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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgabe und genauen Dosierung
von pastenförmigen Produkten
mit starker oder geringer Oberflächenspannung,
das auch zur dosierten Abgabe von flüssigen oder halbflüssigen Produkten
mit starker oder geringer Oberflächenspannung
oder auch von pulverförmigen
Produkten mit starker oder geringer Agglomerationsneigung verwendet
werden kann.
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Die
kosmetologischen, pharmazeutischen, chemischen und andere Industrien
fordern sehr hohe Präzisionsgrade
in der Größenordnung
von Halbmilligrammen für
die Dosierung verschiedener Bestandteile, die in verschiedene Zusammensetzungen
eingehen. Die manuelle Herstellung dieser Zusammensetzungen mit
den erforderlichen Genauigkeiten ist besonders lang und mühsam und
erweist sich als nicht vereinbar mit den Serienproduktionen. Ein
anderer Mangel der manuellen Methode ist, daß sie zu zahlreichen Irrtümern der
Dosierung oder der Zusammensetzungen führen können.
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Der
Stand der Technik schlägt
zahlreiche Lösungen
für die
Automatisierung der Herstellung der verschiedenen Zusammensetzungen
vor. So kennt man Vorrichtungen zur Abgabe dosierter Mengen von
Flüssigkeiten,
mit denen es möglich
ist, verschiedene Zusammensetzungen in automatisierter Weise herzustellen.
Diese Vorrichtungen sind speziell vorgesehen für die Abgabe und Dosierung
von flüssigen oder
halbflüssigen
Produkten und eignen sich wenig zur dosierten Abgabe von pastenförmigen Produkten mit
hoher Oberflächenspannung
sowie zur dosierten Verteilung von pulverförmigen Produkten. Eine Vorrichtung
dieser Art ist besonders bekannt aus
EP
929 498 des Anmelders. Diese Vorrichtung weist gegenüber denen
des Standes der Technik den Vorteil auf, die Produkte mit einer
Präzision
in der Größenordnung
von Halbmilligramm zu dosieren.
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Bekannt
sind auch Vorrichtungen zur Abgabe von pulverförmigen Produkten in dosierten
Mengen. Einer der Nachteile dieser Vorrichtungen liegt darin, daß sie nicht
zur Dosierung von Flüssigkeiten oder
pastenförmigen
Produkten verwendet werden können.
Im übrigen
begrenzt ihr Mangel an Präzision ihr
Anwendungsgebiet. Die Patentanmeldung WO 98/35896 des Anmelders
bringt eine wirksame Lösung
für den
Mangel an Präzision,
jedoch kann diese Vorrichtung nur pulverförmige Produkte abgeben.
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Bekannt
sind auch Vorrichtungen zur Abgabe von pastenförmigen Produkten. Zwar ist
es möglich,
bestimmte von ihnen zur Abgabe von Flüssigkeiten zu verwenden, jedoch
liegt ihr Hauptnachteil in ihrem Mangel an Präzision. Das hängt im wesentlichen damit
zusammen, daß die
Oberflächenspannung, welche
diese pastenförmigen
Produkte zeigen, dem freien Ablauf der Schwänze der Dosen entgegenwirkt,
wobei letztere sich im allgemeinen in der Form von mehr oder weniger
langen oder mehr oder weniger dicken Fäden zeigen. Diese Dosisschwänze, deren
Gewichtswerte von einer Abgabe zur anderen schwanken, bleiben in
den meisten Fällen
an der Abgabedüse
hängen.
Es ist daher wichtig, den Dosisschwanz von der Abgabedüse zu trennen,
um die Dosierung zu vervollständigen
und deren Genauigkeit zu gewährleisten.
Man hat daran gedacht, Schnitt- oder Abstreifelemente zu verwenden,
um diese Trennung zu gewährleisten,
jedoch löst
die Verwendung solcher Elemente in keiner Weise das Problem, da
die Oberflächenspannung
des pastenförmigen
Produkts so ist, daß der
Dosisschwanz an diesen Elementen hängend verbleibt. Man könnte auch
die Dosierung durch Wiegen des Gefäßes besorgen, in das das Produkt
abgegeben wird. Jedoch kann wegen des zufälligen Haftens des Dosisschwanzes
an der Abgabedüse
die Präzision
der Dosierung durch unbeabsichtigten Fall dieses Dosisschwanzes
in das Gefäß verloren
gehen. Man könnte auch
den Dosisschwanz durch Blasen verjagen, um seinen Fall in das Gefäß zu vermeiden,
jedoch kann eine solche Lösung
nur für übliche und
billige Produkte in Betracht gezogen werden. Für besonders teure Produkte,
wie solche auf der Basis von ätherischen Ölen, die
auf dem Gebiet der Parfümerie
benutzt werden, oder solchen, die Wirkstoffe enthalten, wie sie auf
dem Gebiet der Kosmetologie und der Pharmakologie verwendet werden,
würde eine
solche Lösung zu
wesentlichen finanziellen Verlusten und bei bestimmten Arten von
Produkten einer erheblichen Verschmutzung der unmittelbaren Umgebung
der Abgabestation führen.
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Die
gleichen Probleme treten in geringerem Grad auch bei der dosierten
Abgabe von flüssigen oder
halbflüssigen
Produkten auf. Für
solche Produkte zeigen sich die Dosisschwänze im allgemeinen in Form
von mehr oder weniger großen
Tropfen.
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Schließlich beschreibt
die Patentanmeldung
US
5,150,743 A eine Abgabe- und Dosierungsvorrichtung nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Das
Erfordernis einer sehr hohen Präzision in
der Größenordnung
von Halbmilligrammen, besonders für die Dosierung von pastenförmigen Produkten,
ist gegenwärtig
unvereinbar mit hohen Arbeitstakten in der Produktion. Tatsächlich ist
der Hauptparameter, der unmittelbar diese Takte beeinflußt, die
Größe der Abgabemenge
dieser Produkte. Eine hohe Abgabemenge verlangt bei den gegenwärtigen Vorrichtungen
hohe Ausflußgeschwindigkeiten,
welche die kinetische Ausflußenergie
stark erhöhen.
