EP2528851B1

EP2528851B1 - Dosiervorrichtung und dosierverfahren für flüssigkeiten

Info

Publication number: EP2528851B1
Application number: EP11703626.9A
Authority: EP
Inventors: Dirk Auer
Original assignee: Elopak AS
Current assignee: Elopak AS
Priority date: 2010-01-27
Filing date: 2011-01-26
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2031-01-26
Also published as: US10472218B2; US20120291898A1; BR112012016532B1; BR112012016532A2; RU2541293C2; CN102791612B; WO2011092188A1; CN102791612A; RU2012136549A; DE102010006005A1; EP2528851A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsstrom-Steuerungsvorrichtung, insbesondere eine Dosiervorrichtung, mit einem Einlass für eine abzugebende Flüssigkeit, insbesondere als Dosis, umfassend einen Ventilsitz, ein mit dem Ventilsitz zusammenwirkendes Verschlusselement und einen Auslass für die Flüssigkeit, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und wie aus der DE 22 46 176 A1 bekannt. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren, insbesondere Dosierverfahren, zur Abgabe der Flüssigkeit.
Derartige Dosiervorrichtungen und Dosierverfahren kommen beispielsweise zum schnellen Füllen von Behältern, insbesondere Verpackungen aus Verbundmaterial (Karton und PE-Beschichtung), mit einer Flüssigkeit (Milch u. Säfte) zum Einsatz. Beim Befüllen mit dieser einen Flüssigkeit ist darauf zu achten, dass möglichst kein Schaum entsteht. Dies ist deshalb wichtig, weil die Verpackungen aus Verbundmaterial nach dem Füllen an ihrem oberen Ende zusammengefaltet und durch Verschweißen verschlossen werden. Sollte sich Schaum gebildet haben, werden die Innenflächen des oberen Packungsrandes, die später die Schweißnaht bilden, benetzt. Hierdurch kann es beim Verschweißen des Packungsrandes zu Undichtigkeiten kommen, weil die benetzten Stellen eine ordnungsgemäße Verbindung der PE-Beschichtung verhindern.
Soll eine Vitamin C haltige Flüssigkeit abgefüllt werden, darf sich im Kopfraum der gefüllten Packung möglichst keine Luft befinden. Die Luft würde mit dem Vitamin C reagieren und eine unbeschadete, längerfristige Lagerung der Flüssigkeit in der verschlossenen Verpackung verhindern. Bei einer Schaumbildung wäre es jedoch nicht möglich, den Kopfraum ohne weiteres luftfrei zu bekommen.
Aus den vorgenannten Gründen besteht somit die Forderung, beim Abfüllen bestimmter Flüssigkeiten in Behälter eine Schaumbildung nach Möglichkeit zu vermeiden.
Sofern die Flüssigkeit unmittelbar in einen Behälter im freien Fall eingefüllt wird, ist durch den Aufprall der Flüssigkeit auf den Behälterboden eine starke Schaumbildung unvermeidbar. Bereits im Füllstrom bilden sich Strömungswirbel bzw. -Einschnürungen, die keinen ruhigen Füllstrom der Flüssigkeit zulassen.
Um die Schaumbildung zur reduzieren, wurden Röhrchenauslässe entwickelt, die eine möglichst laminare Strömung im Füllstrahl erzeugen. Die Ausläufe umfassen mehrere dünne Rohre, durch die die Flüssigkeit in die Packung geleitet wird. Oberhalb des Auslaufs ist ein Ventilkörper angeordnet, der den Zulauf der Flüssigkeit aus einem Vorratstank und damit den Füllstrahl unterbrechen bzw. freigeben kann. Es hat sich jedoch gezeigt, dass durch die Reibung der Flüssigkeit an den Innenwänden der Röhrchen die einzelnen Strahlen noch zu unruhig waren.
Eine Weiterentwicklung besteht darin, dass am Auslass einer gattungsgemäßen Dosiervorrichtung ein zylindrischer Körper mit feinen achsparallelen Bohrungen angeordnet wird. In dem eingeengten Raum der Bohrungen bilden sich kaum Verwirbelungen aus, so dass die Flüssigkeit weitestgehend beruhigt fließen kann. Eine Dosiervorrichtung mit einem derartigen zylindrischen Körper wird beispielsweise in der EP 0754 144 B1 gezeigt. Gleichwohl kann beim Dosieren von Flüssigkeiten in Packungen eine Schaumbildung mit den bekannten Maßnahmen vielfach nicht ausreichend unterbunden werden.
