-
Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Vorrichtung und ein Vertahren zum Steuern eines Materialflusses,
insbesondere eine Vorrichtung und ein Vertahren zum Dosieren des
Materials.
-
In U5-A-3,807,909, die den nächstkommenden
Stand der Technik repräsentiert,
ist eine Verdrängerpumpe
für flüssige und
halbflüssige
Nahrungsmittelprodukte offenbart. Die Pumpe wird von einem schieberartigen
Ventil gesteuert und weist einen Produktdosierzylinder auf, in den
ein Produkt eingesaugt wird, das dann von einem Kolben ausgestoßen wird. Eine
Kammer ist in einem Gehäuse
des Ventils vorgesehen, die einen Auslass aufweist, in welchem eine
Düse mit
einer Innenkammer angeordnet ist, die mit der restlichen Ventilkammer
in Verbindung steht. Die Düsenkammer
weist obere und untere zylindrisch ausgebildete Teile mit einem
vorgegebenen Durchmesser auf, die durch einen dazwischenliegenden
Abschnitt voneinander getrennt sind, welcher sich sowohl von dem
oberen als auch von dem unteren Teil zu einem Teil mit einem erweiterten
Durchmesser in einer Ebene zwischen den oberen und unteren Teilen
aufweitet. Der Ventilschieber weist einen unteren Plungerabschnitt
auf, der sich in dem Ventilgehäuse
und den Düsenkammer
hin- und herbewegt, und der Plungerabschnitt weist obere und untere
Teile auf, die im Durchmesser und der axialen Trennung den jeweiligen
oberen und unteren Düsenkammerteilen
entsprechen. Der dazwischenliegende Teil des Plungerabschnitts verjüngt sich
sowohl von dem oberen als auch dem unteren Plungerteil aus auf einen Durchmesser,
der kleiner ist als der Durchmesser der oberen und unteren Plungerteile.
Der Kolben und der Schieber werden in zeitlicher Beziehung zueinander hin-
und herbewegt, so dass sich bei einem Produktansaughub des Kolbens
der Schieber in der untersten Position befindet, wobei sowohl der
obere als auch der untere Plungerteil abgedichtet an den oberen
bzw. unteren Teilen der Düsenkammer
positioniert sind und sich ein oberer Plungerabschnitt des Ventilschiebers
unterhalb eines zylindrischen Einlasses der Ventilkammer mit passendem
Durchmesser befindet, während
bei einem Austragshub des Kolbens, wenn sich der Ventilschieber
in seiner obersten Position befindet, der obere Plungerabschnitt
den zylindrischen Einlass abdichtet und der obere Plungerteil über dem
oberen Düsenkammerteil
positioniert ist, während
der untere Plungerteil gerade unterhalb des Düsenkammer-Unterteils von dem
unteren Düsenteil
entfernt positioniert ist. Der Ventilschieber wird anfangs aus seiner
untersten Position nach oben bewegt, bevor der Kolben mit seinem
Produktaustragshub beginnt. Dadurch wird eine eingeschnürte ringförmige Öffnung gebildet,
durch die ein Produkt mit steigender Geschwindigkeit strömt, um zu
verhindern, dass Luftblasen in dem sich nach außen bewegenden Produkt nach
oben steigen. Ein Teil der Düsenkammer
unterhalb des unteren Plungerabschnitts des Ventilschiebers bildet
eine vergrößerte Kammer,
wenn sich der Ventilschieber in der obersten Position befindet,
um die Geschwindigkeit des Produkts zu verringern, wenn dieses aus
der Düse
in einen darunter befindlichen Behälter ausgetragen wird, wodurch
ein Spritzen minimiert wird. Der Ventilschieber weist einen Ventilschaft
auf, der vertikal von dem unteren Plungerabschnitt zu dem oberen
Plungerabschnitt und von dort nach oben zu einer Antriebsvorrichtung
verläuft.
Bei offenem Einlass ist der Querschnitt des Einlasses von dem Ventilschaft
blockiert und bei offenem Auslass ist der Querschnitt des Auslasses
zum großen
Teil von dem unteren Plungerabschnitt blockiert.