Man muß dazu
wissen, daß für eine Präzisionsdosierung
das zur Aufnahme des Ausflusses bestimmte Gefäß auf eine Präzisionswaage
gestellt ist, deren Messung stark gestört werden kann durch die plötzliche
Abgabe der kinetischen Energie des Ausflusses bei dessen Aufprall
auf das Gefäß oder auf das
bereits in diesem Gefäß enthaltene
Produkt. Der Anmelder hat dieses Problem bereits gelöst für die Dosierung
von flüssigen
und pulverförmigen
Produkten, jedoch sind die angewandten Lösungen nicht verwendbar für die Dosierung
von pastenförmigen Produkten.
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Voraussetzung
für das
Erreichen eines hohen Grads von Präzision für die Dosierung ist eine vollkommene
Beherrschung des Öffnungsgrads
des Verschlußelements
der Dosierungsvorrichtung. Typischerweise besteht dieses Verschlußelement
bei den bekannten Systemen aus einem Ventil, dessen Stößel mit
einem Steuerungsmechanismus zusammenwirkt. Für eine strenge Kontrolle des Öffnungsgrades des
Ventils lehrt der Stand der Technik besonders die Verwendung eines
Steuermechanismus in Form von Schraube und Mutter, der von der Abtriebswelle
eines Elektromotors angetrieben ist. Derartige Mittel, obgleich
sie an sich einfach sind, komplizieren die Realisation der Dosierungsvorrichtung.
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Der
Steuerungsmechanismus des Ventils wird periodisch geschmiert, damit
er richtig arbeitet. Um jede Verunreinigung des abzugebenden Produkts
durch Schmierfluide zu vermeiden, ist der Steuerungsmechanismus
in einer Kammer montiert, die vom Durchgangsweg des Produkts in
der Vorrichtung durch Abdichtungselemente getrennt ist. Eine solche üblicherweise
angewandte Lösung
kompliziert die Realisierung der Vorrichtung, ohne das Risiko der Verschmutzung
aufgrund von zwangsläufiger
Abnutzung der Dichtungselemente vollkommen zu beseitigen.
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Ein
anderer Faktor, der bei der Präzision
der Dosierung eine Rolle spielen kann, ist die Fließfähigkeit
des Produkts durch die Vorrichtung. Vorrichtungen mit Ventil (d.h.
mit einem senkrecht zum Sitz beweglichen Verschlußelement)
sind gut geeignet, wenn die Möglichkeit
einer präzisen
Regelung der Abgabe unter Beibehaltung eines laminaren Ausfließens bevorzugt
ist, jedoch erfordern dabei die bekannten Ventilanordnungen einen
gekrümmten Durchlaßweg des
Produkts besonders auf der Höhe des
Sitzes. Diese Krümmungen
sind Faktoren von Verlusten von Chargen und können für pastenförmige Produkte Nischen der
Zurückhaltung
des Produkts bilden. Frei von einem solchen Nachteil sind Schieberventile
(d.h. mit einem parallel zum Sitz verschiebbaren Verschlußelement),
welche die Realisierung eines graden Durchlaßwegs ermöglichen. Jedoch kann zwar der
Durchsatz durch entsprechende Positionierung des Schiebers eingestellt
werden, jedoch kann diese Art von Konfiguration stromabwärts vom
Schieber Turbulenzen erzeugen, welche einen laminaren Strom in einen
turbulenten Strom verwandeln, was die Präzision der Dosierung verändern kann.
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Schließlich führt die
Forderung nach einer hohen Leistung in der Produktion von Zusammensetzungen
aus verschiedenen in perfekt dosierten Mengen abgegebenen Produkten
dazu, daß die
Gesamtheit dieser Produkte und ihrer Abgabevorrichtungen im Bereich
ein und derselben Einheit untergebracht sein sollte. Diese Anordnungen
sind für
Anordnungen zur Abgabe von Flüssigkeit
und Pulver in den früheren
Patenten des Anmelders beschrieben. Das Interesse dieser früheren Anordnungen
besteht darin, daß sie
nur einen einzigen Motor vorsehen, um die verschiedenen Dosierungsvorrichtungen
zu betreiben, die mit den zugehörigen
Produktvorratsbehältern
auf einer beweglichen Struktur, beispielsweise einem Drehteller
montiert sind, damit sie vor den Betätigungsmotor gebracht werden
können.
Auf diese Weise wird die Realisation der Gesamtanordnung und die
Möglichkeit
ihrer Steuerung vereinfacht. Es besteht also der Bedarf, eine solche
Konfiguration für Abgabevorrichtungen
für pastenförmige Produkte
zu verwenden, aber die bekannten Ventilvorrichtungen eignen sich
nicht für
eine solche Organisation.
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Die
vorliegende Erfindung hat zum Ziel, die oben angesprochenen Probleme
zu lösen,
indem eine Universalvorrichtung vorgeschlagen wird, die zur dosierten
Abgabe aller Arten von Produkten, ob pastenförmig, flüssig, halbflüssig oder
pulverförmig verwendet
werden kann, und mit der es möglich
ist, einen sehr hohen Grad von Präzision bei der Dosierung zu
erreichen mit einfachen, soliden und mit den Toleranzen der gegenwärtigen Mechanik
bearbeiteten mechanischen Mitteln zu erreichen.
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Ein
anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer
Vorrichtung zur Abgabe und Dosierung von pastenförmigen Produkten, welche es ermöglicht,
die Präzision
der Dosierung mit der hohen Abgabegeschwindigkeit des Produkts zu
verbinden.
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Ein
anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Realisierung einer
Vorrichtung zur Abgabe und Dosierung von pastenförmigen Produkten, deren Verschlußelement
aus einem Ventil besteht und bei der die Chargenverluste verringert
sind.
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Ein
anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Realisierung einer
Vorrichtung zur Abgabe und Verteilung von pastenförmigen,
flüssigen
oder halbflüssigen
Produkten mit hoher Oberflächenspannung oder
pulverförmigen
Produkten mit hoher Verklumpungsneigung.
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Ein
anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen sehr hohen
Präzisionsgrad
bei der Dosierung von pastenförmigen,
flüssigen,
halbflüssigen oder
pulverförmigen
Produkten zu erreichen, wobei dieser Präzisionsgrad Zehntelmilligramm
erreichen kann.
