den Kern 54 nach
oben bewegt, tendiert das untere Ende dazu, die ideale Bahn für die Magnetfeldlinien
des unteren Magneten zu verlassen, was daher dazu tendiert, die Reluktanz
des Magnetkreises zu steigern. Nun übt aber gemäß dem physikalischen Prinzip
der geringeren Reluktanz das von dem unteren Magneten gebildete
Magnetfeld auf den Kern eine nach unten gerichtete Kraft aus.
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Das
Halten der Nadel in Schließstellung
erfolgt daher ohne Ausgabe von Energie, denn es wird keine Spule
gespeist.
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Vorteilhafterweise
tendieren im Rahmen der Anordnung des Ventils 10, das in
den Figuren dargestellt ist, das Gewicht der Nadel 56 und
der Druck des Produkts auf diese dazu, die Nadel 56 auch
in Anlage auf den Sitz 20 zu zwingen.
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Um
die Nadel bis zu der Stellung des kleinen Durchflusses zu bringen,
die in 2 dargestellt ist, speist man die untere Spule 32 und
die Zwischenspule 34 mit Gleichstrom. Die Resultante der
von diesen zwei Spulen geschaffenen Magnetfelder ist weit größer als
der Wert des Magnetfelds, das von dem unteren Magneten 30 induziert
wird. Wenn die Nadel sich jedoch in Schließstellung wie in 1 dargestellt
befindet, befindet sich der Kern 54 nicht genau gegenüber der
von der unteren und der Zwischenspule gebildeten Einheit. Im Gegenteil
befindet sich der Kern nach unten versetzt, so dass für das resultierende Magnetfeld,
das von den zwei Spulen geschaffen wird, die Reluktanz des Magnetkreises
nicht minimal ist. Daher übt
auch dieses resultierende Magnetfeld auf den Kern eine Kraft aus,
die dazu tendiert, ihn anzuheben, wobei diese Kraft größer ist
als die Summe der Kräfte,
die ihn nach unten ziehen, und insbesondere größer als die von dem unteren
Magneten 30 ausgeübte.
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Sobald
daher die untere und die Zwischenspule gespeist werden, bewegt sich
die Nadel 46 nach oben, bis der Kern 54 genau
gegenüber
der Einheit liegt, die aus der unteren Spule 32 und der Zwischenspule 34 gebildet
ist. In dieser Zwischenstellung erkennt man, dass sich das untere
Ende der Nadel 54 nicht mehr gegenüber dem unteren Magneten 30 befindet,
welcher daher keine Auswirkung auf den Kern 54 mehr ausübt.
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Ferner
kann man in dieser Stellung der Nadel 46 natürlich sehen,
dass der kegelstumpfförmige Abschnitt 58 sich
von dem Sitz 20 abgehoben hat, um das Durchfließen des
Fluids durch diese Schwelle zu erlauben. In dieser Stellung bleibt
der zylinderförmige
Abschnitt 60 des Kopfes 48 der Nadel 46 jedoch
innerhalb des zy lindrischen Abschnitts 22 der Schwelle
aufgenommen. Der Durchgangsquerschnitt durch das Ventil ist daher
auf den röhrenförmigen Raum
beschränkt,
der radial zwischen diesen beiden liegt, was den Durchfluss auf
einen Wert einschränkt, der
durch den Unterschied im Durchmesser zwischen dem Abschnitt 22 und
dem Sektor 60 kalibriert wird. Die axiale Stellung der
Nadel 46 braucht daher nicht mit einer sehr großen Präzision bestimmt
zu werden, solange der kegelstumpfförmige Sektor 58 von
dem Sitz 20 abgehoben und der zylindrische Sektor 60 im
Inneren des Abschnitts 22 der Schwelle bleibt.
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Solange
die untere Spule 32 und die Zwischenspule 34 gespeist
bleiben, hält
sich die Nadel in der so genannten Stellung mit kleinem Durchfluss, die
in 3 dargestellt ist.
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Um
auf die Stellung mit voller Öffnung
der Nadel 46 überzugehen,
die in 3 dargestellt ist, reicht es, ausgehend von der
Stellung des kleinen Durchflusses die obere Spule 36 zu
speisen und das Speisen der unteren Spule 32 einzustellen.
