DE8908291U1

DE8908291U1 - Dosierkolben

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Publication number: DE8908291U1
Application number: DE8908291U
Authority: DE
Original assignee: Idg-Dichtungstechnik 7312 Kirchheim De GmbH
Current assignee: Idg-Dichtungstechnik 7312 Kirchheim De GmbH
Priority date: 1989-07-07
Filing date: 1989-07-07
Publication date: 1989-08-31

Description

Beschreibung

Die Neuerung betrifft einen Dosierkolben zur Verwendung in einer Abfüllmaschine für verderbliche Füllgüter, insbesondere Lebensmittel, mit eirr=r elastischen Membran, die während des Dosierhubes von der radial innenlisgsnden Seit? ifcii e.vnsm unter Druck stehenden Fluid fcssau-rschlagbör unü derart elastisch aufweitbar ist, HmB sie mit einem Dichtungsbereich an der inneren Mantelfläche eines Zylinderrohres, in aralcfrsir« der L»wsi^-"kolben verf&hrSsar ist_? anliegt.

Die Keimfreihsit bei der Abfüllun«- von verderblichen Füllgütern, z.B. von Fruchtprodukten j Milchprodukten oder vegetabilischen Fetten, stellt hohe An-Forderungen. Besonders kritische Komponenten der Abfüllmaschinen sind neben den Dosierkolben die Praduktzu-führungsräume, die der Einschleppung von Keimen unterliegen und deshalb mit besonderen Maßnahmen steril gehalten werden müssen. Beispielsweise werden die Zylinderrohre, in denen die Dosierkolben auf- und abgehen, auf der Antriebsseite, d.h. der Seite der Kolbenstange, mit Dampf, /nit Wasserstoffperoxid oder auch mit entkeimter Luft steril gehalten. Eine wichtige Voraussetzung dafür, daß diese MaSnahmen wirksam sind, ist eine Maschinenbauart, bei der alle Produktzuführungsräume möglichst kurz gehalten und auf einem engen Raum zusammengedrängt sind. Dieses Ziel wird mit den bekannten Dosierkolben der eingangs genannten Art auf folgende Weise angestrebt: Das Produkt wird nicht über Seitenzuführungen und Seitendosierungen dem eigentlichen Hauptdosierraum zugeführt sondern fließt direkt in jenes Zylinderrohr ein, «us dem heraus dosiert wird. Während des Rückhubes des Doaierkolbens, in dem dieser also im Zylinderrohr nach oben fährt, ist die elastische Membran entspannt. In diesem Zustand kann das Füllgut an dem nach oben fahrenden Dosierkolben vorbei in

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den unteren Zylinderraum einfließan. Nach der Bewegungsumkehr wird bei der Einleitung des eigentlichen Dosier— hubes die radial innenliegende Seite der elastischen Membran mit unter Druck stehendem Fluid, beispielsweise Druckluft, beaufschlagt. Die Membran weitet sich nunmehr so weit *us, bis sie an der inneren Mantelfläche des Zylinderrohres anlieft. Das inzsvischsn is un tsrer» Zylinderraum befindliche Füllgut kann jetzt durch den Dosierkolben ausgestoßen werden, Durch diese bekannte Anordnung lassen sich die Längen der

Produktzuführungsräuine auf ein Drittel reduzieren.

Bei den bekannten Dosierkolben der eingangs genannten Art war die elastische Membran in axialer Richtung verhältnismäßig kurz; Dehnungs- und Dichtungszonen lagen auf engstem Raum beieinander und ließen sich nicht voneinander abgrenzen. Hierdurch kam es zu erheblichen mechanischen Beanspruchungen der elastischen Membran mit kurzen Standzeiten in der Größenordnung von 3 bis maxima.¹ 14 Tagen. Diese Dosierkolben stellten ein erhebliches Hygienerisiko dar. Da sie nicht immer voll aufreißen (dies wäre an plötzlich auftretenden Dosierfehlern, wie z.B. halb gefüllten Bechern, zu erkennen) sondern auch über längere Zeit geringfügige Einrisse? oder punktförmige Beschädigungen aufweisen, kann über einen unkontrollierten Zeitraum hinweg die zum Aufblasen benutzte Luft in den Dosierraum gelangen. Da diese Luft nichi; keimfrei ist, ist die Haltbarkeit des Füllgutes in Fr&ge gasteilt. Wird dann die Undichtigkeit der Membran festgestellt, ist selbstverständlich der genaue Zeitpunkt des Undicht-Werdens nicht bekannt. Aus Vorsichtsgründen muß ein Broäteil der vorausgegangenen Produktion vernichtet werden, damit spätere Rekl ana ...ionen wegen mangelnder Haltbarkeit ausgeschlossen werden.