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Ein
anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Realisierung einer
Vorrichtung zur Abgabe und Dosierung von pastenförmigen, flüssigen oder halbflüssigen Produkten
mit hoher Oberflächenspannung oder
von pulverförmigen
Produkten mit hoher Verklumpungsneigung, die einerseits die Abtrennung des
Schwanzes der Dosis ohne Verwendung von mechanischen Elementen,
wie Schiebern und anderen, die in Kontakt mit dem Produkt kommen,
und andererseits den Fall dieses Dosisschwanzes in das Gefäß, in welches
die Dosis abgegeben wird, gewährleisten.
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Zu
diesem Zweck weist die Vorrichtung zur dosierten Abgabe von pastenförmigen oder
flüssigen oder
halbflüssigen
oder pulverförmigen
Produkten einen Körper
der Vorrichtung auf, in welchem ein Produktkanal von einer Produkteinfüllöffnung zu
einem Mundstück
zur Abgabe des Produkts in dosierten Mengen gebildet ist. In dem
Kanal ist ein Ventilsitz gebildet und in letzterem ist ein Ventil
so montiert, daß es
dort gleiten und gegen den Ventilsitz anschlagen kann, um die Abgabe
des Produkts zu verhindern, oder von diesem Sitz entfernt werden
kann, um die Abgabe des Produkts zu erlauben. Das Ventil ist mit
einem Ventilschaft versehen, der gleitend in einer Führungsbohrung
montiert ist und mit einem Antriebsmechanismus zur Betätigung des
Ventils unter Entfernung von seinem Sitz oder zum Sitz hin zusammenwirkt,
wobei der Produktkanal einen geraden Produktleitungsabschnitt aufweist,
in dem der Ventilsitz angeordnet ist und sich das Ventil und der
Ventilschaft axial und vollständig
erstrecken und in welchen Abschnitt der Betätigungsmechanismus des Ventils
mindestens teilweise eindringt, wobei dieser Mechanismus so in Kontakt
mit dem Produkt ist, daß die
mechanische Verbindung zwischen dem Ventilschaft und dem Betätigungsmechanismus
ebenfalls in Kontakt mit dem Produkt und vom Produkt selbst geschmiert
ist und der Betätigungsmechanismus
des Ventils einerseits mindestens ein elastisches Element aufweist,
das gegen das Ventil drückt
und letzteres in Richtung auf den Sitz und damit eine Schließstellung
beaufschlagt, und andererseits eine Betätigungsstange aufweist, die
axial in einer Bohrung des Körpers
der Vorrichtung geführt
ist, wobei diese Bohrung quer zum geraden Abschnitt des Produktkanals verläuft und
in diesem Abschnitt mündet
und die Betätigungsstange
in Kontakt mit dem Ventilschaft kommt, um auf diesen zu drücken, wobei
der Kontakt zwischen dem Ventilschaft und dem Betätigungsmechanismus
von zwei Gleitflächen
gebildet wird, von denen eine am Ventilschaft und die andere an
der Betätigungsstange
ausgebildet ist, und diese zwei Flächen im geraden Produktleitungsabschnitt
liegen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der genannten
Flächen
eben und schräg
bezüglich
der geometrischen Achse der Verschiebung des Ventils zwischen seiner
offenen und geschlossenen Stellung und schräg bezüglich der geometrischen Achse
der Verschiebung der Betätigungsstange
ist, damit, wenn die Betätigungsstange
durch ein Motorelement im Sinn des Eindrückens in den Körper der
Vorrichtung verschoben wird, das Ventil von seinem Sitz unter der Wirkung
des von der Gleitfläche
der Betätigungsstange
auf die Gleitfläche
des Ventilschafts ausgeübten
Drucks von seinem Sitz entfernt wird.
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Man
schafft so einen besonders einfachen und billigen Betätigungsmechanismus.
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Gemäß einem
anderen Merkmal der Erfindung bildet die schräge Gleitfläche mit der geometrischen Achse
der Verschiebung der Betätigungsstange
einen spitzen Winkel von weniger als 45 Grad. Durch dieses Merkmal
ist eine gegebene Verschiebung der Betätigungsstange begleitet von
einer geringeren Verschiebung des Ventils. Man erhält so eine
Untersetzung der Bewegung des Ventils, die zu einer besseren Positionsgenauigkeit
des letzteren führt.
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Gemäß einem
anderen Merkmal der Erfindung ist die Bohrung zur Führung der
Betätigungsstange
senkrecht zum Querschnitt des Produktleitungsabschnittes.
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Gemäß einem
anderen Merkmal der Erfindung ist der geradlinige Produktleitungsabschnitt
vertikal.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung ist der Produktkanal vertikal und
erstreckt sich gerade von einer Produkteinlaßöffnung zu einer Abgabeöffnung dieses
Produkts.
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Gemäß noch einem
weiteren Merkmal der Erfindung befindet sich das Antriebselement,
welches für
die Verschiebung der Betätigungsstange sorgt,
außerhalb
der Vorrichtung und ist von dieser unabhängig.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung gehört das Mundstück zur Abgabe
des Produkts zu einer Vorrichtung zum Blasen eines Fluids unter
Druck, die dazu dient, unter der Wirkung des Blaseffekts oder des
daraus resultierenden Unterdruckeffekts den am Abgabemundstück hängenden Schwanz
der Dosis abzulösen
und den Fall dieses Schwanzes der Dosis zum Gefäß, in welches die Dosis abgegeben
wurde, zu begünstigen.
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Man
trennt so den Schwanz der Dosis vom Abgabemundstück ohne Anwendung eines mechanischen
Mittels nur durch Fluide, welche gegenüber dem abzugebenden Produkt
inert sein können,
jedoch je nach dem Fall auch mit diesen reagieren können, falls
diese Wirkung erwünscht
ist. Man erkennt so auch, daß der
Schwanz der Dosis systematisch in die Dosis eingeschlossen ist,
was die Präzision
der Dosierung garantiert. Im übrigen
wird so nach jeder Abgabe die Reinigung der Außenflächen der Umgebung des Abgabemundstücks gewährleistet
und man verhindert durch diese Verschiebung jede abtrennbare Abscheidung
auf diesem Niveau, welche gegebenenfalls das Mundstück verstopfen
oder die späteren Abgaben
verunreinigen könnte.