-
In WO88/06552 ist ein Dosiersystem
zum Befüllen
von Behältern
mit einer Partikel-Flüssigkeits-Mischung
offenbart, das drei Kolben-Zylinder-Vorrichtungen aufweist, von
denen eine erste Vorrichtung die Mischung nach unten zu unterhalb der
Vorrichtung aufgestellten Behältern
liefert, eine zweite Vorrichtung eine dicke Partikel-Flüssigkeits-Mischung über eine
Leitung der ersten Vorrichtung zuführt und die dritte Vorrichtung
eine dünne Flüssigkeit über eine
Leitung der ersten Vorrichtung zuführt. Ein Port für die Zufuhr
von Flüssigkeit
ist an der Peripherie des Zylinders der ersten Vorrichtung angeordnet,
und eine kontinuierlich mit dem Port in Verbindung stehende Leitung
verläuft durch
den Kolben zu einem unteren axialen Ende des Kolbens. Ein Port für die Zufuhr
von dicken Mischungen ist ebenfalls an der Peripherie des Zylinders
der ersten Vorrichtung angeordnet, und der Kolben der ersten Vorrichtung
bewegt sich auf diesen zu. Jede der zweiten und dritten Vorrichtungen
weist ein Einlassventil in Form eines Drehschiebers und eine Kolben-und-Zylinder-Dosiervorrichtung
auf.
-
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden
Erfindung ist vorgesehen: eine Durchflussmengensteuerungs-Vorrichtung
mit einem Durchflussleitungssystem, einem Strömungseinlass in dem Leitungssystem,
einem Strömungsauslass
in dem Leitungssystem, einem Einlassverschluss zum Verschließen des
Strömungseinlasses,
einem Auslassverschluss zum Verschließen des Strömungsauslasses, einer Verbindungseinrichtung,
die den Einlassverschluss und den Auslassverschluss miteinander verbindet,
und einer Antriebseinrichtung zum Betätigen der Verbindungseinrichtung
zum Verschieben des Einlassverschlusses und des Auslassverschlusses,
wobei die Antriebseinrichtung zum Verschieben des Einlassverschlusses
und des Auslassverschlusses zwischen Verschließ- und Nicht-Verschließpositionen
vorgesehen ist, wobei in den jeweiligen Nicht-Verschließpositionen
die Querschnitte des Einlasses und des Auslasses im wesentlichen
nicht verschlossen sind, so dass, wenn sich der Einlassverschluss
in seiner Verschließposition
befindet, sich der Auslassverschluss in seiner Nicht-Verschließposition
befindet, und wenn sich der Auslassverschluss in seiner Verschließposition
befindet, sich der Einlassverschluss in seiner Nicht-Verschließposition
befindet.
-
Gemäß einem zweiten Aspekt der
vorliegenden Erfindung ist vorgesehen: ein Durchflussmengensteuerungs-Verfahren,
mit den Schritten des Treibens der Verbindungseinrichtung in eine
erste Stellung zum Verschieben eines Einlassverschlusses aus einer
Verschließposition,
in der der Einlassverschluss einen Strömungseinlass des Durchflussleitungssystems
verschließt,
in eine Nicht-Verschließposition
und zum Verschieben eines Auslass-Verschlusses aus einer Nicht-Verschließposition
in eine Verschließposition,
in der der Auslassver schloss einen Strömungsauslass des Leitungssystems
verschließt,
wobei der Querschnitt des Einlasses im wesentlichen, außer durch
die Substanz, unverschlossen bleibt, während der Auslassverschluss
seine Verschließposition
einnimmt, und des anschließenden
Treibens der Verbindungseinrichtung in eine zweite Stellung zum
Zurückführen des
Auslassverschlusses aus seiner Verschließposition in seine Nicht-Verschließposition
und zum Zurückführen des Einlassverschlusses
aus seiner Nicht-Verschließposition
in seine Verschließposition,
wobei der Querschnitt des Auslasses im wesentlichen, außer durch die
Substanz, unverschlossen bleibt, während der Einlassverschluss
seine Verschließposition
einnimmt.
-
Die Erfindung ermöglicht das Bereitstellen einer
Durchflussmengensteuerungs-Vorrichtung, die zum Steuern des Durchflusses
relativ großer
Stücke, beispielsweise
Klumpen z. B. aus festen Nahrungsmitteln, geeignet ist, da der Durchfluss
durch den Einlass und den Auslass in der Nicht-Verschließposition der
jeweiligen Verschlüsse
im wesentlichen unbehindert ist. Ferner kann eine minimale Menge
an Partikeln der festen Stücke
bei den Öffnungs-
und Schließvorgängen der
Verschlüsse
von diesen abgespalten werden.