Aufgabe der vorliegenden Neuerung i&it es, einen Dosiorkolben der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß höhere Standzeiten erzielbar und damit die hygi&nischen Anforderungen besser erfüllbar sind.

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Diese Au-fgabe wird durch die Neuerung dadurch gelöst, daß sich an den Dichtungsbereich der elastischen Membran beidseits in axialer Richtung Dehnungsbereiche anschließen.

Der Gedanke der Neuerung geht somit dahin, die Funktion der Dichtung und die Funktion der Dehnung an der elastischer Membran räumlich zu entkoppeln. Der in der Mitte liegende Dichtungsbereich wird möglichst nicht ver-formt sondern "fährt" bsi dsr elastischen Prweiterung im wesentlichen nur radial nach außen. Er kann dann in idealer Meise die ihm zugedachte Dichtungs-funktion erfüllen. Die elastische Aufweitung wird durch die beiden sich in axialer Richtung anschließenden Dehnungsbereiche übernommen, die -für diese Au-fgabe optimiert werden können. Die Verformungen finden nicht mehr auf engstem Räume statt, so daß hohe lokale mechanische Beanspruchungen vermieden werden können. All dies trägt zu einer erheblichen Verlängerung der Standzeiter (auf mehrere Monate) bei.

Der Dichtungsbereich kann unter Bildung zweier in axialer Richtung zeigender Ringschultern gegenüber den Dehnungsbereichen radial nach außen überstehen. Durch diese Ausgestaltung lassen sich die Funktionen der Dichtung und der Dehnunq präziser auf die verschiedenen Bereiche der elastischen Membran verteilen, wenn auch selbstverständlich immer im Dichtungsbereich auch eine gewisse elastische Aufweitung eintreten wird.

Wenn, wie in Anspruch 3 beschrieben, die Wandstärke der Dehnungsbereiche der elastischen Membran mit zunehmender Entfernung vom Dichtungsbereich zunimmt, ist die lokale Beanspruchung der Dehnungsbereiche an den axialen Enden vergleichsweise gering, da hier die Ausbiegung zunächst klein ist und erst mit zunehmender Annäherung an den in der Mitte liegenden Dichtungsbereich zunimmt.

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Eins zusätzliche Vorsichtsmaßnahme gegen mechanische über— beanspruchungen der elastischen Membran ist im Anspruch angegeben. Danach kann in der Nähe des beim Dosierhub nacheilenden Dehnungsbereiches der elastischen Membran eine starre Stützglocke mit einer Schürze vorgesehen sein, die eine sich in Richtung au-f den Dehnungsbereich der elastischen Membran konisch erweiternde Innenfläche au-f weist, an welche sich der beim Dehnungshub nacheilende Dehnungsbereich im aufgeweiteten Zustand anlegt. Die Innenfläche der Schürze der Stützglocke stellt somit eine Art "Endanschlag" für die elastische Verformung des benachbarten Dehnungsbereiches dar. Dieser nacheilende Dehnungsbereich wäre andernfalls gerade im Dosierhub besonders starken mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt. Es müssen nämlich über ihn die Schubkräfte des Dosierkolbens in den an der Wand des Zylinderrohres vorbeistreifenden Dichtungsbereich eingebracht werden.

In diesem Zusammenhang kann es vorteilhaft sein, wenn sich beim Dosierhub die nacheilende Ringschulter der elastischen Membran an die ringförmige Stirnfläche der Stützglocke anlegt. Auch diese Maßnahme dient der besonders schonenden Einleitung von Axialkräften in den Dichtungsbereich der elastischen Membran.
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Die Schürze der Stützglocke sollte Durchströmungsöffnungen für das Füllgut aufweisen. Auf diese Weise werden hinter der Schürze Toträume vermieden, in denen sich bakteriell verunreinigte Impfnester bilden könnten. Die Durchströmungsöffnungen dienen in diesem Zusammenhang der restlosen Spülung des angrenzenden Bereiches der elastischen Membran und zudem dem beschleunigten Durchfluß de Füllgutes .

Nach einem weiteren Merkmal der Neuerung ist die Stützglocke zwischen der Kolbenstange und einem in diese eingeschraubten Einsatz eingespannt, wobei der Einsatz einen

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axialen Kanal sowie mehrere radiale Kanäle zur Zufuhr des unter Druck stehenden Fluide in den radial innerhalb der elastischen Membran liegenden Raum aufweist.

