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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Flüssigkeitsfüllventil, das dazu verwendet
wird, ein Gefäß mit einer
Flüssigkeit
zu füllen,
und insbesondere den Aufbau eines Flüssigkeitsdurchlass, der in
dem Ventil ausgeformt ist.
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Ein
Flüssigkeitsfüllventil
umfasst im Allgemeinen eine rohrförmige Düse, die einen Flüssigkeitseingießanschluss
an ihrer Bodenseite, einen Betriebsstab, welcher durch die Düse in einer
anhebbaren Art und Weise verläuft
und ein Ventilelement in Richtung seines unteren Endes trägt, und
Hubmittel wie einen Zylinder, welcher bewirkt, dass der Betriebsstab
hoch und runter bewegt wird, aufweist. Durch Hoch- und Runterfahren
des Betriebsstabs wird das Ventilelement, das durch den Betriebsstab an
dessen unterem Ende getragen wird, dazu gebracht, auf einem sich
verjüngenden
Ventilsitz, welcher an dem unteren Ende des gefüllten Flüssigkeitsdurchlasses ausgeformt
ist, aufzusitzen oder wird von diesem entfernt, um so den Flüssigkeitsdurchlass
zu öffnen
oder schließen.
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Bei
einem herkömmlichen,
oben beschriebenen Flüssigkeitsfüllventil,
besteht ein Problem, dass bei dem Beginn oder Ende eines Füllvorgangs
oder unmittelbar nachdem das Ventilelement entfernt wurde von dem
Ventilsitz oder unmittelbar bevor das Ventilelement auf den Ventilsitz
aufgesetzt wurde, der gefüllte
Flüssigkeitsdurchlass
schnell gedrosselt wird, um die Durchflussgeschwindigkeit der Flüssigkeit
zu erhöhen,
was zu Flüssigkeitsspritzern
oder Blasen in dem Gefäß führt. Zusätzlich,
bei einem Füllvorgang über die
Mündung
besteht ein weiteres Problem, dass die gespritzte Flüssigkeit
die äußere Oberfläche des
Behälters
oder die Umgebung verschmutzen kann.
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Es
ist weiter festzustellen, dass bei dem oben genannten Flüssigkeitsfüllventil
der Betriebsstab hoch und runter durch seine Verbindung mit einem
Druckluftzylinder, der oberhalb angeordnet ist, gefahren wird. Entsprechend
wird eine Füllflüssigkeit (eine
einzufüllende
Flüssigkeit)
in den gefüllten
Flüssigkeitsdurchlass
durch ein laterales Flüssigkeitszuführrohr eingefüllt, das
mit der rohrförmigen
Düse verbunden
ist. Wenn eine Flüssigkeit
lateral in die vertikal angeordnete Düse, durch welche der Betriebsstab
sich zentral erstreckt, eingefüllt
wird, fließt die
Flüssigkeit
verwirbelt den Flüssigkeitsdurchlass herab,
um durch den Eingießanschluss,
welcher in Richtung des unteren Endes der Düse angeordnet ist, in ein Gefäß gefüllt zu werden.
Dabei tritt ein Problem auf, dass die Füllflüssigkeit herum gespritzt wird,
wenn sie aus dem Eingießanschluss
als verwirbelter Fluss heraustritt.
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Mit
einem oben genannten Flüssigkeitsfüllventil,
bei dem die aus dem Eingießanschluss
ausfließende
Flüssigkeit
verspritzt werden kann, ist ein Füllvorgang über die Mündung, bei dem der Füllvorgang
stattfindet, während
das Düsenende
oberhalb der Mündung
des Gefäßes gehalten
wird, unmöglich. Wenn
die einzufüllende
Flüssigkeit
große
Partikel aufweist, wie dies bei mit Zellstoff vermischten Fruchtsäften auftritt,
ist die Verwendung eines metallenen Geflechts zur Verhinderung eines
Flüssigkeitsspritzens
verhindert, da das Geflecht um den Eingießanschluss zu einem Verstopfen
führt.
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Der
Erfinder hat zuvor eine Patentanmeldung für eine Erfindung eingereicht,
welche eine solche Schwierigkeit behebt (siehe offengelegte Japanische
Patentanmeldung No. 9-255,095).
Bei dieser Erfindung umfasst das Ventil eine rohrförmige Düse mit einem
inneren gefüllten
Flüssigkeitsdurchlass,
einen Betriebsstab, welcher durch die rohrförmige Düse verläuft und hoch und runter mittels
Hubmitteln angetrieben wird, und ein Öffnen/Schließen-Ventil, umfassend
ein Ventilelement, das an dem Boden des Betriebsstabs (des Betriebsventils)
befestigt ist, und einen Ventilsitz, der an der inneren Oberfläche der Düse an deren
unterem Ende ausgebildet ist. Genauer ist die innere Oberfläche der
rohrförmigen
Düse in Richtung
ihres oberen Endes als Bereich mit einem sich verringernden Durchmesser,
der schrittweise den Querschnittsbereich des gefüllten Flüssigkeitsdurchlasses in Abwärtsrichtung
verringert, und mit einem Bereich mit einem anwachsenden Durchmesser,
der unterhalb des Bereichs mit dem verringerten Durchmesser angeordnet
ist und der schrittweise den Querschnittsbereich des gefüllten Flüssigkeitsdurchlasses
in Abwärtsrichtung
vergrößert, ausgeformt.