Die EP 1588948 A2 offenbart zur Vermeidung von Schaumbildung in einer abzufüllenden Flüssigkeit eine Flüssigkeitsfülldüse mit einem Einlass für eine Flüssigkeit, die einen Ventilsitz und ein mit dem Ventilsitz zusammenwirkendes konisches Verschlusselement sowie einen Auslass für die Flüssigkeit umfasst. Das Verschlusselement ist in eine erste und eine zweite Öffnungsstellung bringbar, wobei die Durchflussquerschnittsfläche zwischen dem Ventilsitz und dem Verschlusselement und der Abgabewinkel der Flüssigkeit in Bezug zu dem zu befüllenden Behälter in den beiden Öffnungsstellungen unterschiedlich sind.
Die GB 2308174 A offenbart ein Flüssigkeitsabgabeventil zum mengenmäßig exakten Abfüllen von Flüssigkeiten in Behälter. In einem zylindrischen Gehäuse mit einem Einlass für die Flüssigkeit sind konzentrisch von außen nach innen ein Flutungskolben, ein Tröpfelkolben sowie ein Tropfkolben angeordnet, die eine Auslassöffnung des Flüssigkeitsabgabeventils verschließen. Der innere Tropfkolben ist über eine Kolbenstange mit einem Druckluftzylinder als Antrieb verbunden. Zwischen dem Tropfkolben und dem konzentrisch dazu angeordneten Tröpfelkolben ist eine erste Feder angeordnet. Zwischen dem Tröpfelkolben und dem diesen umgebenden Flutungskolben ist eine zweite Feder angeordnet. Schließlich stützt sich der Flutungskolben über eine dritte Feder gegenüber dem Gehäuse des Flüssigkeitsabgabeventils ab. Die Kolben haben im Bereich der Auslassöffnung übereinstimmend geneigte Wandabschnitte. Mit Hilfe der Kolbenstange lassen sich die untereinander über die Federn gekoppelten Kolben abhängig vom Hub der Kolbenstange öffnen und schließen. Um Flüssigkeit abzufüllen, wird zunächst der äußere Flutungskolben zusammen mit den darin angeordneten Tröpfelkolben sowie Tropfkolben vollständig geöffnet, so dass der größte Teil der Flüssigkeit über den Ringspalt zwischen dem äußeren Flutungskolben und der als Ventilsitz dienenden Auslassöffnung abgefüllt wird (etwa 95 %). Um den Rest der Flüssigkeit abzufüllen, wird nach dem Schließen des Flüssigkeitsabgabeventil die Kolbenstange soweit angehoben, dass entweder nur der zentrale Tropfkolben oder der Tropfkolben sowie der ihn umgebende Tröpfelkolben angehoben werden, so dass die Restflüssigkeitsmenge in den Behälter tropft bzw. tröpfelt.
Die DE 22 09 772 A offenbart eine Flüssigkeitsstrom-Steuerungsvorrichtung mit einem Einlass für eine Flüssigkeit, wie beispielsweise Lack. Die Flüssigkeitsstrom-Steuerungsvorrichtung umfasst einen in einem Füllkopf beweglich angeordnetes Verschlussstück mit einem Ventilstößel, das mit einer konischen Umfangsfläche am Auslaufstutzen des Füllkopfs zur Anlage bringbar ist. Im Inneren des Verschlussstücks befindet sich ein Ventilstempel, der an dem Ventilsitz einer zentralen Auslauföffnung am Boden des Verschlussstücks zur Anlage bringbar ist. Der Ventilstempel ist in dem Verschlussstück mit Hilfe einer von oben federbelasteten und von unten zeitweilig mit Druckmittel beaufschlagbaren Kolbenplatte hin- und her beweglich. Das Verschlussstück gibt zunächst den Auslass des Auslaufstutzens maximal frei. Sobald der größte Teil der Füllmenge in das zu füllende Gefäß eingelaufen ist, wird der Ventilstößel soweit abgesenkt, dass sich das Verschlussstück mit seiner Umfangsfläche in geringem Abstand von dem Ventilsitz des Auslasses befindet, so dass die abzufüllende Flüssigkeit nur noch durch einen Ringspalt zwischen dem Verschlussstück und dem Ventilsitz auslaufen kann. Sodann wird das Verschlussstück fest auf den Ventilsitz gepresst. Zugleich wird jedoch mittels Druckluft der Ventilstempel weiterhin entgegen der Wirkung der Feder in seiner Offenstellung gehalten. Die abzufüllende Flüssigkeit kann jetzt nur noch in geringer Menge durch die zentrale Auslauföffnung in das zu füllende Gefäß fließen. Sobald das richtige Gewicht in dem Gefäß erreicht ist, wird der Ventilstempel mit Hilfe der Druckfeder schlagartig nach unten in Richtung des Ventilsitzes bewegt, wodurch die Flüssigkeitszufuhr vollständig unterbrochen wird.