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Gemäß einem
anderen Merkmal der Erfindung wird das Fluid unter Druck in Form
eines Impulses oder kurzen Strahls mit einer geeigneten Stärke zum
Schwanz der Dosis hin geblasen, um eine rasche Trennung zu gewährleisten,
die zu hohen Abgabetakten paßt.
Im übrigen
ermöglicht
die Kraft des Strahls, kombiniert mit einer geeigneten Orientierung in
der Ausflußrichtung
des Produkts oder dieser gegenüber
schwach geneigt, die Erzeugung eines Unterdrucks rings um den Schwanz
der Dosis, der einen Effekt der Ansaugung des letzteren hat, der
zunächst zu
seiner Ablösung
vom Abgabemundstück
und zu seinem kontrollierten Fall zum Gefäß hin führt.
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Als
Variante ist die Richtung des Strahls radial zum Mundstück oder
bezüglich
einer radialen Ebene leicht geneigt, um eine Abtrennung durch Scherung
zu gewährleisten.
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Als
Variante wird dieser Abtrennstrahl nicht stoßweise sondern kontinuierlich
geblasen.
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Gemäß einem
anderen Merkmal der Erfindung ist die Blasvorrichtung mit einer
Düse zur
Abgabe eines unter Druck stehenden Fluids versehen und ist diese
Düse rings
um das Mundstück
zur Abgabe des Produkts gebildet.
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Das
Fluid wird so um den Schwanz der Dosis herum verteilt und diese
Verteilung begrenzt die Abweichung beim Fall des Schwanzes der Dosis
zum Gefäß hin.
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Die
Erfindung wird mit weiteren Zielen, Vorteilen und Merkmalen erläutert durch
die folgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, die nur als nicht
begrenzendes Beispiel gegeben ist, und sich auf die beigefügten Zeichnungen
bezieht, worin:
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1 ist
ein Schnitt gemäß einer
Längsmittelebene
der Vorrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform,
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2 ist
ein Schnitt gemäß einer
Längsmittelebene
der Vorrichtung gemäß einer
zweiten Ausführungsform,
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3 ist
ein Schnitt der Vorrichtung gemäß der Linie
AA der 2.
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Wie
dargestellt weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abgabe und
genauen Dosierung in der Größenordnung
von Zehntelmilligramm von pastenförmigen Produkten, die eine
hohe Oberflächenspannung
zeigen können,
oder flüssigen,
halbflüssigen
oder auch pulverförmigen
Produkten, die eine starke Verklumpungsneigung zeigen können, einen Körper 1 der
Vorrichtung von Quaderform auf, in dem ein Kanal 2 für die Durchleitung
des Produkts von einer Einfüllöffnung 3 zu
einem Mundstück 4 zur
Abgabe des Produkts in dosierten Mengen gebildet ist, unter dem
ein nicht dargestelltes Gefäß zum Auffangen der
von der Vorrichtung abgegebenen Dosis angeordnet ist. Die Einfüllöffnung 3 wird
durch eine geeignete Leitung mit einem Vorrat des abzugebenden Produkts
verbunden, wobei dieser Vorrat auf einem höheren Niveau bezüglich der
Vorrichtung angeordnet sein kann, um einen Abfluß des Produkts unter Schwerkraft
zu der Vorrichtung zu ermöglichen.
Dieser Vorrat kann auch un ter Druck gesetzt werden, um die Bewegung
des Produkts zur Vorrichtung hin zu erzwingen, und man kann auch
eine Pumpe zwischen dem Vorrat und der Vorrichtung vorsehen, um das
Produkt aus dem Vorrat abzulassen und in die Vorrichtung zu fördern.
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Der
Kanal 2 weist, wie ersichtlich, einen geraden Abschnitt
für den
Durchtritt des Produkts auf, wobei dieser Abschnitt in Richtung
des Durchgangs des Produkts einen stromabwärts liegenden vertikalen geradlinigen
Abschnitt für
den Durchtritt den Produkts und einen geraden Mittelabschnitt für den Durchtritt
des Produkts aufweist. Ein stromaufwärts liegender geradliniger
Abschnitt für
den Durchtritt des Produkts schließt sich an den genannten geradlinigen
Abschnitt an. Dieser stromaufwärts
liegende Abschnitt kann bezüglich
des Mittelabschnitts seitlich versetzt sein und mit letzterem durch
einen Abschnitt verbunden sein, der ein Knie bildet.
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Der
mittlere und der stromabwärts
liegende Abschnitt liegen in der Verlängerung voneinander und sind
axial aufeinander ausgerichtet. Der stromaufwärts liegende Abschnitt, wie 1 zeigt,
kann auch in der axialen Verlängerung
des Mittelabschnitts liegen. Im Fall dieser Figur liegen die drei
Abschnitte axial in einer Linie, was Chargenverluste im Kanal für den Durchtritt
des Produkts auf ein Mindestmaß verringert.
Man kann bemerken, daß dieser
Kanal sich vertikal zwischen der Eintrittsöffnung und der Abgabeöffnung erstreckt,
was den Ablauf des Produkts unter Schwerkraft durch die Vorrichtung
erleichtert.
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In
einem geringen Abstand vom Abgabemundstück 4 ist im stromabwärts liegenden
Abschnitt des Kanals 2 ein Ventilsitz 5 gebildet.
Dieser kegelstumpfförmige
Sitz wird durchsetzt von dem stromabwärts liegenden Abschnitt des
Kanals. Wie ersichtlich, weist der stromabwärts liegende Abschnitt, stromabwärts vom
Ventilsitz 5, einen geringeren Durchmesser als der Durchmesser
des stromaufwärts
liegenden Abschnitts auf.