Ein Bereich mit einem konstanten inneren Durchmesser ist an der
inneren Oberfläche
der Düse in
einem Gebiet zwischen dem Bereich des verringerten Durchmessers
und dem Öffnen/Schließen-Ventil, das
darunter angeordnet ist, ausgeformt, und eine Vielzahl an sich axial
erstreckenden, begradigenden Leitschaufeln sind an der äußeren Oberfläche des Betriebsstabs,
der zu dem Bereich mit konstantem Durchmesser korrespondiert, angebracht.
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Gemäß der Erfindung,
die in der genannten offengelegten Patentanmeldung offenbar ist,
ist die Flüssigkeit,
welche innerhalb der Düse
in einem verwirbelten Fluss abwärts
fließt,
vollständig
begradigt, um einen Wirbel oder Strudel zu entfernen, bevor sie aus
dem Flüssigkeitseingießanschluss
heraustritt, um so zu verhindern, dass die Flüssigkeit herumgespritzt wird
und ein Anwachsen in der Flussgeschwindigkeit unterdrückt wird,
um ein Flüssigkeitsspritzen und
auch eine Blasenbildung in dem Gefäß zu verhindern.
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Jedoch
ist gemäß der Anordnung
der beschriebenen Erfindung die innere Oberfläche der Düse mit einem Bereich mit verringertem
Durchmesser ausgebildet, durch den sich der Betriebsstab mit den
an seiner äußeren Oberfläche angeordneten, begradigenden
Leitschaufeln erstreckt. Demgemäß muss,
wenn der Betriebsstab aus der Düse
für Wartungsabreiten
wie einen Austausch an einem Balg herausgezogen werden soll, der
Betriebsstab so ausgeformt sein, dass er in eine Vielzahl an Bereichen zerlegt
werden kann. Bei einem oben genannten Flüssigkeitsventil umfasst der
Betriebsstab zu diesem Zweck eine Mehrzahl an Bauteilen, welche durch
Schraubverbindungen miteinander verbunden sind.
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Wenn
jedoch der Betriebsstab eine Mehrzahl an Bauteilen umfasst, die
miteinander durch Schraubverbindungen verbunden sind, dann ist die Sterilisation
der Teile, welche miteinander verschraubt sind, schlecht, und es
braucht Zeit, diese Teile zu demontieren und zu montieren, was zu schlechten
Wartungseignungen führt.
Weiter, wenn die Teile durch Schraubverbindungen verbunden sind,
dann besteht ein Problem, dass die Teile gelockert werden können.
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Die vorliegende
Erfindung
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Entsprechend
ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Flüssigkeitsfüllventil zu schaffen, welches
eine hervorragende Sterilisationseignung und eine hohe Wartungseignung
ermöglicht,
und welches frei ist von der Möglichkeit,
dass sich die miteinander verschraubten Teile lösen.
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Die
oben genannte Aufgabe ist gelöst
durch die Bereitstellung eines Flüssigkeitsfüllventils gemäß Anspruch
1.
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Bei
dem Flüssigkeitsfüllventil
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist nichts an der äußeren Oberfläche des
Betriebsstabs montiert, sondern die begradigenden Leitschaufeln
sind an der inneren Oberfläche
der Düse
montiert, und da die äußere Oberfläche des
Betriebsstabs so gewählt
ist, dass sie geringer ist als der innere Durchmesser des Bereichs
mit verringerndem Durchmesser, welcher an der inneren Oberfläche der
Düse ausgeformt
ist, kann die Düse demontiert
werden, während
der Betriebsstab daran befestigt ist. Dies vereinfacht Wartungsarbeiten
und, da der Betriebsstab durch ein integriertes Bauteil ohne Aufteilung
in mehrere Teile geformt werden kann, besteht nicht die Notwendigkeit
einer verschraubbaren Verbindung zwischen Teilen, was hervorragenden
Sterilisationsmöglichkeiten
bietet.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Längsschnitt
eines Flüssigkeitsfüllventils
gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung; und
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2 ist
eine Querschnitt eines unteren Bereichs des Flüssigkeitsfüllventils.
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Detaillierte Beschreibung
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
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In
Bezug auf die Zeichnungen wird nun ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung beschrieben. Ein Flüssigkeitsfüllventil 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist angepasst, um an dem äußeren Umfang eines drehbaren
Körpers 2 montiert
zu werden und in der Praxis ist eine Vielzahl an Ventilen 1 mit
einem gleichen Abstand zwischen ihnen um den Umfang montiert. Das
Flüssigkeitsfüllventil 1 umfasst
eine rohrförmige
Düse 4 und
einen Betriebsstab 6, welcher durch die rohrförmige Düse 4 verläuft. Der
Betriebsstab 6 hat ein oberes Ende, welches mit einem Druckluftzylinder 8 verbunden
ist und wenn der Druckluftzylinder betätigt wird, bewegt sich der
Stab innerhalb der Düse 4 auf
und ab. Das Innere der rohrförmigen Düse 4 legt
einen Durchlass 10 für eine
Flüssigkeit,
die eingefüllt
wird, fest, wobei die Flüssigkeit,
welche von einem hier nicht dargestellten Flüssigkeitstank zugeführt wird,
durch ein Flüssigkeitszuführrohr 12 eingeführt wird,
welches mit einer Seitenwand des oberen Endes des Durchlasses verbunden
ist, um den gefüllten
Flüssigkeitsdurchlass herab
zu fließen.
