DE69601469T2

DE69601469T2 - FILLING VALVE WITH LAMINARY FLOW

Info

Publication number: DE69601469T2
Application number: DE69601469T
Authority: DE
Inventors: Andre Graffin
Original assignee: Serac Group SAS
Current assignee: Serac Group SAS
Priority date: 1995-07-05
Filing date: 1996-07-02
Publication date: 1999-08-19
Anticipated expiration: 2016-07-03
Also published as: EP0836581A1; FR2736338A1; EP0836581B1; ES2128868T3; FR2736338B1; DE69601469D1; BR9609437A; WO1997002206A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abfüllventil und insbesondere, wenngleich nicht ausschließlich, ein Abfüllventil für eine Maschine mit Gewichtsdosierung.The present invention relates to a filling valve and in particular, although not exclusively, to a filling valve for a weight dosing machine.

Auf dem Gebiet des Befüllens von Gefäßen durch Gewichtsdosierung kennt man aus dem Dokument FR-2 688 196 ein Abfüllventil, das einen Flüssigkeitsstrahl mit hoher Durchflußmenge im laminaren Bereich erzeugt. Dieses Ventil hat ein rohrförmiges Gehäuse und ein Eichungsorgan, das im Inneren des Gehäuses zwischen einer unteren Stellung, in der es eine Abflußöffnung des Gehäuses verschließt, und einer oberen Stellung, in der es das Abfließen der Flüssigkeit zuläßt, beweglich ist. Ein kegelförmiger Innenwandabschnitt des rohrförmigen Gehäuses, der an die Abflußöffnung angrenzt, und ein kegelförmiger Eichungsabschnitt des Eichungsorgans begrenzen zwischen sich einen ringförmigen Zwischenraum mit einem sich bis zur Abflußöffnung hin verjüngenden Querschnitt. Dieser ringförmige Zwischenraum hat eine relativ zu seiner Breite, gemessen in radialer Richtung in Höhe der Abflußöffnung, ausreichende Länge, um selbst bei hohen Durchflußmengen eine laminare Strömung zu erzielen. Um den Durchmesser des Abfüllventils auf ein Minimum herabzusetzen, wird vorzugsweise ein Eichungsorgan mit einer geringen Konizität hergestellt, d.h. dessen Winkel der Mantelfläche relativ zur Achse gering ist. In dem angeführten Dokument ist jedoch vorgesehen, daß der Eichungsabschnitt auf dem Rand der Abflußöffnung zur Anlage kommt, um das Schließen des Ventils sicherzustellen. In diesem Fall setzt eine geringe Konizität des Eichungsabschnittes einen großen Hub des Eichungsorganes voraus, um ein völliges Öffnen des Abfüllventils zu erreichen. Andererseits ist ein großer Hub des Eichungsorgans mit den üblicherweise zum Regeln der Stellung des Eichungsorgans verwendeten Stellvorrichtungen inkompatibel.In the field of filling vessels by weight dosing, a filling valve is known from document FR-2 688 196 which produces a jet of liquid with a high flow rate in the laminar range. This valve has a tubular housing and a calibration element which is movable inside the housing between a lower position in which it closes a discharge opening of the housing and an upper position in which it allows the liquid to flow out. A conical inner wall section of the tubular housing, which adjoins the discharge opening, and a conical calibration section of the calibration element delimit between them an annular space with a cross-section tapering towards the discharge opening. This annular space has a length relative to its width, measured in the radial direction at the level of the discharge opening, sufficient to achieve laminar flow even at high flow rates. In order to reduce the diameter of the filling valve to a minimum, it is preferable to produce a calibration element with a low conicity, i.e. the angle of the surface of the casing relative to the axis is small. However, the document cited provides that the calibration section rests on the edge of the discharge opening in order to ensure that the valve closes. In this case, a low conicity of the calibration section requires a large stroke of the calibration element in order to achieve complete opening of the filling valve. On the other hand, a large stroke of the calibration element is incompatible with the adjustment devices usually used to regulate the position of the calibration element.

