DE9109288U1 - Mehrfach-Dosierstation zum aseptischen Abfüllen von Produkten - Google Patents

Mehrfach-Dosierstation zum aseptischen Abfüllen von Produkten

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Description

-1-Anmelder: VERPACO AG, Weidstraße 1,CH 6331 Hünenberg
Mehrfach-Dosierstation zum aseptischen Abfüllen von Produkten
Gegenstand der vorliegenden Neuerung ist eine Dosiereinheit nach dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.
Es ist bekannt, derartige Dosiereinheiten als Membranpumpen auszugestalten, wobei der eigentliche Dosiervorgang durch das Ansteuern der Membranpumpe erfolgt. Jede Dosiereinheit besteht bekannter Weise aus einem Einlaßventil, einer Membranpumpe und einem Auslaßventil. Es wird über einen Einlaß, bei geöffnetem Einlaßventil, das Produkt in den Dosierraum eingelassen, wobei die Membranpumpe in ihrer untersten Stellung sich befindet. Hierbei ist das Auslaßventil geschlossen. Es wird dann der Antrieb der Membranpumpe eingeschaltet und die Membranpumpe führt einen kurzen einstellbaren Hubweg aus, wodurch der Dosierraum mit einer genau definierten Menge des Produktes gefüllt wird. Danach wird das Einlaßventil geschlossen und das Auslaßventil geöffnet, wodurch durch einen Abwärtshub der Membranpumpe das so dosierte Produkt über einen Auslaß abgegeben wird. Derartige Membranpumpen haben den Nachteil, daß sie mit Öl betrieben werden müssen und damit der Nachteil besteht, daß die Gefahr besteht, daß bei einer Beschädigung der Membran dieses Öl in das Produkt gerät. Ferner besteht der Nachteil einer relativ geringen Einstellmöglichkeit des Hubes dieser Membranpumpe, weil die Membranen bekannter Weise nur begrenzt dehnfähig sind.
Derartige Membranpumpe können unter aseptischen Bedingungen betrieben werden.
Es ist ferner bekannt, derartige Dosiereinheiten als Kolbenpumpen auszugestalten. Der Vorteil derartiger Kolbenpumpen besteht darin, daß ein relativ großer Hub erzielbar ist, so daß eine Volumeneinstellung in großen Grenzen möglich ist. Nachteil einer Kolbenpumpe ist jedoch, daß mit jedem Kolbenhub Bakterien über den Zylinderraum und die Kolbendichtungen in den Dosierraum eingeschleppt werden, wodurch es schwierig ist, eine derartige Kolbenpumpe unter aseptischen Bedingungen zu betreiben. Um trotzdem aseptische Bedingungen zu erreichen ist es bekannt, derartige Kolbenpumpen mit Dampfsperre zu betreiben, was jedoch mit dem Nachteil eines unverhältnismäßig hohen Aufwandes verbunden ist.
Weiterer Nachteil ist, daß, wenn auch die Ventile einer Kolbenpumpe als Hubventile ausgebildet sind, hier ebenfalls eine Verschmutzungsgefahr im Ein- und Auslaßbereich besteht. Im übrigen sind sogenannte Drehschieberpumpen bekannt geworden, bei denen aber der Nachteil einer ungenügenden Abdichtung im Schieberraum besteht, so daß die Gefahr besteht, daß das Produkt unbeabsichtigt hinter die Schieberdichtungen gelangt und dort in einem Totraum verbleibt, was dann einer Reinigung praktisch unzugänglich ist.
Der gleiche Nachteil (ungenügend zu reinigender Toträume) besteht im übrigen bei Kolbenpumpen.
Der vorliegenden Neuerung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Dosiereinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiterzubilden, daß man bei relativ großem Dosierhub unter aseptischen Bedingungen arbeiten kann.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Neuerung durch die technische Lehre des Anspruchs 1 gekennzeichnet.
Wesentliches Merkmal der vorliegenden Neuerung ist, daß die vorliegende
Dosierstation praktisch aus einer Kombination einer herkömmlichen Kolbenpumpe in Verbindung mit einer Membranpumpe besteht. Von beiden Pumpenarten werden die Vorteile in nicht naheliegender Weise in sich vereinigt, weil der relativ große Hub, der feineinstellbar ist, nach der vorliegenden Neuerung von dem Kolbenpumpenprinzip übernommen wurde und andererseits aber die Möglichkeit des Arbeitens unter aseptischen Bedingungen von der Membranpumpe übernommen wurde.