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Die
rohrförmige
Düse 4 ist
mit der unteren Oberfläche
eines Zylindergehäuses 14 verbunden, welches
mit dem äußeren Umfang
des drehbaren Körpers 2 gesichert
ist. Die rohrförmige
Düse 4 umfasst
eine Vielzahl an Rohrelementen 4a, 4b und 4c und
das Zylindergehäuse 14 und
die Vielzahl an Rohrelementen 4a, 4b und 4c sind
zusammen in einer vertikalen Spalte mittels Befestigern 16, 18 und 20 verbunden.
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Die
innere Oberfläche
der rohrförmigen Düse 4 oder
des Flüssigkeitsdurchlasses 10 ist
hin zu seinem unteren Ende mit einer sich verjüngenden Oberfläche 10a ausgebildet,
welche einen verringerten Durchmesser in Abwärtsrichtung aufweist. Auf der
anderen Seite ist das untere Ende des Betriebsstabs 6 mit
einem konischen Bereich ausgebildet und die sich verjüngende Oberfläche 10a,
die unten an dem gefüllten
Flüssigkeitsdurchlass 10 ausgebildet ist
und als ein Ventilsitz dient und der Betriebsstab 6, der
als Ventilelement dient, bilden zusammen ein Öffnen/Schließen-Ventil 22.
Eine ringförmige
Ausnehmung ist in dem äußeren Umfang
des Betriebsstabs 6 in einem Bereich ausgebildet, in dem
der konische Bereich 6a auf den massiven Zylinder (den
unteren massiven Zylinder 6b, der über dem konischen Bereich ausgebildet
ist) 6b trifft, und ein ringförmiges Dichtungselement 24 ist
in die ringförmige
Ausnehmung eingepasst. Genauer ist das Dichtungselement 24,
welches von dem äußeren Umfang
des konischen Teils 6a hervorragt, in engem Kontakt mit
dem Ventilsitz (sich verjüngende
Oberfläche) 10a.
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Die
innere Oberfläche
der rohrförmigen Düse 4,
welche den Flüssigkeitsdurchlass 10 bildet, ist
mit einer kreisförmigen Öffnung 10b mit
einem vorgegebenen Durchmesser an dessen obersten Bereich ausgebildet
und das Flüssigkeitszuführrohr 12 ist
mit der kreisförmigen Öffnung 10b verbunden.
Die innere Oberfläche
der rohrförmigen
Düse 4 ist
an einer Stelle unterhalb der kreisförmigen Öffnung 10b mit einem
Bereich 10c ausgebildet, der einen inneren Durchmesser
aufweist, der allmählich
verringert ist in eine Abwärtsrichtung.
Die innere Oberfläche
der rohrförmigen
Düse 4 ist
an einer Stelle unterhalb und fortlaufend von dem Bereich 10c auch
mit einer Öffnung 10d mit
einem verringerten Durchmesser ausgebildet, welcher der gleiche
ist, wie der minimale Durchmesser des Bereichs 10c und
eine verringerte vertikale Länge
aufweist, und an einer Stelle fortlaufend von der Öffnung 10d mit
einem Bereich 10e mit einem sich vergrößernden Durchmesser, dessen Durchmesser
sich allmählich
in Abwärtsrichtung
vergrößert, ausgebildet.
Es ist zu beachten, dass der Bereich 10c mit einem sich
verringernden Durchmesser einen inneren Durchmesser, der sich sehr
schnell ändert,
und eine verringerte vertikale Länge
aufweist. Im Gegensatz dazu weist der Bereich 10e mit einem sich
vergrößernden
Durchmesser einen Durchmesser, der sich langsam verändert, und
eine vertikale Länge,
die größer ist,
als die Länge
des Bereichs 10c, auf.
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Dem
Bereich 10e mit einem sich vergrößernden Durchmesser folgt abwärts eine
kreisförmige Öffnung 10f mit
einer vergrößerten vertikalen
Länge und einem
konstanten inneren Durchmesser. Die sich verjüngende Oberfläche 10a,
welche den Ventilsitz für
das Öffnen/Schließen-Ventil 22 definiert,
folgt abwärts
der kreisförmigen Öffnung 10f mit
einer vergrößerten Länge. Eine Öffnung 10g,
die an dem unteren Ende der sich verjüngenden Oberfläche 10a ausgebildet
ist, legt einen Flüssigkeitseingießanschluss fest,
durch welchen eine Flüssigkeit,
die in einen Behälter,
nicht dargestellt, gefüllt
werden soll, fließt.
Es ist zu beachten, dass die kreisförmige Öffnung 10f mit einer
vergrößerten Länge und
die kreisförmige Öffnung 10b mit
einer verringerten Länge,
die darüber
angeordnet ist und mit welcher das Flüssigkeitszuführrohr 12 verbunden
ist, einen gleichen inneren Durchmesser aufweisen. Jedoch sollte
offensichtlich sein, dass die beiden kreisförmigen Öffnungen 10a und 10b nicht
einen gleichen inneren Durchmesser aufweisen müssen, sondern verschiedene
innere Durchmesser aufweisen können.