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Ein
Ventil 6 von Halbkugel- oder Kegelform ist im Kanal 2 so
montiert, daß es
dort zum Anliegen gegen den Ventilsitz 5 gleiten und die
Abgabe des Produkts verhindern oder auch einen Abstand von diesem
Sitz einnehmen und diese Abgabe zulassen kann. Der Kanal unmittelbar
stromaufwärts
vom Ventilsitz 5 kann eine Kegelstumpfform aufweisen. Das Ventil
bewegt sich zwischen seiner Schließstellung und seiner Öffnungsstellung
in dieser Kegelstumpfform.
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Wie
ersichtlich, ist das Ventil 6 mit einem vertikalen geraden
Ventilschaft 7 versehen, der sich axial im Mittelabschnitt
des Kanals 2 erstreckt, wobei dieser Ventilschaft 7 mit
einem Betätigungsmechanismus
des Ventils 6 zusammenwirkt, der es vom Sitz 5 entfernt
oder zum Sitz 5 hin bewegt, wobei dieser Betätigungsmechanismus
mindestens teilweise in den geraden Abschnitt des Produktkanals
eindringt und mit dem Produkt in Berührung kommt, so daß die mechanische
Verbindung zwischen dem Ventilschaft und dem Betätigungsmechanismus ebenfalls
in Berührung
mit dem Produkt ist und vom Produkt selbst geschmiert wird.
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Um
den Durchtritt des Produkts in den stromaufwärts liegenden Abschnitt des
Kanals 2 zu ermöglichen,
weist der Ventilschaft 7 einen geringeren Durchmesser als
der Durchmesser des Kanals 2 auf.
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Um
die Führung
des Ventils 7 zu gewährleisten,
ist der Ventilschaft 7 gleitend verschiebbar in der Bohrung
montiert, die axial eine scheibenförmige Führungshülse 19 durchsetzt,
die im Mittelabschnitt des Produktkanals blockiert montiert ist.
Wie 1 zeigt, erstreckt sich diese Führungshülse 19 quer
im Kanalabschnitt und weist rings um die Führungsbohrung durchgehende
Durchbrechungen für
den Durchtritt des Produkts auf.
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Um
die Führung
des Ventils 6 zu gewährleisten,
ist bei der Vorrichtung gemäß den 2 und 3 der
Ventilschaft 7 gleitend in einer im Körper 1 der Vorrichtung
ausgebildeten Bohrung 7a in der axialen Verlängerung
des Mittelabschnitts des Kanals 2 montiert. Die Führungsbohrung
ist genügend
lang, um jede Gefahr von Verklemmen auf diesem Niveau auszuschließen. Eine
Dichtung kann in der Bohrung 7a um den Ventilschaft herum
angeordnet sein, um jeden Rückfluß des Produkts
in die Bohrung zu verhindern und die Dichtheit zu gewährleisten,
jedoch ist vorzugsweise die Bohrung blind, und die Qualität der Führung des
Ventilschafts in der Bohrung ist vom Typ H7-g6 beispielsweise, und
es wird keinerlei Dichtung verwendet. Man läßt so freiwillig das Produkt
zum Boden der Bohrung 7a zurückfließen, wobei dieser Rückfluß in Form
eines Films vorhanden ist, der zur Gewährleistung der Schmierung der
Führung
dient. Die Menge des zum Boden der Bohrung zurückfließenden Produkts ist sehr gering,
so daß sich
letztere nur sehr langsam füllt.
Eine vollkommene Füllung dieser
Bohrung 7a ist für
sich nicht störend,
da unter der Wirkung der Bewegung des Eindrückens des Kolbens in die Bohrung
eine Rückflußbewegung
des Produkts in Richtung auf den Kanal 2 eintritt. Man
erhält
so ein Entleeren der Bohrung.
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Eine
Verunreinigung des abzugebenden Produkts durch die in der Bohrung 7a enthaltene
Produktmenge ist nicht zu befürchten,
da einerseits die Vorrichtung nur zur Abgabe eines einzigen Produkts benutzt
wird und andererseits sie bei jedem Abgabezyklus einer vollständigen Reinigung
unterzogen wird.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung weist der Betätigungsmechanismus des
Ventils einerseits mindestens ein elastisches Element 8 vom
Typ Spiralfeder auf, das auf das Ventil 6 einen Druck ausübt und es
in Richtung auf seinen Sitz 5 und somit in eine Schließstellung
beaufschlagt, und andererseits eine Betätigungsstange 9 auf,
die axial in einer Bohrung 10 des Körpers der Vorrichtung geführt ist,
wobei diese Bohrung quer zum geradlinigen Abschnitt des Produktkanals
ist und in diesem Abschnitt mündet.
Vorzugsweise ist diese Führungsbohrung
senkrecht zum Mittelabschnitt des Kanals 2 und mündet in
diesem Abschnitt.
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Die
Betätigungsstange 9 kommt
in Berührung
mit dem Ventilschaft 7 und drückt gegen letzteren, wobei
der Kontakt zwischen dem Ventilschaft und dem Betätigungsmechanismus
durch zwei Gleitflächen 11, 20 hergestellt
wird, von denen eine 11 am Ventilschaft 7 und
die andere 20 an der Betätigungsstange 9 ausgebildet
ist, wobei die zwei genannten Flächen 11, 20 im
geradlinigen Durchgangsabschnitt des Produkts liegen und in Kontakt
mit dem Produkt sind.
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Mindestens
eine dieser Flächen
ist eben und schräg
bezüglich
der geometrischen Achse der Verschiebung des Ventils 6 zwischen
seiner offenen und geschlossenen Stellung, damit, wenn die Betätigungsstange 9 in
Richtung des Einschiebens in den Körper der Vorrichtung verschoben
wird, das Ventil 6 unter der Wirkung des von der Gleitfläche 20 der Stange 9 auf
die Gleitfläche 11 des
Ventilschafts ausgeübten
Drucks und selbstverständlich
unter der Wirkung der Gleitbewegung der zwei Flächen 11, 20 aufeinander
von seinem Sitz abgehoben wird. Es sei bemerkt, daß die Abhebebewegung
des Ventils 6 gegen den Druck erfolgt, der vom elastischen
Element 8 auf das Ventil 6 ausgeübt wird.
Dagegen führt
bei der umgekehrten Bewegung der Stange 9 der Druck der Feder 8 zur
Bewegung des Ventils in Richtung auf den Ventilsitz 5.