Damit besteht der Vorteil, daß durch die Einbeziehung von Membranen in den Ventil- und in den Dosierräumen unter aseptischen Bedingungen gearbeitet werden kann, weil keine schädlichen Toträume mehr entstehen, die bei reinen Kolbenpumpen in Kauf genommen werden müssen.
Besonderer Vorteil der vorliegenden Neuerung ist, daß die neuerungsgemäße Dosierstation sowohl hygienisch betreibbar ist als auch unter aseptischen Bedingungen arbeitet.
Unter dem Begriff "Hygiene-Betrieb" wird verstanden, daß eine derartige Dosierstation ohne besondere Reinigung für eine Dauer von beispielsweise 1 Woche im Rundumbetrieb betrieben werden kann, ohne daß es einer Reinigung bedarf. Dies wird dadurch erreicht, daß nach der vorliegenden Neuerung schädliche Toträume, wie sie bei Kolbenpumpen sonst in Kauf genommen werden, vermieden werden.
Andererseits kann die vorliegende, neuerungsgemäße Dosierstation mit einfachen Mitteln im Aseptik-Betrieb betrieben werden. Unter dem Begriff "Aseptik-Betrieb" wird verstanden, daß man zunächst aus allen Räumen daß vorher dort vorhanden gewesene Produkt entfernt durch Auspumpen. Dann wird mit einer Säure und mit einer Lauge gespült, dann mit Wasser nachgespült und dann mit Dampf sterilisiert. Die DampfsteriIisation erfolgt mit ca. 2,2 bar und bei etwa 143° bis 145°C. Hierbei sind alle Ein- und Auslaßventile geöffnet und alle Auslaßöffnungen werden mit
einer Verschlußplatte verschlossen. In der Verschlußplatte ist ein Mehrwege-Ventil vorhanden, so daß die verwendeten Spülflüssigkeiten wieder zurück in ihre Spülbehälter geführt werden können.
Ein derartiger Reinigungszyklus zum Erreichen von Aseptik-Bedingungen wird bei einem Rundumbetrieb der Dosierstation etwa alle zwei Wochen einmal durchgeführt.
Von besonderem Vorteil bei der vorliegenden Neuerung ist, daß der Betrieb als Aseptik-Staion besonders einfach erfolgt, weil entsprechende Reinigungsöffnungen vorgesehen werden können und weil die entsprechenden Räume der Dosierstation sehr leicht zu reinigen sind (Vermeidung von Toträumen).
Der Kern der vorliegenden Neuerung liegt also darin, daß man als Ventile Membranen verwendet, die mit Hubstößeln von Ventil antrieben zusammenwirken, so daß die Vorteile einerseits einem Membran und andererseits der großhubigen Ventilstößel erreicht werden.
Weiterer Vorteil im Bereich der Dosierstation ist, daß hier ebenfalls ein Hubkolben verwendet wird, der aber nach oben, in Richtung auf den Hubstößel von der Umgebung abdichtend ist, so daß der Zylinderraum durch die Membran nach oben hin vollständig dicht abgeschlossen ist. Damit wird ein Eindringen von Keimen über die Stößel einführung in den Zylinderraum mit Sicherheit vermieden. Andererseits werden aber mit einer derartigen Dosierstation großvolumige Dosiervolumen erzeugt, wie sie nur mit einer Kolbenpumpe erzeugbar sind.
Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Neuerung ist, daß die neuerungsgemäße Dosierstation, bestehend aus Einlaßventil, Dosiereinheit und Auslaßventil, in mehrfacher Ausführung vorhanden ist, wobei diese genannten Komponenten im Baukastensystem nebeneinander liegend
-5-angeordnet sind.
In einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Neuerung ist hierbei vorgesehen, daß mit einem zentralen Antrieb über einen einzigen Antriebsmotor und einem zugeordneten Getriebe alle Dosiereinheiten parallel betrieben werden. Damit besteht der Vorteil, daß eine derartige Anordnung einfach aufgebaut ist und einfach zu warten ist.
Für den Antrieb der Ein- und Auslaßventile gibt es wiederum zwei verschiedene Möglichkeiten, die von dem vorliegenden Neuerungsgedanken umfaßt sind.