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Auf
der anderen Seite weist der Betriebsstab 6, der durch die
rohrförmige
Düse 4 verläuft, ein
oberes Ende 61 auf, welches sich durch den Boden des Zylindergehäuses 14 erstreckt,
welches mit dem oberen Ende der rohrförmigen Düse 4 in einer Zylinderkammer 32 gesichert
ist, und das mit einem Kopf 6j an dessen oberen Ende ausgebildet
ist, welcher in die innere Oberfläche der Zylinderkammer 32 an
dessen Boden zur gleitenden Bewegung darin passt. Der Betriebsstab 6 umfasst
einen Teil 6c, der in der kreisförmigen Öffnung 10b, welche
in dem oberen Bereich der rohrförmigen
Düse 4 angeordnet
ist, platziert ist, und der einen äußeren Durchmesser aufweist,
der leicht größer ist,
als der äußere Durchmesser
des oberen Endes 61, welcher sich durch das Zylindergehäuse 14 erstreckt.
Ein Balg 26 ist um den Bereich 6c mit einem größeren äußeren Durchmesser
montiert, um den Eintritt von Fremdstoffen in den gefüllten Flüssigkeitsdurchlass 10 zu
verhindern, welche in den Gleitbereichen entstehen können.
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Unter
dem Bereich 6c, um welchen der Balg 26 montiert
ist, ist der Betriebsstab 6 mit einem Bereich 6d mit
einem vergrößerten Durchmesser
ausgebildet, dort wo das untere Ende des Balgs 26 montiert
ist, und dem Bereich 6d folgt ein massiver Zylinder 6e,
welcher ein zweites Ventilelement festlegt. Der massive Zylinder 6e weist
einen äußeren Durchmesser
auf, der leicht kleiner ist, als der innere Durchmesser der Öffnung 10d (oder
der minimale innere Durchmesser des Bereichs 10c mit einem
verringerten Durchmesser), welcher in der inneren Oberfläche der rohrförmigen Düse 4 ausgebildet
ist, und wenn der massive Zylinder 6e in die Öffnung 10d mit
einem kleineren Durchmesser einpasst wird, wird ein sehr kleiner
Abstand zwischen beiden Elementen 6e und 10d gebildet.
Auf diese Weise wird eine Vordichtung 34 mittels dem massiven
Zylinder 6e, ausgebildet an dem oberen Bereich des Betriebsstab 6 und
fungierend als das zweite Ventilelement, und der Öffnung 10d mit
einem verringerten Durchmesser, welche in einem oberen Bereich der
inneren Oberfläche
der Düse 4 ausgebildet
ist, gebildet. Auskerbungen 6f sind an einer Vielzahl von
Stellen in einem unteren Bereich des massiven Zylinders 6e,
welcher als zweites Ventilelement dient, ausgebildet, um einen Durchlass
zum Steuern der Menge der eingefüllten Flüssigkeit,
welche in den Behälter
eingespritzt wird, mittels Steuern der vertikalen Position des Betriebsstabs 6 gemäß der Betriebsweise
des Druckluftzylinders 8, zu bilden, wie später beschrieben
wird.
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An
einer Stelle unter dem massiven Zylinder (zweites Ventilelement) 6e ist
der Betriebsstab 6 mit einem Schaft 6g mit einem
verringerten Durchmesser ausgebildet, welchem abwärts ein
konischer Bereich 6h mit einem äußeren Durchmesser folgt, der sich
allmählich
vergrößert in
Abwärtsrichtung.
Zusätzlich
ist der Betriebsstab 6 mit dem massiven Zylinder 6b mit
einem konstanten äußeren Durchmesser
und mit einer größeren vertikalen
Länge in
einer sich abwärts
von dem konischen Bereich 6h erstreckenden Weise ausgebildet.
Der konische Bereich 6a, der das Ventilelement des Öffnen/Schließen-Ventils 22 festlegt,
ist an dem unteren Ende des massiven Zylinders 6b mit einer
vergrößerten Länge ausgebildet.
Der massive Zylinder 6b weist einen äußeren Durchmesser auf, der
leicht kleiner ist als der innere Durchmesser der Öffnung 10d mit
einem verringerten Durchmesser.
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Der
Druckluftzylinder 8, welcher den Betriebsstab 6 hoch
und runter antreibt, umfasst einen Kolben, der hiernach als erster
Kolben bezeichnet wird, 28, der gleitbar in die Zylinderkammer 32,
festgelegt in dem Zylindergehäuse 14,
eingepasst ist, und eine Feder 30 ist zwischen der unteren
Oberfläche
Kolbens 28 und dem Kopf 6j, hiernach bezeichnet
als zweiter Kolben, der an dem oberen Ende des Betriebsstabs 6 ausgebildet
ist, eingeschoben. Der erste Kolben 28 weist einen Stab 28a auf,
der sich aufwärts
zu dem Zylindergehäuse 14 erstreckt,
und eine Nut 28b steht über
ein Gewinde im Eingriff an dem oberen Ende des Stabs 28,
um die Absenkposition des ersten Kolbens 28 festzulegen.