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Bei
einer ersten Ausführungsform,
die Gegenstand der 1 ist, ist das elastische Element 8 rings
um den Ventilschaft montiert und ist zwischen dem Ventil und der
Zentrierungshülse
zusammengedrückt.
Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Vorrichtung, die Gegenstand der 2 und 3 ist, ist
das elastische Element 8 zusammengedrückt zwischen dem Boden der
Bohrung 7a und dem Ventilschaft 7 zusammengedrückt montiert.
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Die
schräge
Gleitfläche
kann an der Betätigungsstange 9 oder
dem Ventilschaft ausgebildet sein, und die andere Fläche kann
gegebenenfalls die gleiche Schräge
besitzen, um einen Kontakt und ein Gleiten von Ebene auf Ebene zu
erhalten, der weniger einer Abnutzung unterworfen ist als ein Gleitkontakt
von Linie auf Ebene. Wie man in 1 sieht, sind
die zwei Flächen 11, 20 beide
schräg.
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Die
Stange 9 wird in ihrer axialen Gleitbewegung betätigt durch
ein außerhalb
des Körpers
der Vorrichtung befindliches Antriebselement 9a. Die Stange 9 hat
daher einen außerhalb
des Körpers
der Vorrichtung liegenden Teil, mit dem das Antriebselement 9a in
axialem Schub zusammenwirkt. Dieses Antriebselement 9a kann
am Körper
der Vorrichtung befestigt oder auch davon unabhängig und nicht an der Vorrichtung
befestigt sein. Dieses An triebselement 9a steuert also
die Bewegung der Stange 9 sowie den Grad ihres Eindrückens in
die Bohrung 9. Durch diese Schräge steuert das Antriebselement 9a die
Bewegung des Ventils sowie den Öffnungsgrad desselben.
Man ersieht, daß das
Ventil dank dieser Mittel in eine Position der totalen Öffnung gebracht werden
kann, die das Ausströmen
des Produkts mit einem maximalen Durchsatz ermöglicht, jedoch auch in eine
Zwischenstellung zwischen der Öffnungs-
und Schließstellung
gebracht werden kann, die entsprechend dem gewünschten Durchsatz gewählt ist.
Das Antriebselement steuert auch die Rückkehrbewegung der Stange 9 und
damit die Art, wie das Ventil in seine Schließstellung zurückgebracht
wird. Dieses Antriebselement wird durch eine Kontroll- und Steuereinheit
kontrolliert und gesteuert.
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Wie
ersichtlich, erfolgt die Eindrückbewegung
der Stange 9 in die Bohrung 10 in Richtung auf den
Ventilschaft gegen die Wirkung eines elastischen Rückstellelements 12,
das in der Bohrung 10 unter Druck zwischen einer Schulter
der Bohrung und einer Schulter der Stange 9 montiert ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform
weist die Stange 9 einen Druckfinger 9b von verringertem
Durchmesser auf. Diese Form des Druckfingers 9b ist versehen
mit einem Endteil der einen 20 der zwei Gleitflächen, und
das elastische Rückstellelement 12 in
Form einer Spiralfeder ist rings um diesen Druckfinger montiert.
Die Bohrung 10 ist teilweise gebildet von der Bohrung, die
ein abnehmbares Anschlag- und Dichtungsteil 9c durchsetzt,
das in einem Gewinde des Körpers
der Vorrichtung 1 eingeschraubt ist. Die Bohrung dieses Teils
bildet eine Anschlagschulter 9d, gegen welche eine Anschlagschulter 9e der
Stange 9 anschlägt. Diese
zwei Schultern begrenzen die Rücklaufbewegung
der Stange 9. Diese Stange weist hinter der erwähnten Schulter
einen verringerten Durchmesser auf.
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Die
schräge
Gleitfläche
bildet mit der geometrischen Verschiebungsachse der Betätigungsstange einen
spitzen Winkel von weniger als 45 Grad. Dank dieses Merkmals führt eine
gegebene Verschiebung der Betätigungsstange
zu einer geringeren Verschiebung des Ventils. Man erhält so eine
Untersetzungswirkung der Bewegung des Ventils. Dank dieser Untersetzung
erhält
man auch eine bessere Positionsgenauigkeit des Ventils und infolgedessen
eine bessere Beherrschung des Durchsatzes des Produkts. Es versteht
sich von selbst, daß die
Neigung der Gleitflächen
vereinbar ist mit dem Reibungskoeffizienten der einen an der anderen.
Es sei daran erinnert, daß diese
zwei Flächen
in Berührung
mit dem Produkt sind, so daß sich
letzteres auf ihnen abscheidet und einen Film bildet, der geeignet
ist, diesen Reibungskoeffizienten und demzufolge die Abnutzung der
zwei Gleitflächen
zu verringern.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
ist der Ventilschaft 7 mit einem in einer diametralen Richtung
verlaufenden durchgehenden Loch versehen, wobei die zum Ventilschaft
gehörende
Gleitfläche 11 von
der oberen Seite (stromaufwärts
liegende Seite in Betracht der Strömungsrichtung des Produkts)
dieses Lochs gebildet ist. Dieses Loch ist im übrigen begrenzt durch zwei
untereinander und zur Längsachse des
Ventilschafts parallele Seiten und durch eine zu dieser Achse schräge oder
senkrechte untere Seite. Die Form des Druckfingers 9b zeigt
zwei parallele Abflachungen, die gegenüber den Seitenflächen des durchgehenden
Lochs kommen. Um zu gewährleisten,
daß der
Ventilschaft im Kanal 2 winkelmäßig ausgerichtet ist und daß die Gleitfläche 11 stets
gegenüber
der Stange 9 bleibt, ist die Form des Druckfingers 9b der
letzteren durch die Anschlagschultern 9d, 9e dazu
gezwungen, stets im durchgehenden Loch zu verbleiben. Die Abflachungen
dieser Form des Druckfingers 9b und die Seitenflächen des
Lochs bilden miteinander die Winkelverkeilung. Wie man in den beigefügten Figuren
sieht, ist die Gleitfläche 20 des
Fingers schräg
und liegt gegenüber
der Gleitfläche 11.