-
Wenn die Vorrichtung zu Dosierzwecken
verwendet wird, und/oder wenn die Menge an Gas, wie z. B. Luft,
in dem aus dem Strömungsauslass
austretenden Material minimal sein soll, wird der Strömungseinlass
in einer höheren
Ebene angeordnet als der Strömungsauslass,
so dass das Gas nach oben zu dem Einlass strömen und die Vorrichtung verlassen
kann.
-
Gemäß einem dritten Aspekt der
vorliegende Erfindung ist vorgesehen: eine Mengendosiereinrichtung
mit:
einer Durchflussmengensteuerungs-Vorrichtung mit einem
Durchflussleitungssystem, einem Strömungseinlass in dem Leitungssystem,
einem Strömungsauslass
in dem Leitungssystem, einem Einlassverschluss zum Verschließen des
Strömungseinlasses, einem
Auslassverschluss zum Verschließen
des Strömungsauslasses,
einer Verbindungseinrichtung, die den Einlassverschluss und den
Auslassverschluss miteinander verbindet, und einer Antriebseinrichtung
zum Betätigen
der Verbindungseinrichtung zum Verschieben des Einlassverschlusses
und des Auslassverschlusses und
einer Dosiervorrichtung, die
zum Dosieren der Substanz an einer Stelle zwischen dem Strömungseinlass
und dem Strömungsauslass
mit dem Leitungssystem in Verbindung steht,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Antriebseinrichtung zum Verschieben des Einlassverschlusses
und des Auslassverschlusses zwischen Verschließ- und Nicht-Verschließpositionen
vorgesehen ist, wobei in den jeweiligen Nicht-Verschließpositionen
die Querschnitte des Einlasses und des Auslasses im wesentlichen
nicht verschlossen sind, so dass, wenn sich der Einlassverschluss
in seiner Verschließposition befindet,
sich der Auslassverschluss in seiner Nicht-Verschließposition befindet, und wenn
sich der Auslassverschluss in seiner Verschließposition befindet, sich der
Einlassverschluss in seiner Nicht-Verschließposition befindet.
-
Gemäß einem vierten Aspekt der
vorliegenden Endung ist vorgesehen: ein Materialdosier-Verfahren,
mit den Schritten des Treibens der Verbindungseinrichtung in eine
erste Stellung zum Verschieben eines Einlassverschlusses aus einer
Verschließposition,
in der der Einlassverschluss einen Durchströmeinlass des Durchflussleitungssystems verschließt, in eine
Nicht-Verschließposition
und zum Verschieben eines Auslassverschlusses aus einer Nicht-Verschließposition
in eine Verschließposition, in
der der Auslassverschluss einen Durchströmauslass des Leitungssystems
verschließt,
des Leitens der Substanz durch den Einlass in das Leitungssystem
und von dort in eine Dosiervorrichtung, wobei der Querschnitt des
Einlasses im wesentlichen, außer durch
die Substanz, unverschlossen bleibt und der Auslassverschluss seine
Verschließposition
einnimmt, und des anschließenden
Treibens der Verbindungseinrichtung in eine zweite Stellung zum
Zurückführen des
Auslassverschlusses aus seiner Verschließposition in seine Nicht-Verschließposition
und Zurückführen des
Einlassverschlusses aus seiner Nicht-Verschließposition in seine Verschließposition und
des Leitens der Substanz aus der Dosiervorrichtung in das Leitungssystem
und von dort durch den Auslass, wobei der Querschnitt des Auslasses
im wesentlichen, außer
durch die Substanz, unverschlossen bleibt und der Einlassverschluss
seine Verschließposition
einnimmt.
-
Die Dosiervorrichtung kann aus einer
Kolben- und Zylindervorrichtung gebildet sein.
-
Die Verbindungseinrichtung ist vorzugsweise ein
langgestrecktes Element in Form eines Schafts, wie z. B. eines Stabs
oder einer Stange, das an seinen Enden an den jeweiligen Verschlüssen angebracht
ist.
-
Zum besseren Verständnis und
einfachen Durchführen
der Erfindung wird diese jetzt beispielhaft anhand der Zeichnungen
erläutert.
Es zeigen:
-
1 einen
vertikalen axialen Schnitt durch eine Dosiervorrichtung mit einer
Ventilvorrichtung einer Durchflussmengensteuerungs-Vorrichtung in
einer mittleren Position der Hin- und Herbewegung;
-
2 einen
horizontalen Schnitt entlang der Line II-II aus 1;
-
3 einen
axialen Schnitt entlang der Linie III-III aus 2 in rechtwinklig zueinander verlaufenden
Ebenen, wobei sich die Ventilvorrichtung in der untersten Endposition
befindet; und
-
4 eine
im wesentlichen gleiche Ansicht wie 3,
wobei sich jedoch die Ventilvorrichtung in der höchsten Endposition befindet.