In einer ersten Ausführungsform ist vorgesehen, daß jedem Einlaßventil und jedem Auslaßventil ein eigener Pneumatikzylinder zugeordnet ist, der über eine entsprechende speicherprogrammierbare Steuerung die Ventileinlaß- und -auslaßstellungen steuert.
Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Neuerung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Schutzansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Schutzansprüche untereinander.
Alle in den Unterlagen - einschließlich der Zusammenfassung offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Im folgenden wird die Neuerung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellende Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere wesentliche Merkmale und Vorteile der Neuerung hervor.
Es zeigen:
Figur 1: Schnitt durch eine Dosierstation nach der Neuerung;
Figur 2: Draufsicht auf eine FUnffach-Dosierstation in Richtung des Pfeiles II in Figur 1.
Die Dosiereinheit besteht im wesentlichen aus einem Gestell 1, an dessen Oberseite ein Motor 2 mit einem darin integrierten Getriebe angeordnet ist.
Der Motor ist über eine Kupplung 3 mit einer Hubspindel 4 verbunden, wobei im Bereich der Hubspindel Faltnocken 6 angeordnet sind, die mit entsprechenden Rollenschaltern 5 zusammenwirken. Diese Rollenschalter in Verbindung mit den Schaltnocken 6 sollen Sicherheitsmaßnahmen ermöglichen, um einen Überhub nach unten oder oben zu vermeiden.
An der Unterseite der Hubspindel ist über eine Schraube 41 eine Hubplatte 40 angeordnet, wobei an der Hubplatte - gemäß Figur 2 parallel angreifend weitere Dosierheinheiten 47 mit ihren entsprechenden Dosierkolben betrieben werden.
Die Schraube 41 ist mit einer ersten Kolbenstange 7 verbunden, die an ihrer Unterseite eine Ringnut 11 definiert, an welcher der Rand einer Membran 9 dichtend aufgenommen ist.
Die andere Seite der Membran 9 ist im Bereich einer Ringnut 13 aufgenommen, die zwischen einer Platte 12 und der Oberseite des Gehäuses 10 gebildet ist.
Über eine entsprechende Verschraubung ist die obere Kolbenstange 7 mit einer unteren Kolbenstange 8 verbunden, wobei zwischen den beiden
genannten Kolbenstangen 7,8 die besagte Ringnut 11 ausgebildet ist. Damit besteht der Vorteil, daß durch Auseinanderschrauben der beiden Kolbenstangen 7,8 die Membran 9 leicht auswechselbar ist.
Ebenso ist die Membran von oben her leicht zugänglich, weil nur die Platte 12 durch Lösen der Verschraubungen abgenommen werden braucht. Im übrigen bildet die Platte 12 eine zentrale innere Ausnehmung, durch welche von oben her der Zustand der Membran 9 beurteilt werden kann.
Die Kolbenstange 8 ist mit dem Kolben 14 verbunden, welcher das Produkt im Dosierraum 15 dosiert. Der Dosierraum 15 wird an der einen Seite von einem Einlaßkanal 16 definiert, welcher Einlaßkanal mit einem Ventilsitz 17 beginnt. Der Ventilsitz 17 wird durch ein Ventil 18 gebildet, welches im wesentlichen aus einer Kunststoff-Membran 20 gebildet ist, in deren Innenraum ein Rundstößel 21 angeordnet ist, der mit einem entsprechenden Ventilstößel 23 verbunden ist. Damit werden die Merkmale eines Membranventils in Verbindung mit einem Kolbenventil erreicht. Der obere Rand der Membran 20 ist hierbei im Bereich einer Ringnut eines Deckels 22 gefaßt, und abdichtend am Gehäuse angeschraubt. Der Deckel 22 ist durchsichtig ausgebildet, um den Zustand der Membran 20 beurteilen zu können.
Das Ventil 18 bildet also einen Ventilkanal 19, der je nach Stellung des (in Figur 1 geschlossenen) Einlaßventils den Ventilkanal 19 mit einem entsprechenden Verteilerrohr 33 verbindet.