Ein Ziel der Erfindung ist, ein Abfüllventil vorzuschlagen, das einen Strahl mit hoher Durchflußmenge im laminaren Bereich erzeugt und einen Ventilkörper mit einem Hub hat, der mit den herkömmlichen Stellorganen kompatibel ist.An object of the invention is to propose a filling valve which generates a jet with a high flow rate in the laminar regime and has a valve body with a stroke compatible with conventional actuators.

Zur Lösung dieses Problems schlägt man erfindungsgemäß ein Abfüllventil mit einem rohrförmigen Gehäuse, das einen Eichungsabschnitt hat und durch eine Abflußöffnung abgeschlossen ist, und einem Ventilkörper vor, der im Inneren des rohrförmigen Gehäuses bewegt werden kann und einen kegelförmigen Eichungsabschnitt hat, gefolgt von einem Endabschnitt mit einem Querschnitt, der sich stärker verjüngt als der Eichungsabschnitt, wobei der Eichungsabschnitt des rohrförmigen Gehäuses und der Eichungsabschnitt des Ventilkörpers zwischen sich einen ringförmigen Zwischenraum mit einem sich in Richtung der Abflußöffnung des rohrförmigen Gehäuses verjüngenden Querschnitt abgrenzen, wobei dieser ringförmige Zwischenraum im Verhältnis zu der Breite, gemessen in einer radialen Richtung an einem unteren Ende des ringförmigen Zwischenraumes, eine Länge hat, die ausreicht, um in dem ringförmigen Zwischenraum, in dem der Eichungsabschnitt des Ventilkörpers ein unteres Ende mit einem gegenüber dem Radius der Abflußöffnung größeren Radius hat, eine laminare Strömung zu erzielen.To solve this problem, the invention proposes a filling valve comprising a tubular housing having a calibration section and closed by a discharge opening, and a valve body which can be moved inside the tubular housing and has a conical calibration section followed by an end section with a cross-section which tapers more than the calibration section, the calibration section of the tubular housing and the calibration portion of the valve body define between them an annular space with a cross-section tapering towards the discharge opening of the tubular housing, this annular space having a length in relation to the width measured in a radial direction at a lower end of the annular space which is sufficient to achieve laminar flow in the annular space in which the calibration portion of the valve body has a lower end with a radius larger than the radius of the discharge opening.

Auf diese Weise ermöglicht die starke Verjüngung des Querschnittes des Endabschnittes das Erhalten einer maximalen Durchflußmenge bei einem geringen Hub des Ventilkörpers und man hat überraschenderweise festgestellt, daß die Zunahme des Querschnittes, die unmittelbar stromaufwärts der Abflußöffnung folgt, den durch den Eichungsabschnitt erreichten laminaren Abflußbereich nicht zerstört. Auf diese Weise schafft die Erfindung einen Kompromiß zwischen den Bedingungen eines optimalen Abfließens und den industriellen Einschränkungen.In this way, the strong tapering of the cross-section of the end section allows a maximum flow rate to be obtained with a small stroke of the valve body and it has been surprisingly found that the increase in cross-section which follows immediately upstream of the discharge opening does not destroy the laminar discharge area achieved by the calibration section. In this way, the invention creates a compromise between the conditions of optimal discharge and the industrial constraints.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden noch in der folgenden Beschreibung eines die Erfindung nicht einschränkenden Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der einzigen beigefügten Figur deutlich, die eine axiale Schnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Abfüllventil ist.Further characteristics and advantages of the invention will become clear in the following description of a non-limiting embodiment of the invention in conjunction with the single attached figure, which is an axial sectional view through a filling valve according to the invention.

Das Abfüllventil hat ein rohrförmiges Gehäuse 2 mit einer Abflußöffnung 3 für den Austritt einer abzufüllenden Flüssigkeit. Das Ventil hat ferner einen Ventilkörper 4, der im Inneren des rohrförmigen Gehäuses entlang dessen vertikaler Achse 6 beweglich ist. Die linke Hälfte der Figur zeigt den Ventilkörper 4 in unterer Stellung, in der er die untere Öffnung 3 verschließt. Die rechte Hälfte der Figur zeigt den Ventilkörper in oberer Stellung, die ein maximales Abfließen der abzufüllenden Flüssigkeit ermöglicht.The filling valve has a tubular housing 2 with a discharge opening 3 for the outflow of a liquid to be filled. The valve also has a valve body 4, which is movable inside the tubular housing along its vertical axis 6. The left half of the figure shows the valve body 4 in the lower position, in which it closes the lower opening 3. The right half of the figure shows the valve body in the upper position, which enables maximum drainage of the liquid to be filled.