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Die
Zylinderkammer 32, welche in dem Zylindergehäuse 14 ausgebildet
ist, weist einen oberen Bereich 32a mit einem größeren Durchmesser
und einen unteren Bereich 32b mit einem kleineren Durchmesser
auf. Der erste Kolben 28 ist gleitbar in den oberen Bereich 32a eingepasst,
wohingegen der zweite Kolben 6j gleitbar in den unteren
Bereich 32b eingepasst ist. Diese Kolben 28 und 6j teilen
das Innere der Zylinderkammer 32 in eine obere Druckkammer 33A,
eine mittlere Druckkammer 33B und eine untere Druckkammer 33C.
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Luftdurchlässe 14a, 14b und 14c sind
mit der oberen, der mittleren und der unteren Druckkammer 33A, 33B und 33C entsprechend
verbunden, welche mittels der Kolben 28 und 6j festgelegt
sind, um es zu ermöglichen,
dass Druckluft in die Druckkammern 33A, 33B und 33C eingeführt oder
von diesen entlassen wird. Wenn die Druckluft in die mittlere Druckkammer 33B eingeführt wird,
während
die Druckluft von der oberen und der unteren Druckkammer 33A und 33C entlassen
wird, senkt sich der Betriebsstab 6, um das Öffnen/Schließen-Ventil 22 zu
schließen. Wenn
Druckluft in die untere Druckkammer 33C eingeführt wird,
während
die Druckluft von der oberen und der mittleren Druckkammer 33A und 33B entlassen
wird, wird der Betriebsstab 6 nach oben angehoben, um das Öffnen/Schließen-Ventil 22 zu öffnen und
der massive Zylinder 6e wird nach oberhalb der Öffnung 10d versetzt,
um es zu ermöglichen,
dass so einen Füllvorgang
mit einer größeren Durchflussrate durchgeführt wird.
Wenn die Druckluft sowohl in die obere als auch die untere Druckkammer 33A und 33C eingeführt wird,
während
die Druckluft von der mittleren Druckkammer 33B entlassen
wird, kann ein Aufwärtshub
des Betriebsstabs 6 während
des Öffnens
des Öffnen/Schließen-Ventils 22 verringert
werden, um es so zu ermöglichen,
dass ein Füllvorgang mit
einer kleineren Durchflussrate durch die Auskerbungen 6f durchgeführt wird.
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Wie
in 1 und 2 dargestellt, erstreckt sich
eine Vielzahl an begradigenden Leitschaufeln 36, die in
diesem Ausführungsbeispiel
gleich vier ist, parallel zu der Achse des Betriebsstabs 6 und
radial nach innen, ausgebildet an der inneren Oberfläche der
kreisförmigen Öffnung 10f mit
einer vergrößerten vertikalen
Länge,
welche zu einem unteren Bereich der rohrförmigen Düse 4 ausgebildet ist.
Der massive Zylinder 6b mit einer verringerten vertikalen
Länge, ausgebildet
in dem unteren Bereich des Betriebsstabs 6, ist in diesen
begradigenden Leitschaufeln 36 angeordnet. Es ist zu beachten,
dass ein Kreis, welcher die inneren Enden der begradigenden Leitschaufeln 36 verbindet,
einen inneren Durchmesser aufweist, der leicht größer ist,
als der äußere Durchmesser
des massiven Zylinders 6b des Betriebsstabs 6,
und somit verbleibt ein kleiner Abstand zwischen den inneren Enden
der begradigenden Leitschaufeln 36 und der äußeren umfänglichen
Oberfläche
des Betriebsstabs 6. Die begradigenden Leitschaufeln 36 weisen
eine ausreichende Länge
in axiale Richtung des Betriebsstabs 6 auf, um es zu ermöglichen,
dass die äußere Umfangsoberfläche des massiven
Zylinders 6 sich hoch und runter entlang den Oberflächen bewegt,
die durch die inneren Enden der begradigenden Leitschaufeln 36 festgelegt sind,
während
der Hubbewegung des Betriebsstabs 6. Eine geeignete Anzahl
an begradigenden Leitschaufeln 36 kann gewählt werden,
jedoch kann ein ausreichender Begradigungseffekt nicht mit zwei Leitschaufeln
erhalten werden, aufgrund des vergrößerten Abstands zwischen diesen.
Umgekehrt blockiert eine übermäßige Anzahl
an Leitschaufeln einen Fluss der Flüssigkeit durch den gefüllten Flüssigkeitsdurchlass 10 und
entsprechend ist es bevorzugt, drei oder vier Leitschaufeln zu verwenden.
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Eine
Beziehung der Position zwischen dem Öffnen/Schließen-Ventil 22,
welches das Ventilelement umfasst, das an dem unteren Ende des Betriebsstabs 6 (oder
dem oberen Ende des konischen Bereichs 6a, eingepasst mit
dem Dichtelement 24) angeordnet ist, und dem Ventilsitz
(sich verjüngende Oberfläche) 10a an
dem unteren Ende der inneren Oberfläche der rohrförmigen Düse 4 und
der Vordichtung 34, welche den massiven Zylinder 6e umfasst, der
an einem oberen Bereich des Betriebsstabs 6 ausgebildet
ist und als das zweite Ventilelement dient und der Öffnung 10d mit
einem verringerten Durchmesser, die in einem oberen Bereich der
inneren Oberfläche
der rohrförmigen
Düse 4 ausgebildet
ist, wird nun betrachtet.