Über einen Einlaß 32 wird das Produkt über das Verteilerrohr 33 in Pfeilrichtung 34 in den Ventilraum eingespeist, wobei bei geöffnetem Einlaßventil 37 vorausgesetzt ist, daß das Auslaßventil 38 geschlossen ist und gleichzeitig der Kolben 14 in seiner angehobenen Hubposition befindet. In dieser Stellung wird also von dem hochgehenden Kolben das Produkt über den geöffneten Ventil kanal 19 aus dem Einlaß 32 gesaugt und
in genau definiertem Volumen in dem Dosierraum 15 gesammelt. Sobald der Kolben 14 seine obere Hubposition erreicht hat, wird das Einlaßventil 37 geschlossen (wie in Figur 1 gezeigt) und das Auslaßventil 38 wird geöffnet. Der Kolben 14 führt dann eine abwärts gehende Hubbewegung aus, wodurch das Produkt aus dem Dosierraum 15 über das geöffnete Auslaßventil 38 in den Auslaß 39 verdrängt wird und dort in genau definierter Menge abgegeben wird.
Das Einlaßventil 37 ist genau identisch wie das Auslaßventil 38 ausgebildet, so daß eine weitere Erläuterung der Funktion des Auslaßventils 38 entfallen kann.
Nachfolgend wird der Ventilantrieb für die Ventile 37,38 am Beispiel des Einlaßventils 37 näher geschildert.
Das Einlaßventil 37 ist mit seinem Rundstößel 21 über eine Ventillasche 24 verbunden, wobei die Ventil lasche zwischen sich zwei Schwenklager 26 definiert, in deren Bereich die Ventil lasche 24 schwenkbar aufgehängt ist.
Der feststehende obere Teil des Schwenklagers 26 ist an einer unteren Hebel lasche 27 befestigt, die mittels Schrauben an dem freien schwenkbaren Ende einer oberen Hebel lasche 28 befestigt ist. Die obere Hebel lasche ist hierbei im Bereich eines Drehlagers 25 schwenkbar gelagert.
Am freien oberen Ende der Hebel lasche 28 ist hierbei ein Auge 31 befestigt, an dem schwenkbar eine Kolbenstange 30 eines Pneumatikzylinders 29 ansetzt.
Sobald also die Kolbenstange 30 eine abwärts gehende in Pfeilrichtung 35 gerichtete Bewegung ausübt, wird entsprechend der hier beschriebenen
Hebellagerung der Ventilstößel 23 in Pfeil richtung 36 angehoben. Damit wird das Einlaßventil 37 geöffnet.
Wichtig bei der beschriebenen Anordnung ist im übrigen, daß die Zylinderwand 42 der Dosiereinheit 47 mit hoher Präzision gearbeitet ist (gehont) und die Dichtungen 43 zweifach vorhanden sind, um eine gute Abdichtung des Kolbens 14 zu gewährleisten.
Statt des hier gezeigten Kolbens 14 mit den beiden Dichtungen 43 kann auch ein genau gearbeiteter Keramikkolben ohne Dichtung Verwendung finden.
Ferner ist wichtig, daß zur Reinigung des nicht vom Produkt getroffenen Zylinderraums eine Reinigungsöffnung 44 vorhanden ist, über welche Reinigungsmedium in den hinter den Kolben liegenden Zylinderraum eingeführt werden kann.
Eine derartige Reinigung ist jedoch nur dann erforderlich, wenn die Membran 9 beschädigt sein sollte.
Über die Reinigungsöffnung 44 wird hierbei Reinigungsmedium bzw. Dampf in den Zylinderraum 45 eingespeist und dies erfolgt dann, wenn der Kolben in einer Überhubbewegung sich befindet und die Dichtungen 43 im Bereich eines Konuses 46 liegen, so daß das Reinigungsmedium über den dann dort in Richtung zum Dosierraum 15 geöffneten Zylinderraum 45 in den Auslaß 39 ausgespült werden kann.
Wichtig bei der vorliegenden Dosierstation ist es, daß gemäß Figur 2 eine Reihe von Dosierstationen parallel nebeneinander angeordnet sind und die jeweiligen Kolbenstangen 7,8 und die zugeordneten Kolben 14 der jeweiligen Dosiereinheit 47 parallel angreifend an der Hubplatte 40 befestigt sind, so daß mit einem einzigen Antrieb alle Kolben 14
-10-betrieben werden können.
In der Figur 2 ist deshalb eine Fünffach-Dosierstation gezeigt, wie dies durch die fünf vorhandenen Einläße 32 gezeigt ist.