-
Gemäß den Zeichnungen weist die
Dosiervorrichtung 1 eine Durchflussmengensteuerungs-Vorrichtung 2 mit
einer Ventilvorrichtung 2 und zwei Dosier ventilen 3 auf.
Die Vorrichtung 2 weist ein Leitungssystem 4 mit
einem zentralen Teil 4a, zwei oberen und unteren mittleren
Teilen 4b und zwei oberen und unteren Endteilen 4c auf,
von denen das obere Teil 4c zum Anschluss an ein (nicht
gezeigtes) Produktzuführrohr
vorgesehen ist und das untere Teil 4c eine Auslassdüse zum Liefern
des dosierten Produkts zu einem darunter angeordneten Förderer oder in
darunter befindliche Verpackungsbehälter, die mit dem dosierten
Produkt gefüllt
werden sollten, bildet. Das Leitungssystem 4 weist eine
vertikale Achse A und koaxial dazu eine vertikal hin- und hergehende Stange 5 auf,
die an ihren Enden jeweils an Einlass- und Auslassverschlüssen angebracht
ist, in diesem Fall Einlassventil- und Auslassventil-Verschlusselementen
in Form von oberen und unteren kreiszylindrischen Stopfen 6a und 6b.
In der Außenfläche des zentralen
Teils 4a ist eine Ausnehmung 7 ausgebildet, die
sich über
die Stange 5 hinaus erstreckt und ein Ritzel 8 aufnimmt,
das von einem Motor 9 um eine Horizontalachse drehbar ist
und an einer entlang der Stange 5 ausgebildeten Zahnung 10 angreift,
so dass die Stange 5 durch die Oszillation des Ritzels 8 vertikal
hin- und herbewegt werden kann. Die Stange 5 verläuft durch
obere und untere Wände
der Ausnehmung 7 in obere und untere Kammern 11a und 11b, die
durch jeweilige Faltenbälge 12a und 12b,
die abdichtend an den jeweiligen oberen und unteren Verschlusselementen 6a und 6b und
den jeweiligen oberen und unteren Wänden der Ausnehmung 7 angebracht
sind, gegen das Produkt abgedichtet sind, das durch das Leitungssystem 4 nach
unten strömt.
Die obere Endzone des oberen Teils 4c bildet einen kreiszylindrischen
Einlassport 13a, der von einem kreiszylindrischen Einlassventilsitz 14a begrenzt
ist, in dem der Stopfen 6a in einem Gleitsitz sitzt. Ähnlich bildet
die untere Endzone des unteren Teils 4c einen kreiszylindrischen
Auslassport 13b, der von einem kreiszylindrischen Auslassventilsitz 14b begrenzt
ist, in dem der Stopfen 6b in einem Gleitsitz sitzt. Die Achsen
der Teile 6a und 6b, 13a und 13b,
sowie 14a und 14b decken sich mit der Achse A.
Das zentrale Teil 4a weist zwei horizontale seitliche Ports 15 auf, die
im rechten Winkel zueinander angeordnet sind, und ist mit Verlängerungsteilen 4d versehen,
die koaxial zu den jeweiligen Ports 15 verlaufen. Koaxial
an den Verlängerungsteilen 4d angeordnet
befinden sich je wellige Dosierpumpen 16, die durch jeweilige Motoren 17 horizontal
hin- und herbewegt werden. Die Pumpen 16 weisen Kolben
in Form von gewellten Membranen oder Faltenbälgen 16a auf, die
in durch die zugehörigen
Ports 15 und Verlängerungsteile 4d gebildeten
Zylindern arbeiten.
-
Der Betrieb der Vorrichtung wird
nun beschrieben. Die Vorrichtung kann entweder derart betrieben
werden, dass eine der Dosiervorrichtungen 3 in Betrieb
und die andere außer
Betrieb ist, oder dass beide Dosiervorrichtungen 3 synchron
arbeiten, wobei in letzterem Fall eine Dosis mit doppeltem Volumen
von der Vorrichtung geliefert werden kann. Es sei angenommen, dass
in 3 die Vorrichtung
soeben eine Dosis über
den Port 13b geliefert hat, so dass sich das Ventilverschlusselement 6b in
der Position befindet, in der es den Port 13b abdichtet,
und sich die Pumpenelemente 16a in ihren innersten Hubpositionen
befinden. Dann werden eine oder beide Dosiervorrichtungen 3 betrieben,
um ein abgemessenes Volumen des Produkts in das. Leitungssystem 4 zu
saugen. Wenn das gewünschte
Volumen angesaugt ist, wird das Ritzel 8 gedreht, um die
Stange 5 zwecks Öffnens
des Auslassports 13b und Schließens des Einlassports 13a anzuheben.