OS Radial innerhalb des Dehnungsbereiches der- elastischen

Membran zwischen den Ringschultern kann ein starrer Stützring mit Durchströmungsöffnungen für das unter Druck stehende Fluid angeordnet sein. Diese Maßnahme dient der schonenden Übertragung der in axialer Richtung wirkenden Bewegungskräfte auf den von der Stützglocke abgewandten Bereich der elastischen Membran.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Neurung ist die elastische Membran becherförmig gestaltet und überdeckt mit einem Bodenbereich die untere Stirnseite des Dosierkolbens. Diese Ausgestaltung ist in bakteriologischer Hinsicht besonders günstig, da alle Innenteile des Dosierkolnes naht- ung fugenlos von der elastischen Membran eingekapselt sind.

Bei dieser Ausführungsform emfiehlt es sich, wenn an die Innenseite der elastischen Membran ein deren Befestigung dienender Membrankern anvulkanisiert ist. Diesar kann dann beispielsweise an einem inneren Einsatz des Dosierkolbens angeschraubt sein.

Wird Wert auf wenig Einzelteile gelegt, kann die Stützglocke einstückig an die Kolbenstange angeformt sein.

Ausführungsbeispiele der Neuerung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen

Fig.

ein erste Ausführungsbeispiel eines Dosierkolbens in einem Zylinderrohr und zwar in der linken Zeichungshälfte im Axialschnitt und in der rechten Zeichnungshälfte in der Seitenansicht;

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Fig. 2 ein zweites Aus-führungsbeispiel eines Dosier— kolbenc, ähnlich der Figur 1.

Der in Figur 1 insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Dosierkolben umfaßt eine hohle Kolbenstange 2, die von einem in der Zeichnung nicht mehr dargestellten Antrieb axial hinund herbewegt wird. In dis Kolbenstange 2 ist ein Einsatz 3 eingeschraubt, dar eine den Hohlraum 4 der Kolbenstange 2 -fortsetzenden axialen Kanal 5 und eine Vielzahl radialer Kanäle 6 aufweist. Zwischen einer nach oben zeigenden Ringschulter 7 des Einsatzes 3 und der unteren Stirnfläche &thgr; der Kolbenstange 2 ist eine Stützglocke 9 verklemmt, auf deren Sinn weiter unten eingegangen wird. Die Stützglocke 9 ist mit einer sich nach unten und außen erweiternden Schürze 10 ausgebildet, die von mehreren Durchgangslöchern 11 durchsetzt wird. Au-f das in der Zeichnung untere Ende des Einsatzes 3 ist ein Abschlußteil 12 aufgeschraubt.

Eine Gummimembran 13 ist mit einem unteren, radial nach innen ragenden Wulst 14 in einer entsprechenden Nut des Abschlußteiles 12 festgelegt. Das obere Ende der Gummi— membran 13, die rotationssymmetrisch um den gesamten Dosier— kolben 1 herum verläuft, weist einen radial nach innen verlaufenden Wulst 15 auf, der in einer entsprechende- Nut des Einsatzes 3, benachbart einer inneren Stirnfläche der Stützglocke 9, festgelegt ist.

Die Gummimembran 13 IaQt sich in drei Abschnitte unter— teilen: Der mittlere Abschnitt 13a ist radial nach außen gezogen; er übernimmt die eigentliche Dichtfunktion (also die Funktion, die bei bekannten Dichtkolben ein Dichtring übernommen hätte) und weist hierzu eine im wesentlichen zylindrische Mantelfläche auf. Axial schließen sich an die Dichtungszone 13a über Ringschultern 17,18 beidseits Dehnungszonen 13b bzw. 13c an, an welche die bereits erwähnten Wulste 14 bzw. 15 angeformt sind. Der radial etwas nach

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außen abgesetzte Dichtungsbereich 13a befindet sich auf der axialen Höhe der radialen Kanäle 6 im Einsatz 3.

Die Funktionsweise des beschriebenen Dasierkolbens ist wie folgt!