Aus den gleichen Gründen
wie oben dargelegt, positioniert sich der Kern 54 daher
so, dass er eine minimale Reluktanz des Magnetkreises erzielt, der
von den Linien des Magnetfelds durchlaufen wird, wobei dieses Letztere
die Resultante der Magnetfelder ist, die von der Zwischenspule 34 und
der oberen Spule 36 und von dem oberen Dauermagneten 38 induziert
werden. Der Kern 54 kehrt daher genau gegenüber der Einheit
zurück,
die aus diesen drei Magnetfelderzeugern besteht.
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Für diese
Stellung des Kerns 54 sieht man in 3, dass
der Kopf 48 der Nadel 46 ganz aus der Schwelle
frei gefahren ist, so dass der Durchgang des Produkts durch das
Ventil komplett befreit ist, was einen maximalen Produktdurchfluss
erlaubt.
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Vorteilhafterweise
ist es daher möglich,
die elektrische Speisung der Spulen anzuschalten, wobei der obere
Magnet 38 reicht, um die Nadel 46 in der Stellung
der vollen Öffnung
zu halten.
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Um
wieder von der Stellung des großen Durchflusses
auf die Stellung des kleinen Durchflusses überzugehen, speist man erneut
die untere Spule 32 und die Zwischenspule 34,
die ein Magnetfeld bilden, das ausreicht, um die Nadel aus ihrer
Stellung mit voller Öffnung
zu „lösen". Um eventuell die
Bewegung der Nadel 46 zu verlangsamen, wenn sie in Stellung
des kleinen Durchflusses ankommt, kann man die obere Spule 36 erneut
flüchtig
speisen. Ebenso kann man, wenn sich die Nadel 46 in der Stellung
mit kleinem Durchfluss stabilisiert hat, vorsehen, die Stromstärke, die
durch die untere Spule 32 und die Zwischenspule 34 läuft, auf
einen Wert zu verringern, der gerade ausreicht, um die Nadel 46 zu halten,
da man weiß,
dass die genaue Stellung der Nadel, wie weiter oben erläutert wurde,
nicht ausschlaggebend ist.
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Um
die Nadel ausgehend von der Stellung mit kleinem Durchfluss wieder
in Schließstellung
zu bringen, reicht es, jede Speisung der Spulen zu unterbrechen.
Die gemeinsame Wirkung des unteren Magneten 30, der Schwerkraft
und des Drucks des Fluids, das durch das Ventil fließt, erlaubt
es, die Nadel in Anlage an den Sitz 20 zurückzubringen.
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Das
erfindungsgemäße Ventil
weist daher in dieser ersten Ausführungsform zahlreiche Vorteile auf.
Es umfasst daher eine verringerte Anzahl von Teilen und umfasst
kein anderes bewegliches Teil als die Nadel, die in ihrer Konzeption
sehr einfach bleibt. Ebenso kann die Speisungsteuerung der Spulen
mit Hilfe einer sehr einfachen elektronischen Schaltung ausgeführt werden,
die der Fachmann problemlos umsetzen kann.
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Schließlich erfolgt
das Halten der Nadel in voll geöffneter
Stellung und in Schließstellung
ohne Energieausgabe dank der Gegenwart der Dauermagnete 30, 38.
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Das
erfindungsgemäße Ventil 10 ist
besonders geeignet, um in einer Füllmaschine für Nahrungsmittelflüssigkeiten
verwendet zu werden, insbesondere in den Maschinen mit Karussell,
die eine große
Anzahl von Füllschnäbeln umfassen.
Seine einfache und zuverlässige
Konzeption erlauben es, es in eine solche Maschine zu integ rieren,
ohne deren Zuverlässigkeitsniveau
zu beeinträchtigen.
Natürlich
sind seine perfekte Eignung für
ein häufiges und
rigoroses Reinigen ebenfalls ein wichtiger Trumpf.
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Schließlich kann
man dank der Kapazität,
mit zwei getrennten unterschiedlichen Durchflüssen zu funktionieren, ein
Füllen
in zwei Phasen vorsehen, eine erste Phase mit großem Durchfluss
und eine zweite Phase mit reduziertem Durchfluss, um das Auftreten
von Schaum einzuschränken
und daher die Dosierpräzision
anzuheben, insbesondere, wenn das Füllen durch Durchflussmessung
oder durch Messen des Gewichts des Behälters, welchen man füllt, erfolgt.
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Der
Aufbau des oben beschriebenen Ventils entspricht einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung. Das ist jedoch für
den Geltungsbereich der Erfindung nicht einschränkend, und der Fachmann kann
gleichwertige Ventilstrukturen leicht ableiten.