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Wenn
das Ventilelement 6a des Betriebsstabs 6 auf dem
Ventilsitz 10a sitzt, der an der inneren Oberfläche der
Düse 4 an
dem unteren Ende davon ausgebildet ist, wie in 1 dargestellt,
passt der massive Zylinder 6e, der in dem oberen Bereich des
Betriebsstabs 6 ausgebildet ist, in die Öffnung 10d
mit einem verringerten Durchmesser, die in der inneren Oberfläche der
Düse 4 ausgebildet
ist. Entsprechend fängt,
wenn der Betriebsstab 6 herabsinkt, der massive Zylinder 6e der
Vordichtung 34 an, eingepasst zu werden in die Öffnung 10d,
bevor das Ventilelement 24 auf dem Ventilsitz 10a aufsitzt,
und unterbricht so im Wesentlichen einen Fluss der eingefüllten Flüssigkeit.
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Der
Betrieb des Flüssigkeitsfüllventils 1,
aufgebaut in der vorstehend beschriebenen Weise, wird nun beschrieben.
Bevor ein Füllvorgang
gestartet wird, wird Druckluft in die mittlere Druckkammer 33B durch
den Luftdurchlass 14b zugeführt, während die Druckluft von der
oberen und der unteren Druckkammer 33A und 33C entlassen
wird, und entsprechend sinkt der Betriebsstab herab, um das Öffnen/Schließen-Ventil 22 zu
schließen.
Unter diesen Bedingungen wird eine Flüssigkeit, die in einen Behälter gefüllt werden
soll, nicht dargestellt, in den gefüllten Flüssigkeitsdurchlass 10 von
einem gefüllten
Flüssigkeitstank
durch das Flüssigkeitszuführrohr 12 zugeführt, welches
mit dem oberen Ende der rohrförmigen Düse 4 verbunden
ist.
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Das
Flüssigkeitsfüllventil 1 dieses
Ausführungsbeispiels
ist so ausgelegt, dass eine Hauptteil der eingefüllten Flüssigkeit, zum Beispiel etwa
90% des gesamten Inhalts, mit einer hohen Flussrate eingefüllt wird
und nachdem der Hauptteil des gesamten Inhalts in einen Behälter gefüllt wurde,
wird der Füllvorgang
in einen mit niedriger Flussrate umgeschaltet, um das Füllen des
verbleibenden Teils abzuschließen.
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Bei
Beginn des Füllvorgangs
werden die Luftdurchlässe
so geschaltet, dass die Druckluft in die untere Druckkammer 33C durch
den Luftdurchlass 14c zugeführt wird, während die Druckluft aus der
oberen und mittleren Druckkammer 33A und 33B entlassen
wird. Wenn die Druckluft in die unter Druckkammer 33C eingeführt wird,
fängt der
zweite Kolben 6j und der Betriebsstab 6 an, anzusteigen und
das Ventilelement (konischer Bereich) 6a, ausgebildet an
dem unteren Ende des Betriebsstabs 6 wird anfänglich von
dem Ventilsitz (sich verjüngende Oberfläche) 10a,
ausgebildet an der inneren Oberfläche der rohrförmigen Düse 4 an
deren unterem Ende, entfernt und somit öffnet das Öffnen/Schließen-Ventil 22.
In einem Zeitpunkt, in dem das Öffnen/Schließen-Ventil 22 geöffnet ist,
um einen Füllvorgang
zu starten, überlappen
der massive Zylinder 6e und die Öffnung 10d der oberen
Vordichtung 34 sich einander und entsprechend fließt eine
Flüssigkeit,
welche zwischen dem oberen Vordichtungsventil 34 und dem
unteren Öffnen/Schließen-Ventil
verbleibt, heraus aus diesem Flüssigkeitseingießanschluss 10g, um
eingefüllt
zu werden, da jedoch der Druck der gefüllten Flüssigkeit, der von dem Flüssigkeitszuführrohr 12 zugeführt ist,
nicht an dem distalen Ende der Düse 4 anliegt,
ist dort kein sehr schneller Austritt der eingefüllten Flüssigkeit vorhanden, und somit
wird die Möglichkeit
verhindert, dass die eingefüllte
Flüssigkeit
herumgespritzt wird.
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Wenn
der Betriebsstab 6 fortfährt, anzusteigen, wird der
massive Zylinder 6e, ausgebildet in dem oberen Bereich
des Betriebsstabs 6, aufwärts versetzt von der Öffnung 10d,
ausgebildet in der inneren Oberfläche der Düse 4, um so vollständig die Vordichtung 34 zu öffnen. Danach
fließt
die eingefüllte
Flüssigkeit,
welche eingefüllt
wurde über
das Flüssigkeitszuführrohr 12 zu
einer Stelle über
der Vordichtung 34, herab durch die Vordichtung 34 in
den gefüllten
Flüssigkeitsdurchlass 10 und
verläuft
durch das Öffnen/Schließen-Ventil 22,
das an dem unteren Ende der Düse 4 angeordnet
ist, um in den Behälter eingefüllt zu werden.