In der Zeichnung ist der Dosierkolben 1 in einem schematisch angedeuteten Zylinderrohr 16 dargestellt. Solange der radial innerhalb der Summimembran 13 liegende Raum, insbesondere also der Hohlraum 4 der Kolbenstange 2, dsr axiale Kanal 9 sowie die radialen Kanäle 6 des Einsatzes 3 drucklos sind, ist der lichte Durchmessers des Zylinderrohres 16 größer als der AuQendurchmesser des Dichtungsbereiches 13a der Gummimembran 13. Beim Rückwärtshub des Dosierkolbens 1 aus einem vorausgegangenen Dosiervorgang, bei dem sich der Dosierkolben 1 in der Zeichnung nach oben bewegt, kann Füllgut durch den Spalt zwischen der äußeren Mantelfläche des Dichtungsbereiches 13a und der inneren Mantelfläche des Zylinder— rohres 16 von oben nach unten am Dosierkolben 1 vorbeigelangen. Vor dem eigentlichen Dosierhub, also der Bewegung des Dosierkolbens 1 in der Zeichnung nach unten, wird der radial innerhalb der Gummimembran 13 liegende Raum über den Hohlraum 4 der Kolbenstange 2, den axialen Kanal 9 und die radialen Kanäle 6 des Einsatzes 3 mit PreBluft beaufschlagt. Nunmehr weitet sich die ßurnmimembran 13 radial so nach auSen auf, wie dies in der rechten Hälfte der Zeichnung gestrichelt dargestellt ist: Die äuBere Mantelfläche des Dichtungsbereiches 13a der Gummimembran 13 liegt nunmehr an der inneren Mantelfläche des Zylinderrohres 16 an und stellt so die Dichtung beim Dosierhub sicher. Idealerwaise findet dabei eine Verformung des Dichtungsbereiches 13a überhaupt nicht statt. Die radiale Aufweitung der Gummimembran 13 wird vielmehr im wesentlichen durch die beiden Dehnungsbereiche 13b und 13c ermöglicht, die sich bei Druckbeaufschlagung nach außen durchbiegen. Wie der Zeichnung zu entnehmen ist, nimmt die Wandstärke der Dehnungsbereiche 13b und 13c zu den axialen Enden hin, also zu den

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Wulsten 14 und 15 hin, zu. Hierdurch wird bewirkt, daB die Ausbiegung der Dehnungs gereiche 13b und 13c auf die axiale Mitte der Gummimembran .3, also au-f den Dichtungsbereich 13a, hin zunimmt und insbesondere an den Einspannstellen der Gummimembran 13, nämlich in der Nahe der Wulste 14 und 15, verhältnismäßig klein bleibt. Hierdurch werden mechanische Beanspruchungen dar Susasimerobran 13 kl gingehalten.

In dem "aufgeblasenen"' lustanri der Gummimembran 13 liegt

die Außenseite? cfs<s i~ der Zeichnung obsrsn Dahnungsaere_chss 13c an der konischen Innenfläche 19 der Schürz«? 10 der Stützglocke 9 an. Hierdurch wird eine überdehnung der Gummimembran 13 in diesem Bereich vermieden. Die axial nach oben zeigende Ringschulter 17 zwischen dem mittleren Dichtungsbereich 13a und dem oberen Dehnungsbereich 13c liegt an der nach unten zeigenden ringförmigen Stirnfläche der Schürze 10 der Stützglocke 9 an. über diese aneinandsr anliegenden Flächen der Stützglocke 9 und der Gummimembran 13 können bei der nach unten gerichteten Bewegung des Dosierkolbens 1 im Dosierhub axiale Kräfte auf die Gummimembran 13 übertragen werden, so daS Verformungen der Gummimembran 13 nach oben aufgrund der Reibung zwischen der Mantelfläche des Dichtungsbereiches 13a und der inneren Mantelfläche des Zylinderrohres 16 bzw. aufgrund des Bewegungswiderstandes des Füllgutes verhindert werden.

Im allgemeinen reicht die innere Steifigkeit der Gummimembran 13 aus, die so in die Gummimembran 13 eingeleiteten axialen Kräfte auch auf den in der Zeichnung unteren Dehnungsbereich 13b zu übertragen. Gegebenenfalls kann jedoch radial innerhalb des Dichtungsbereiches 13a der Gummimembran 13 zwischen den Ringschultern 17,18 noch ein Stützring (in der Zeichnung nicht dargestellt) eingesetzt werden, dar mit Luftdurchgangsöffnungen versehen ist und die Axialkräfte von der oberen Ringschulter 17 der Gummimembran 13 auf die untere Ringschulter 18 überträgt.

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Bereits oben wurde auf die Durchgangsbahrungen 11 in der Schürze IO der Stützglocke 9 verwiesen. Mit diesen Durchgangsbahrungen 11 wird der radial innerhalb der Schürze 10 liegende Raum für das Füllgut erschlossen, so daß also dieser Raum ständig vom Füllgut durchströmt werden kann. Dies ist aus hygienischen Gründen zur Vermeidung von Impfnester bildenden Toträumen erforderlich,:

Das in Figur 2 gezeigte Ausführungsbeispiel entspricht weifcgehsir.d demjenigen von Figur %$ -entsprschande Taile sir>d daher mit denselben Bezugszeichen zuzüglich 100 gekennzeichnet.