Aus noch zu erläuternden
Gründen
der einfacheren Reinigung des Leitungssystems 4 und der
Teile 6 und 12 der Ventilvorrichtung wird der
Auslassport 13b geöffnet,
bevor der Einlassport 13a geschlossen ist; mit anderen
Worten: die Teile 5, 6 und 12 durchlaufen ihre
in 1 gezeigte Zwischenposition.
Bei geschlossenem Port 13a werden eine oder beide Dosiervorrichtungen 3 betrieben,
um das (die) Pumpenelemente) 16a zwecks Austrags des Produkts
(das eine Konsistenz aufweist, die dazu neigt, nicht unter Einwirkung
der Schwerkraft aus dem Leitungssystem 4 zu strömen) aus
dem Leitungssystem 4 (alternativ kann bei einem Produkt,
das dazu neigt, zu einem sehr großen Teil in dem Leitungssystem 4 zu
verbleiben, und/oder wenn das Einfüllen akkurater Dosen erforderlich
ist, ein nicht gezeigtes Rückschlag-Abgabeventil
hinter dem Auslassport 13b geschaltet werden) nach innen
zu bewegen. Nach dem Liefern der Dosis zu einer Stelle unterhalb
des Auslassports 13b wird das Ritzel 8 gedreht,
um die Teile 5, 6 und 12 wieder in ihre
in 3 gezeigte Position
zurück
abzusenken. In dieser Po sition kann der Stopfen 6b wie gezeigt
leicht über
den scharfkantigen unteren Bereich des unteren Teils 4c vorstehen,
um ein Tropfen des Produkts von dem Ventilsitz 14b zu verhindern. Zum
weiteren Verhindern eines solchen Tropfens kann das Ritzel 8 leicht
gedreht werden, um die Teile 5, 6 und 12 leicht
aus dieser Position herauszuheben, um einen Rücksaugeffekt des Stopfens 6b in
dem Port 13b zu bewirken. Der Dosierzyklus wird dann wieder
aufgenommen.
-
Zum Beschleunigen des Spülens der
Vorrichtung mit einem Reinigungsfluid, beispielsweise Dampf, am
Ende einer Arbeitsschicht oder beim Wechsel von einem Produkt zum
nächsten
kann das Ritzel 8 gedreht werden, um die Teile 5, 6 und 12 in die
in 1 gezeigte Position
zu bringen, in der beide Ports 13a und 13b offen
sind. Das Reinigungsfluid durchläuft
dann die Vorrichtung, wie von dem Pfeil C angezeigt. Gleichzeitig
können
eine oder beide Dosiervorrichtungen 3 betrieben werden,
um den Spüleffekt
zu begünstigen,
insbesondere in dem Pumpenkammern, die von den Verlängerungen 4d begrenzt sind.
-
Ein Vorteil der Vorrichtung, bei
der die Achse A relativ zu der Horizontalen geneigt ist, insbesondere
vertikal, wie dargestellt, besteht darin, dass bewirkt wird, dass
Luft oder ein anderes Gas in dem Produkt zu dem Einlassport 13a aufsteigt
und aus der Dosiervorrichtung austritt.
-
Die Dosiervorrichtung ist insbesondere
für aus
Partikeln bestehende Produkte mit Partikelgrößen bis zu 45 bis 50 mm geeignet,
da die Ports 13a und 13b, die Ausdehnungen der Öffnung der
Stopfen 6a und 6b, der Durchströmungsquerschnitt
des Leitungssystems 4 und die Durchströmungsquerschnitte der Ports 15 ausreichend
groß sein
können,
um ein freies Durchströmen
des in der in 3 gezeigten Position
in die Vorrichtung eintretenden Produkts und ein Austreten aus der
Vorrichtung in der in 4 gezeigten
Position zu ermöglichen,
so dass die Partikel die Vorrichtung im wesentlichen unbeschädigt durchströmen können. Die
Faltenbälge 12a und 12b ermöglichen
ein Bewegen der Teile 5 und 6 von außen durch
die Ausnehmung 7 ohne Verschmutzung des Produkts.