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Insbesondere
kann man es bei einer vereinfachten Variante eventuell in Betracht
ziehen, dass die untere Spule und die Zwischenspule in eine einzige
Spule vereint werden, die nur beim Abrufen und Halten der Nadel
in der Stellung mit dem kleinen Durchfluss gespeist wird.
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Hingegen
kann man problemlos vorsehen, ein Ventil herzustellen, das es erlaubt,
mehr als zwei getrennte Durchflüsse
zu bestimmen. Dazu reicht es, ebenso viele zusätzliche Zwischenspulen vorzusehen
wie gewünschte
zusätzliche
getrennte Durchflüsse.
Natürlich
müssen
der Kopf der Nadel oder der zylindrische Sektor 22 der
Schwelle ebenfalls so modifiziert werden, dass sie mehrere abgestufte
zylindrische Sektoren je nach den verschiedenen Durchmessern aufweisen,
um verschiedene Durchgangsquerschnitte für das Fluid durch die Schwelle
in Abhängigkeit
von der Stellung der Nadel zu definieren. Die verschiedenen Zwischenstellungen
der Nadel werden alle durch Speisen zweier aufeinander folgender
Zwischenspulen erzielt.
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In
den 4 bis 6, in welchen eine zweite Ausführungsform
der Erfindung dargestellt wurde, sind Elemente, die mit denen für die erste
Ausführungsform
beschriebenen identisch oder ähnlich sind,
mit den gleichen Bezugszeichen benannt.
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Diese
Ausführungsform
ist zum Funktionieren mit „oberer
Schwelle" optimiert.
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Bei
dieser Ausführungsform
findet man die allgemeine Architektur des erfindungsgemäßen Ventils
wieder, das heißt
den vorderen Magneten 30 und den hinteren Magneten 32 und
die vordere Spule 32 und die hintere Spule 36.
Im Gegensatz zu der ersten Ausführungsform
umfasst diese keine Zwischenspule, so dass die hintere Spule nicht
mehr in der Mitte des hinteren Magneten 38 angeordnet ist,
sondern vor diesem. Wie man in den Figuren sieht, liegen die vordere
Spule 32 und die hintere Spule 36 daher nebeneinander
und zwischen der hinteren Spule 36 und der vorderen Spule 38 wurde
ein Raum eingerichtet, der es zum Beispiel erlaubt, elektronische
Bauteile zur Verwaltung der elektrischen Speisung der Spulen aufzunehmen.
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Bei
dieser zweiten Ausführungsform
wurde beschlossen, einen vorderen Magneten 30 und einen hinteren
Magneten 38 zu verwenden, die eine Radialmagnetisierung
und nicht eine axiale Magnetisierung aufweisen. Erfindungsgemäß haben
sie zur Aufgabe, die Nadel 46 jeweils in der vorgerückten Schließstellung
und in der zurückgezogenen
vollen Öffnungsstellung,
die dem großen
Durchfluss entspricht, zu halten.
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Zum
Steuern des Öffnens
des Ventils 10 zu seiner Stellung mit großem Durchfluss
reicht es daher, die hintere Spule 36 in eine erste Richtung
zu speisen, was das Anheben der Nadel 46 bewirkt, die sich
nach unten bewegt. Unter der Einwirkung ihres Gewichts und der Trägheit geht
die Nadel 46 über
die hintere Spule 36 hinaus und positioniert sich so wie in 6 dargestellt.
Durch Abschalten der elektrischen Speisung der hinteren Spule 36 befindet
sich die Nadel 46 daher unter der alleinigen Wirkung des hinteren
Magneten 38, der sie daher in dieser Stellung hält.
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Um
die Nadel nach vorn, bis zu ihrer Zwischenstellung zurückzubringen,
die dem kleinen Durchfluss entspricht, reicht es, die hintere Spule 32 zu
speisen, indem man jedoch beachtet, dass man die Speiserichtung
im Vergleich zu dem umkehrt, was für das Öffnen des Ventils 10 erforderlich
ist. Natürlich
bleibt die hintere Spule solange gespeist, wie man die Nadel in
ihrer Zwischenstellung halten will.
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Um
das Schließen
des Ventils zu bewirken, reicht es, die vordere Spule 32 kurz
zu speisen, die daher die Nadel in Anliegen an ihren Sitz zwingt.
Sobald die Schließstellung
erreicht ist, wird keine Spule mehr gespeist, denn die Nadel 46 wird
von dem vorderen Magneten 30 in dieser Stellung gehalten.