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Vorzugsweise
ist zur weiteren Verminderung des Reibungskoeffizienten der zwei
Gleitflächen
aufeinander mindestens die eine von ihnen mit PTFE beschichtet.
Man kann vorsehen, daß eine
dieser Flächen
in einem Stück
aus PTFE geschnitten ist. So ist, wie in 1 gezeigt,
die Gleitfläche 11 aus
einem Abnutzungsstück 22 aus
PTFE gebildet, das im Ventilschaft 7 blockiert ist. Wie
ersichtlich, ist dieser Ventilschaft rohrförmig und weist in einer diametralen Ebene
zwei höhenversetzte
entgegengesetzte Löcher
auf. Das Abnutzungsstück 22 wird
mit Kraft in den Ventilschaft eingesetzt und hat die Form eines Zylinders.
Dieses Abnutzungsstück
ist gemäß einem seiner
Durchmesser mit dem oben erwähnten
Durchgangsloch versehen, wobei die Gleitfläche 11 stets von der
oberen Seite (stromaufwärts
liegende Seite im Betracht der Strömungsrichtung des Produkts) dieses
Lochs gebildet ist. Bei der Montage wird das Loch des Abnutzungsstücks 22 gegenüber den
Löchern
des Ventilschafts gebracht.
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Um
den Dosisschwanz vom Abgabemundstück 4 abzutrennen,
wo er unter der Wirkung von Oberflächenspannungskräften haften
könnte,
ist eine Vorrichtung 13 zum Ausblasen eines Fluids unter Drucks
vorgesehen.
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Das
Fluid unter Druck kann in den Kanal 2 stromabwärts vom
Ventilsitz 5 eingeleitet werden, um durch Druck den Dosisschwanz
herauszutreiben, jedoch wird vorzugsweise der Strahl von Fluid unter Druck
von der Vorrichtung 13 außerhalb des Kanals 2 abgegeben.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform
befindet sich die Blasvorrichtung 13 außerhalb des Kanals 2 und
des Mundstücks 4.
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Vorzugsweise
wird das Fluid unter Druck gegen den Dosisschwanz in Form eines
Stoßes
von verhältnismäßig großer Stärke geblasen.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
ist die Blasvorrichtung 13 mit einem Mundstück 14 zur
Abgabe von Fluid unter Druck ausgerüstet. Dieses Mundstück ist rings
um das Abgabemundstück
des Produkts gebildet, so daß sich
das aus diesem Fluidmundstück
austretende Fluid rings um den Dosisschwanz verteilen kann.
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Das
Produktabgabemundstück 4 ist
vorzugsweise in einer Ausflußdüse 15 gebildet,
die mit dem Ventilsitz 5 versehen ist. Vorzugsweise ist
die Ausflußdüse 15 mit
einem zylindrischen Gewindeabschnitt versehen und wird mittels dieses
zylindrischen Gewindeabschnitts in eine geeignete Bohrung eingeschraubt,
die im Körper
der Vorrichtung rings um den Mittelabschnitt des Kanals 2 ausgebildet
ist. Diese Anordnung ermöglicht
die Abnahme des Ventils 6 zum Zweck seiner Reinigung. In 1 sieht man,
daß die
Ausflußdüse 15 gegen
die Führungshülse 19 anschlägt und letztere
gegen eine im Mittelabschnitt des Kanals gebildete Schulter hält.
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Die
Ausflußdüse 15 kann
stromaufwärts
von der Abgabeöffnung
ein Gitter 21 aufnehmen, um Flüssigkeitstropfen zurückzuhalten,
welche die Dosierung stören
könnten.
Die Ausflußdüse 15 kann stromaufwärts von
diesem Gitter eine Erweiterung aufweisen, um den Abgabestrom zu "beruhigen".
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform,
wie in den 2 und 3 dargestellt,
ist die Fluidabgabedüse 14 von
der unteren kreisförmigen Öffnung einer
Kammer 16 gebildet, die rings um die Ausflußdüse 15 gebildet
und durch eine bezüglich
der Düse feste
Hülse 16a begrenzt
ist. Wie ersichtlich, sind die Hülse 16a und
die Ausflußdüse 15 koaxial.
Die Hülse 16a ist
mit mindestens einer Bohrung 17 zum Einleiten von Fluid
unter Druck in die Kammer 16 versehen. Diese Bohrung ist
durch einen entsprechenden Kanal der Vorrichtung 13 mit
einer Quelle für
Fluid unter Druck verbunden, die in einem Abstand von oder in der
Nähe der
Vorrichtung installiert ist. An dieser Leitung kann ein Elektroventil
installiert sein, das durch einen programmierbaren Automaten oder
jedes andere äquivalente
Mittel gesteuert wird.
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Wie
gezeigt, ist die Außenfläche der
Ausflußdüse zylindrokonisch
und die Düse 14 zur
Abgabe von Fluid unter Druck ist in diesem Fall in der unmittelbaren
Nähe des
freien Endes des zylindrischen Teils angeordnet. Diese zylindrische
Fläche
ermöglicht
in gewissem Grad die Ausrichtung des Strahls des Fluids unter Druck
im wesentlichen in der Ausflußachse
des Produkts und begrenzt den Schereffekt, den das Fluid auf den
Dosisschwanz ausüben könnte. Die
Produktausflußdüse ist am
Ende des zylindrischen Teils ausgebildet.
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Immer
noch bei der bevorzugten Ausführungsform
weist die Innenseite der Hülse 16a einen Kegelstumpfteil
auf, dessen kleine Basis von der Düse 14 zur Abgabe des
Fluids unter Druck gebildet wird. Wie ersichtlich, bildet der kegelstumpfförmige Teil
der Innenseite der Hülse 16a an
der Spitze einen Winkel, der größer ist
als der Winkel an der Spitze des kegelstumpfförmigen Teils der Außenfläche der Düse 15.