Eine erste Besonderheit -aas Ausführungsbeispiels n«;;b Figur 2 liegt in der Einstückiykait von '^lbestange 102 und 109.

Darüber hinaus finden sich Unterschiede zum Ausführungsbeispiel nach Figur 1 im unteren Bereich des Dosierkolbens

101. Die Gummi,.rembran 113 ist stirnseitig über das untere Ende des Dosierkolbens 101 gezogen; sie erhält so die Form eines Bechers mit einem Bodenbereich 113 d&ldquor; Das Ab— schluBteil 12 des Ausführungsbeispiels nach Figur i kommt nunmehr vollständig innerhalb der Gummimembran 113 zu liegen und wird so zu einem Membrankern 112. Dieser ist an die Summimembran 113 direkt anvulkanisiert. So entsteht nicht nur eine besonders stabile mechanische Verbindung zwischen Gummimembran 113 und Msmbranke^n 112; diese Ausgestaltung ist auch aus hygienischen und bakteriologischen Gründen optimal, da die innerhalb der Gummimembran 113 liegenden Teile vollständig singemantelt sind.

Claims

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Schut2ansprüche

xsssacsssasaasa

1. Dosierkolben zur Verwendung in einer Abfüllmaschine für verderbliche Füllgüter, insbesondere Lebensmittel,

mit einer elastischen Membran, die während des Dasierhubes von der radial innen liegenden 9eite mit einem unter Druck stsftendsr. Fl'-iid beaufcchlaghar und derart elastisch aufweitbar ist, daß sie mit einem Dichtungsbereich an der inneren Mantelfläche eines Zylinderrohres, in welchem der Dosier— kolben verfahrbar ist, anliegt,

dadurch gekennzeichnet,

daß sich an den Dichtungsbereich (13a 113a) der elastischen Membran (13; 113) beidseits in axialer Richtung uehnungsbereiche (13b, 13c; 113b, 113c) anschließen. 20

2. Dosierkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsbereich (13a; 113a) unter Bildung zweier

in axialer Richtung zeigender Ringschultern (17, 18; 117, 118) gegenüber den Dehnungsbereichen (13b, 13c: 113b, 113c) radial nach außen übersteht.

3. Dosierkolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der Dehnungsbereiche (13b,

13c; 113b, 113c) der elastischen Membran (13; 113) mit zunehmender Entfernung vom Dichtungsbereich (13a; 113a) zunimmt.

4. Dosierkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe des beim Dosierhub nacheilenden Dehnungsbereichs (13c; 113c) der elastischen Membran (13; 113) eine starre Stützglocke (9; 109) mit einer Schürze (10; 110) vorgesehen ist, die eine sich in Richtung auf den

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Dehnungebereich (13a; 113a) der elastischen Membran (13; 113) konisch erweiternde Innen-flache (19> 119) aufweist, an welcher sich der beim Dosierhub nacheilende Dehnungsbereich (13c; 113c) im aufgeweiteten Zustand anlegt.

5. Dasierkolben nach Anspruch 4 bei Rückbeziehung auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich beim Dosierhub die nacheilende Ringschulter (17; 117) der elastischen Membran (13; 113) an die ringförmige Stirnfläche (20; 120) der Stützglocke (9; 109) anlegt.

6. Dosierkolben nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daB die Schürze (10; UO) der Stützglocke (9;

109) Durchströmungsöffnungen (11; 111) für das Füllgut aufweist.

7. Dosierkolben nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützglocke (9; 109> zwischen der

Kolbenstange (2; 102) und einem in diese eingeschraubten Einsatz (3; 103) eingespannt ist, wobei der Einsatz (3; 103) einen axialen Kanal (5; 105) sowie mehrer radiale Kanäle (6; 106) zur Zufuhr des unter Druck stehenden Fluids in den radial innerhalb der elastischen Membran (13; 113) liegender Raum aufweist.
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B. Dosierkolben nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daO radial innerhalb des Dehnungsbereiches (13a; 113a> der elastischen Membran (13; 113) zwischen den Ringschultern (17, 18: 117, HB) ein starrer Stützring mit Durchströmungsöffnungen für das unter Druck stehende Fluid angeordnet ist.

9. Dosierkolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daB die elastische Membran (113) becherförmig gestaltet ist und mit einem Bodenbereich (113d) die untere Stirnseite des Dosierkolbens (IOD übei— deckt.

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10. Dosierkolben nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß an die Innenseite der elastischen Membran (113)

ein deren Be-festigung dienender Membran kern (112) anvulkanisiert ist.
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11. Dosierkolben nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützglocke (109) einstückig an die Kolbenstange (102) ange-formt ist.