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Wenn
die eingefüllte
Flüssigkeit
durch den gefüllten
Flüssigkeitsdurchlass
auf diese Weise fließt,
dreht sich die Flüssigkeit,
welche in den gefüllten
Flüssigkeitsdurchlass 10,
ausgebildet in der Düse 4,
von dem Flüssigkeitszuführrohr 12,
das verbunden ist mit dem oberen Ende der Düse 4 in einer lateralen Orientierung,
um einen verwirbelten Fluss zu bilden. Die Flüssigkeit, welche den gefüllten Flüssigkeitsdurchlass 10 herunter
fließt
in einem verwirbelten Fluss, strömt
rasch in den Bereich 10c mit einem verringerten Durchmesser,
der direkt über
der Vordichtung 34 angeordnet ist. Der Kanalbereich wird
sehr schnell verringert an der Stelle des Bereichs 10c,
wobei die Flüssigkeit,
welche rasch in diesen Bereich in einem verwirbelten Fluss strömt, begradigt
wird, um dadurch zu verlaufen mit einer vergrößerten Flussgeschwindigkeit,
um in die Öffnung 10d mit
einem verringerten Durchmesser zu fließen, welcher direkt darunter
angeordnet ist. Der Öffnung 10d mit
einem verringerten Durchmesser folgt direkt der Bereich 10e mit
einem sich vergrößernden
Durchmesser, der einen allmählich sich
vergrößernden
Kanalbereich aufweist. Entsprechend wird die Flüssigkeit, deren Flussgeschwindigkeit
in dem Bereich 10c mit einem verringerten Durchmesser vergrößert ist,
gebremst, wenn diese durch den Bereich 10e durchfließt.
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Eine
primär
begradigende Funktion wird in dem Bereich 10c mit einem
verringerten Durchmesser und dem Bereich 10e mit einem
sich vergrößernden
Durchmesser erzielt. Anschließend,
nachdem die Flussgeschwindigkeit gebremst wurde, fließt die eingefüllte Flüssigkeit
in die kreisförmige Öffnung 10f mit
einer vergrößerten,
vertikalen Länge,
welche unterhalb in dem unteren Bereich der Düse 4 ausgebildet ist.
Die Vielzahl an begradigenden Leitschaufeln 36 ist an der
inneren Oberfläche
des Kreises 10f ausgebildet und die eingefüllte Flüssigkeit,
die einem primär
begradigenden Effekt ausgesetzt wurde, prallt auf diese Leitschaufeln,
wobei eine sekundäre
begradigenden Funktion erzielt wird. Wenn die eingefüllte Flüssigkeit
den zwei Schritten an begradigender Funktion ausgesetzt wurde, wird
ein verwirbelter Fluss vollständig
von dieser entfernt, um einen sanften Fluss bereitzustellen, welcher
von dem Eingießanschluss 10g ausgeht,
um in den Behälter
gefüllt
zu werden, und somit wird das Auftreten von einem Flüssigkeitsspritzen
und -schäumen
innerhalb des Behälters
verhindert.
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Wenn
der Füllvorgang
mit einer hohen Flussrate zu einem Punkt wie zum Beispiel 90% des
gesamten Inhalts fortschreitet, werden die Luftdurchlässe so geschaltet,
dass die Druckluft in die obere und die untere Druckkammer 33A und 33C von
dem oberen und dem unteren Luftdurchlass 14a und 14c eingeführt wird,
während
die Druckluft aus der mittleren Druckkammer 33B entlassen
wird. Wie vorher erwähnt,
weist der erste Kolben 28 einen größeren Durchmesser auf, als
der zweite Kolben 6j, wobei der erste Kolben 28 herabsinkt
zu einer Stufe, die zwischen dem oberen und dem unteren Bereich 32a und 32b der
Zylinderkammer 32 ausgebildet ist, und der zweite Kolben 6j stößt gegen
den ersten Kolben 28 an, bei dem dessen ansteigende Bewegung
gestoppt wird. Entsprechend nimmt der Betriebsstab 6 eine Position
ein, welche etwas unter der eingenommenen Position während des
Füllvorgangs
mit einer hohen Flussrate angeordnet ist, und nur ein Bereich des Bereichs 6e mit
einem verringerten Durchmesser, bei dem die Auskerbung ausgebildet
ist, passt in die Öffnung 10d mit
einem verringerten Durchmesser, der in der rohrförmigen Düse 4 ausgebildet ist.
Eine Region, die über
der Öffnung 10d oder
unter dem Bereich 10c angeordnet ist und eine Region, die
unter der Öffnung 10d oder
zu dem Bereich 10e angeordnet ist, sind im Prinzip zusammen
verbunden durch die Auskerbungen 6f, die in dem Betriebsstab 6 ausgebildet
sind, um es zu ermöglichen,
dass ein Füllvorgang
mit einer niedrigen Flussrate durchgeführt wird.
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Wenn
die Flüssigkeit
als Folge des Füllvorgangs
bei einer niedrigen Flussrate bis zu einem vorbestimmten Inhalt
in den Behälter
eingefüllt
wurde, werden die Luftdurchlässe 14a, 14b und 14c wieder geschaltet,
um den Füllvorgang
zu beenden. Am Ende des Füllvorgangs
wird die Druckluft in die mittlere Druckkammer 33B in dem
Druckluftzylinder 8 von dem Luftdurchlass 14b eingeführt, um
so zu bewirken, dass der zweite Kolben 6j den Betriebsstab 6 herabsenkt.