Das rohrförmige Gehäuse 2 hat einen kegelförmigen Eichungsabschnitt 8. Der Ventilkörper 4 hat einen kegelförmigen Eichungsabschnitt 10 mit gleicher Konizität wie der Eichungsabschnitt 8. Diese beiden Abschnitte 8 und 10 begrenzen zwischen sich einen ringförmigen Zwischenraum mit einem sich in Richtung der Abflußöffnung 3 verjüngenden Querschnitt. Dieser ringförmige Zwischenraum hat gemäß der Achse 6 eine Länge L, die vorzugsweise mindestens gleich ungefähr achtmal der Breite I eines unteren Endes des ringförmigen Zwischenraumes, gemessen in radialer Richtung, ist. Diese Dimensionsbedingungen ermöglichen das Erhalten einer laminaren Strömung am Auslaß des ringförmigen Zwischenraumes, ganz gleich wie der Strömungsbereich stromaufwärts des ringförmigen Zwischenraumes sein mag.The tubular housing 2 has a conical calibration section 8. The valve body 4 has a conical calibration section 10 with the same conicity as the calibration section 8. These two sections 8 and 10 define between them an annular space with a cross-section tapering towards the discharge opening 3. This annular space has a length L along the axis 6 which is preferably at least equal to approximately eight times the width I of a lower end of the annular space, measured in the radial direction. These dimensional conditions make it possible to obtain a laminar flow at the outlet of the annular space, whatever the flow area upstream of the annular space may be.

Das rohrförmige Gehäuse 2 hat einen Endabschnitt 12, der an die untere Öffnung 3 angrenzt. Der Ventilkörper 4 weist einen Endabschnitt 14 auf, der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel kegelförmig ist und eine Konizität hat, die größer als die des Eichungsabschnittes 10 des rohrförmigen Gehäuses 2 ist. Hier steht der Endabschnitt 14 beispielsweise in einem Winkel von 60º zur Achse während der kegelförmige Eichungsabschnitt 10 in einem Winkel von 16º zur Achse steht.The tubular housing 2 has an end portion 12 which adjoins the lower opening 3. The valve body 4 has an end portion 14 which in the embodiment shown is conical and has a conicity which is greater than that of the calibration portion 10 of the tubular housing 2. Here, the end portion 14 is, for example, at an angle of 60° to the axis while the conical calibration portion 10 is at an angle of 16° to the axis.