ZEICHNUNGS-LEGENDE
1 Gestell
2 Motor
3 Kupplung
4 Hubspindel
5 Rollenschalter
6 Schaltnocke
7 Kolbenstange
8 Kolbenstange
9 Membran
10 Gehäuse
11 Ringnut
12 Platte
13 Ringnut
14 Kolben
15 Dosierraum
16 Einlaßkanal
17 Ventilsitz
18 Ventil
19 Ventilkanal
20 Membran
21 Rundstößel
22 Deckel
23 Ventilstößel
24 Ventil lasche
25 Drehlager
26 Schwenklager
27 untere Hebel lasche
28 obere Hebel lasche
29 Pneumatikzylinder
30 Kolbenstange
31 Auge
32 Einlaß
33 Verteilerrohr
34 Pfeilrichtung
35 "
36 "
37 Einlaßventil
38 Auslaßventil
39 Auslaß
40 Hubplatte
41 Schraube
42 Zylinderwand
43 Dichtung
44 Reinigungsöffnung
45 Zylinderraum
46 Konus
47 Dosiereinheit

Claims (5)

  1. Ihr Zeichen Ihre Nachricht vom Datum
    Your ref. Your letter of Date 20. Juti! 1991
    Betreff: Re
    Anmelder: VERPACO AG, Weidstraße I1 CH 6331 Hünenberg
    Schutzansprüche
    §| 1. Mehrfach-Dosierstation zum aseptischen Abfüllen von Produkten, wobei
    % in mehrfacher Anordnung jeweils ein Einlaßventil, eine Dosiereinheit und
    ein Auslaßventil vorgesehen sind, welche über Ventilkanäle auf jeweils
    § einen Dosierraum arbeiten, wobei jeweils das Dosiergut in einen Einlaß
    und dosiert über einen Auslaß abgegeben wird, dadurch gekennzei chnet, daß die Dosiereinheit (47) aus einer Kombination einer großhubigen Kolbenpumpe in Verbindung mit einer aseptischen Membranpumpe besteht, und daß das Einlaß- bzw. Auslaßventil (37,38) als Kombination von Kolben- und Membranbetätigung eine Membran (20) aufweist, welche von einem Ventilantrieb über einen Ventilstößel (23) betätigt wird.
    Telephon: Telex: ff Lindau (0 83 82) 5 43 74 (patent -d) 7 80 25 Telegramm -Adresse: patri-lindau
    Facsimile/Telefax: Bankkonten: Postscheckkonto
    +49-8382-7 80 27 Bayer. Vereinsbank Lindau (B) Nr. 1257 110 (BLZ 735 200 74) München 414 848-
    - '% - * ^Hj/ffcr-.Bgriietjndclu (B) Nr. 66 70-326 843 (BLZ 733 204 42) (BLZ 700 10080)
    ; :. , yolksbänk^ndgiifS) Nr. 51 222 000 (BLZ 735 901 20)
    -2-
  2. 2. Dosierstation nach Anspruch 1, dadurch
    gekennzei chnet, daß die Dosiereinheit (47) einen Hubkolben (14) aufweist, der von zwei geteilten Kolbenstangen (7,8) betätigt wird, wobei zwischen den Kolbenstangen (7,8) in einer Ringnut (11) eine Membran (9) angeordnet ist, welche in Richtung auf die obere Kolbenstange (7) den Zylinderraum abdichtet.
  3. 3. Dosierstation nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzei chnet, daß die Hubspindel (4) der Dosiereinheit (47) mit einer Hubplatte (40) in Verbindung steht, wobei über einen einzigen Antriebsmotor (2) und einem zugeordneten Getriebe über die Hubplatte (40) mehrere parallele Dosiereinheiten betätigt werden.
  4. 4. Dosierstation nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chnet, daß jedem Einlaßventil (37) und jedem Auslaßventil (38) ein eigener Pneumatikzylinder (29) zugeordnet ist, der über eine entsprechende speicherprogrammierbare Steuerung die Ventileinlaß- und -auslaßstellung steuert.
  5. 5. Dosierstation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (17) von Ein- bzw. Auslaßventil (37,38) von einem Ventil (18) beaufschlagt ist, wobei die Membran (20) eine kugelartige Verdickung ausbildet, in deren Innenraum ein Rundstößel (21) angeordnet ist, und die Membran (20) im weiteren den Ventilstößel (23) umgibt und nach oben hin in einen Deckel (22) abdichtend geführt ist.
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