Wenn der Betriebsstab 6 herabsinkt, bewegt sich das Ventilelement 6a,
welches an dessen unterem Ende angeordnet ist, dicht auf den Ventilsitz 10a,
ausgebildet an dem Boden der Düse 4,
um ein Flusskanal zu dem Eingießanschluss 10g auf
allmähliche
Weise zu drosseln, jedoch bevor dieses auftritt, passt der massive
Zylinder 6e, angeordnet in dem oberen Bereich des Betriebsstabs 6,
in die Öffnung 10d mit
einem verringerten Durchmesser, ausgebildet in der inneren Oberfläche der
Düse 4,
um die Auskerbungen 6f allmählich zu schließen, und
entsprechend ist kein sehr schnelles Anwachsen in der Flussgeschwindigkeit
vorhanden, wenn das Öffnen/Schließen-Ventil 22 geschlossen
wird, womit ein Flüssigkeitsspritzen
oder -schäumen
verhindert wird, wenn der Füllvorgang
beendet ist. Anschließend sinkt
der Betriebsstab weiter herab und das Ventilelement 6a setzt
sich auf den Ventilsitz 10a, um das Öffnen/Schließen-Ventil 22 zu
schließen.
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Wie
erwähnt,
nehmen, zu Beginn des Füllvorgangs,
wenn das Öffnen/Schließen-Ventil 22 in den
unteren Bereichen der rohrförmigen
Düse 4 angeordnet
ist und der Betriebsstab 6 geöffnet wird, oder des Füllvorgangs,
wenn das Öffnen/Schließen-Ventil 22 geschlossen
wird, die Vordichtung 34, welche in dem oberen Bereich
der rohrförmigen
Düse 4 angeordnet
ist, und der Betriebsstab 6 einen überlappenden Zustand ein, um
so effektiv zu verhindern, dass ein Flüssigkeitsspritzen oder ein
Schäumen
der eingefüllten
Flüssigkeit,
welche von dem Flüssigkeitseingießanschluss 10g,
angeordnet an dem unteren Ende der Düse 4, hervorgeht,
auftritt.
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Während des
Füllvorgangs
wird die eingefüllte
Flüssigkeit,
welche durch den gefüllten
Flüssigkeitsdurchlass 10 in
einem verwirbelten Fluss strömt, einer
primären
begradigenden Funktion ausgesetzt, dann wird deren Flussgeschwindigkeit
mittels Durchlaufen durch den Bereich 10e mit einem sich
vergrößernden
Durchmesser verringert, dann wird diese einer zweiten begradigenden
Funktion mittels der begradigenden Leitschaufeln 36 ausgesetzt,
um eine Verwirbelung komplett zu entfernen, wonach die eingefüllte Flüssigkeit
durch den Flüssigkeitseingießanschluss 10g,
angeordnet an dem distalen Ende der Düse 4, ausgelassen
wird, um es somit zu ermöglichen,
dass die Flüssigkeit
in den Behälter
auf eine zuverlässige
Weise ohne Herumspritzen eingefüllt wird.
Da ein Flüssigkeitsspritzen
vollständig
während des
Füllvorgangs
verhindert werden kann, ist ein Füllvorgang über die Einmündung möglich, welcher
es ermöglicht,
dass die Flüssigkeit
in den Behälter
eingefüllt
werden kann, ohne dass das distale Ende der Düse 4 in den Behälter eingeführt werden
muss, wodurch eine signifikante Kostensenkung einer Einfülleinrichtung
durch Verteilen mit einem Hubmittel für das Füllventil 1 und ein
Hubmittel für
einen Flaschenträger gewährleistet
ist. Das Weglassen eines Hubmechanismus macht das Flüssigkeitsventil
geeignet für
die Verwendung in einer axenischen Einfülleinrichtung oder dergleichen.
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In
der offenbarten Ausführungsform
sind die begradigenden Leitschaufeln 36 an der inneren Oberfläche der
rohrförmigen
Düse 4 im
Unterschied zu einer herkömmlichen
Anordnung, bei der die Leitschaufeln 36 an der äußeren Oberfläche des
Betriebsstabs 6 montiert sind, ausgebildet. Die gesamte Dicke
des Betriebsstabs 6 kann kleiner als der minimale Durchmesser
des Bereichs 10c mit einem verringerten Durchmesser (gleich
wie der Durchmesser der Öffnung 10d)
der Düse 4 gewählt werden,
wobei es möglich
ist, die rohrförmige
Düse 4 zurückzuziehen,
ohne den Betriebsstab von dem Druckluftzylinder 8 zu demontieren,
wodurch die Wartungseignung verbessert wird. Da der Betriebsstab 6 ein
integriertes Element umfasst, sind keine Teile vorhanden, die mittels
Gewinde zusammen verbunden werden müssen, was eine hervorragende
Sterilisationseignung bietet. Es muss kein Lockern von Teilen, die
mittels Gewinde verbunden sind, berücksichtigt werden.