Durch diese Anordnung kann zwischen der Innenfläche der Hülse 16a und der Außenfläche der Düse 15 ein
genügender
Abstand geschaffen werden, um eine Kammer 16 von ausreichendem
Volumen zu bilden. Die Kegelspitze entspricht der Kegelstumpfform,
welche die Innenseite der Hülse 16a bildet
und liegt in der Symmetrieachse des Kanals 2 in der Nähe des Mundstücks 4 zur
Abgabe des Produkts. Gemäß der Ausführungsform
der 1 und 2 liegt diese Spitze stromabwärts von
diesem Mundstück,
um dem Effekt des Vorschubs des Dosisschwanzes einen geringen Schereffekt
zu überlagern.
Jedoch ist eine solche Ausführungsform
nicht als begrenzend zu betrachten sondern die Kegelspitze kann
auch stromaufwärts
vom Produktsabgabemundstück 4 angeordnet
sein.
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Vorzugsweise
weist die Hülse 16a einen
zylindrischen Teil in der Verlängerung
des Kegelstumpfteils auf. Dieser zylindrische Teil kann mit mindestens einer
Durchgangsbohrung 17 zur Einleitung von Fluid unter Druck
in die Kammer 16 versehen sein. Diese Bohrung kann auch
im Kegelstumpfteil der Hülse ausgebildet
sein. In den beigefügten
Figuren ist nur eine einzige Durchgangsbohrung dargestellt, jedoch können als
Variante mehrere in gleichmäßigen Abständen verteilte
Bohrungen vorgesehen sein, um ein besseres Gleichgewicht des Fluidstrahls
am Ausgang der Düse 14 zu
erreichen und jede Abweichung des letzteren zu vermeiden.
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Vorzugsweise
ist die oder jede Durchgangsbohrung 17 gegenüber dem
konischen Teil der Außenfläche der
Düse 15 angeordnet.
Immer noch bei der bevorzugten Ausführungsform nimmt die oder jede
Durchgangsbohrung eine radiale Position ein, jedoch kann diese Position
beispielsweise in Richtung auf die Abgabedüse 14 geneigt sein.
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Vorzugsweise
sind die jeweiligen Positionen des Produktabgabemundstücks und
des Mundstücks zur
Abgabe des Fluids unter Druck in bezug aufeinander einstellbar.
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Zu
diesem Zweck ist die Hülse 16a der
Blasvorrichtung 13 durch Anschrauben an der Ausflußdüse 15 befestigt.
Diese Maßnahme
ermöglicht
eine sehr genaue Einstellung der Position der Düsen in dem in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiel.
Die Düse 14 befindet
sich etwas oberhalb des Mundstücks 4.
Diese Möglichkeit
der Regelung ermöglicht
eine genaue Anpassung der Blasvorrichtung an die Besonderheiten
des abzugebenden Produkts. So können
die jeweiligen Positionen in Abhängigkeit
von den physischen Eigenschaften der abzugebenden Produkte entwickelt
werden, wobei die gewünschte
Wirkung die Abtrennung des Dosisschwanzes ist.
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Vorzugsweise
befindet sich das zum Ablösen
des Dosisschwanzes von der Düse 15 verwendete
Fluid im Gaszustand und dieses Fluid kann Luft sein. Als Variante
kann dieses Fluid im flüssigen
Zustand vorliegen und in diesem Fall kann es flüssiger Stickstoff sein.
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Dieses
Fluid kann sich bei Raumtemperatur im gasförmigen Zustand befinden, jedoch
als Variante kann es sich bei Raumtemperatur im flüssigen Zustand
befinden.
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Man
kann auch ein Fluid benutzen, das aus einem pulverförmigen Produkt
besteht.
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Das
verwendete Fluid kann gegenüber
dem abzugebenden Produkt und gegebenenfalls den bereits in das Gefäß abgegebenen
Produkten inert sein oder im Gegenteil mit diesem oder diesen letzteren entsprechend
dem gewünschten
physischen oder chemischen Effekt reagieren.
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Beschrieben
wurde hier eine Vorrichtung, die nur mit einer einzigen Düse ausgerüstet ist,
jedoch kann diese Vorrichtung als Variante mit mehreren Düsen versehen
sein, die koaxial ineinander mit einem Abstand voneinander montiert
sind, um Ringkammern zu bilden, die mit kreisförmigen, mundstückebildenden Öffnungen
versehen sind. Diese Ausbildung ermöglicht die gleichzeitige Abgabe
mehrerer Produkte, die in ein und derselben Zusammensetzung vereinigt
werden sollen. Bei dieser Ausführungsform ist
die Hülse 16a der
Blasvorrichtung 13 rings um die äußerste Düse montiert.
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Die
beschriebene Vorrichtung ist mit Bohrungen 18 zur Befestigung
an einem geeigneten Träger versehen.
Dieser Träger
kann die Form einer Platte haben. Diese Platte kann mehrere Vorrichtungen
der vorgenannten Art aufnehmen. Die Vorrichtung kann mit nicht gezeigten
Indexbohrungen ausgerüstet sein,
die zum Zusammenwirken mit darin eingreifenden Indexfingern bestimmt
sind. Eine solche Konfiguration erfordert nur einen Motor 9a.
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Es
sei bemerkt, daß die
Außenabmessungen
der Merkmale der Vorrichtung wie beschrieben identisch sind mit
denen der Vorrichtung, die Gegenstand des Patents
EP 0 929 498 des Anmelders sind. Diese
besonders vorteilhafte Maßnahme
ermöglicht die
Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zusammen
mit denen, welche Gegenstand des genannten Patents sind.
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Selbstverständlich sind
die verschiedenen Bauteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus Materialien
hergestellt, die korrosionsbeständig
sind. Man kann so rostfreien Stahl, PTFE (POLYTETRAFLUORETHYLEN)
besonders zur Herstellung des Ventils sowie andere geeignete Werkstoffe
verwenden.
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Die
vorliegende Erfindung bietet eine besonders einfache Lösung für das Problem
der Dosierung von pastenförmigen
Produkten mit hoher Oberflächenspannung,
und durchgeführte Untersuchungen haben
gezeigt, daß Präzisionen
in der Größenordnung
von Zehntelmilligramm durchaus erreichbar sind.
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Es
versteht sich, daß die
vorliegende Erfindung im Rahmen der hiernach definierten Ansprüche alle
Ausbildungen und Varianten des Gebiets der technischen Äquivalente
umfaßt.