Erfindungsgemäß ist der Radius R des Eichungsabschnittes 10 in Höhe des unteren Endes des ringförmigen Zwischenraumes größer als der Radius r der Abflußöffnung 3 des rohrförmigen Gehäuses, so daß der Endabschnitt 14 die untere Öffnung 3 verschließt, wenn er in Kontakt mit dem Endabschnitt 12 des Gehäuses 2 kommt. Die starke Konizität des Endabschnittes ermöglicht das Erzielen einer sehr schnellen Veränderung der Durchflußmenge während einer Verschiebung des Ventilkörpers und daher das Erzielen einer maximalen Durchflußmenge bei einem geringen Hub des Ventilkörpers. In dem gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Konizität des Endabschnittes 14 so berechnet, daß er am Ende eines Öffnungshubes integral im Inneren des rohrförmigen Gehäuses enthalten ist, ohne über die Abflußöffnung 3 hinauszugehen, und der Eichungsabschnitt 12 hat in einem Querschnitt entlang einer axialen Ebene ein Profil einer S-Kurve. Dieses Profil hat zwei entgegengesetzte Biegungen, eine obere konkave Biegung, die an den kegelförmigen Eichungsabschnitt 8 angrenzt, und eine untere konvexe Biegung, die an die Abflußöffnung 3 angrenzt. Dieses Profil einer S-Kurve begünstigt das Beibehalten des laminaren Bereiches bis hin zur Abflußöffnung, selbst wenn der Abflußquerschnitt in dem Bereich zwischen dem unteren Ende des ringförmigen Zwischenraumes und der Abflußöffnung 3 zunimmt. In Verbindung mit der kegelförmigen Form der Endabschnittes 14 ermöglicht eine derartige Kurve ferner ein leichtes Anpassen des Abfüllventils an verschiedene maximale Durchflußmengen, indem man einfach den unteren Abschnitt des rohrförmigen Gehäuses austauscht, während der gleiche Ventilkörper beibehalten wird. Dazu ist anzumerken, daß der untere Abschnitt des rohrförmigen Gehäuses vorzugsweise abnehmbar ist, wie in der Figur gezeigt.According to the invention, the radius R of the calibration section 10 at the level of the lower end of the annular space is greater than the radius r of the discharge opening 3 of the tubular housing, so that the end section 14 closes the lower opening 3 when it comes into contact with the end section 12 of the housing 2. The strong conicity of the end section makes it possible to achieve a very rapid change in the flow rate during a displacement of the valve body and therefore to achieve a maximum flow rate with a small stroke of the valve body. In the preferred embodiment of the invention shown, the conicity of the end section 14 is calculated so that at the end of an opening stroke it is integrally contained inside the tubular housing without going beyond the discharge opening 3, and the calibration section 12 has an S-curve profile in a cross-section along an axial plane. This profile has two opposite bends, an upper concave bend adjacent to the conical calibration section 8 and a lower convex bend adjacent to the discharge opening 3. This S-curve profile favors maintaining the laminar area up to the discharge opening, even if the discharge cross-section increases in the area between the lower end of the annular space and the discharge opening 3. In conjunction with the conical shape of the end section 14, such a curve also allows the filling valve to be easily adapted to different maximum flow rates by simply replacing the lower section of the tubular housing while maintaining the same valve body. It should be noted that the lower section of the tubular housing is preferably removable, as shown in the figure.

Selbstverständlich können zahlreiche Veränderungen an der Erfindung vorgenommen werden, ohne daß der durch die beigefügten Ansprüche festgelegte Schutzumfang verlassen wird. Der Endabschnitt des Ventilkörpers muß nicht kegelförmig sein und kann beispielsweise ein Kurvenprofil gemäß dem Kurvenprofil des Endabschnittes des rohrförmigen Gehäuses 2 haben. Umgekehrt dazu kann der Endabschnitt des rohrförmigen Gehäuses 2 die Form eines Kegels haben, dessen Konizität in etwa gleich oder identisch zu der Konizität der Endabschnittes des Ventilkörpers sein kann.Of course, numerous modifications can be made to the invention without departing from the scope of protection defined by the appended claims. The end portion of the valve body need not be conical and can, for example, have a curved profile corresponding to the curved profile of the end portion of the tubular housing 2. Conversely, the end portion of the tubular housing 2 can have the shape of a cone, the conicity of which can be approximately equal to or identical to the conicity of the end portion of the valve body.

Claims

1. Filling valve with a tubular housing (2) which has a calibration section (8) and is closed off by a discharge opening (3), and a valve body (4) which can be moved inside the tubular housing and has a conical calibration section (10) followed by an end section (14) with a cross section which tapers more than the calibration section (10), the calibration section (8) of the tubular housing and the calibration section (10) of the valve body defining between them an annular intermediate space with a cross section which tapers in the direction of the discharge opening (3) of the tubular housing, this annular intermediate space having a length (L) in relation to the width (I), measured in the radial direction at the lower end of the annular intermediate space, which is sufficient to achieve a laminar flow in the annular intermediate space, characterized in that the calibration section (10) of the valve body (4) has a lower end with a radius (R) larger than the radius (r) of the discharge opening.

2. Filling valve according to claim 1, characterized in that the end section (14) of the valve body has a length which is adapted so that the end section (14) is located completely inside the tubular housing (2) at the end of the opening stroke of the valve body.

3. Filling valve according to claim 1, characterized in that the tubular housing has an end portion (12) which has a profile of an S-curve in a cross section along an axial plane.

4. Filling valve according to claim 3, characterized in that the tubular housing has a removable lower section.

5. Filling valve according to claim 1, characterized in that the end section (14) of the valve body is conical.