Die DE 22 46 176 A1 offenbart ein Überspiegelabfüllventil für Flüssigkeiten, das in eine erste, teilweise geöffnete und in eine zweite, voll geöffnete Stellung bringbar ist. Das Abfüllventil für die Überspiegelabfüllung von Flüssigkeiten umfasst zu diesem Zweck ein in einem Hauptventilkörper zur Ventilmitte hin konzentrisch angeordnetes verstellbares Feinlaufventil, mittels dessen Hilfe einen Feinlaufventilraum mit einem Vorlaufraum verbindende Durchbrechungen teilweise oder ganz abdeckbar sind. Bei der Überspiegelabfüllung wird immer zuerst das Feinlaufventil mit Hilfe eines Feinlaufventilgestänges geöffnet. Durch die Freigabe der Querschnitte der Durchbrechungen entsteht bei voll geöffnetem Feinlaufventil kein scharfer Flüssigkeitsstrahl. Der Feinlaufventilstrahl tritt weich und gerichtet aus dem zentralen Ausgang des Feinlaufventilraums in dem Hauptventilkörper aus. Sobald der Hauptventilkörper von Flüssigkeit umgeben ist, wird der Hauptventilkörper mit einer Ventilkörperhohlstange in die voll geöffnete Position gebracht, wodurch der Behälter mit hoher Geschwindigkeit gefüllt wird.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Flüssigkeitsstrom-Steuerungsvorrichtung, insbesondere Dosiervorrichtung und ein Flüssigkeitsstrom-Steuerungsverfahren, insbesondere Dosierverfahren zu schaffen, das beim Abgeben, insbesondere Dosieren von Flüssigkeiten, in Packungen eine Schaumbildung wirksamer reduziert. Nach Beendigung der Abgabe soll bei der Flüssigkeitsstrom-Steuerungsvorrichtung ein Nachtropfen der Flüssigkeit mit einfachen Mitteln verhindert werden.
Die Lösung beruht u. a. auf der Erkenntnis, dass ein unruhiger Füllstrahl und damit einhergehend eine Schaumbildung durch die Dosierung selbst hervorgerufen wird. Um stets die gleiche Füllmenge zu gewährleisten, erfolgt das Öffnen und Verschließen des Ventils im Stand der Technik schlagartig. Das schlagartige Abgeben bzw. Abreißen des Füllstrahls führt zu einem unruhigen Füllstrahl.
Im Einzelnen wird die Aufgabe bei einer Flüssigkeitsstrom-Steuerungsvorrichtung, insbesondere Dosiervorrichtung der eingangs erwähnten Art durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
In verfahrensmäßiger Sicht wird die Aufgabe durch ein Flüssigkeitsstrom-Steuerungsverfahren, insbesondere Dosierverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst. Indem das Verschlusselement zunächst in eine erste und sodann in eine zweite Öffnungsstellung mit unterschiedlich großer Durchflussquerschnittsfläche bringbar ist, fließt zunächst eine kleine Menge der Flüssigkeit in den Behälter und bedeckt dessen Boden. Erst wenn der Behälterboden mit der ersten Menge an Flüssigkeit bedeckt ist, fließt in der zweiten Öffnungsstellung des Verschlusselementes der volle Füllstrahl der Flüssigkeit in den Behälter. Durch den gestaffelten Einlass der Flüssigkeit wird die Spritzerbildung bei der Abgabe der Flüssigkeit und damit die Schaumbildung reduziert.
Das Verschlusselement mit einer ersten und zweiten Öffnungsstellung weist ein erstes und zweites, unabhängig voneinander bewegliches Teil auf, wobei in Durchflussrichtung der Flüssigkeit durch die Dosiervorrichtung das erste Teil von dem zweiten Teil umgeben ist und die Teile derart angeordnet sind, dass das Öffnen des ersten Teils das Verschlusselement in die erste Öffnungsstellung und das Öffnen des zweiten Teils das Verschlusselement in die zweite Öffnungsstellung bringt.
Zur weiteren Strahlberuhigung ist gemäß der Erfindung an dem Auslass der Dosiervorrichtung ein an sich bekannter, beispielsweise aus der EP 0278560 A1 bekannter zylindrischer Auslauf mit mehreren in Achsrichtung nebeneinander angeordneten Durchgängen angeordnet. Die dem Verschlusselement zugewandte, vorzugsweise ebene Stirnseite des Auslaufs bildet zugleich zumindest einen Bestandteil des Ventilsitzes aus, wobei der erste und zweite Teil des Verschlusselementes jeweils dichtend auf mehreren Mündungen der Durchgänge in dem Auslauf aufliegen.
Das zweistufige Öffnen bzw. Schließen des Verschlusselementes, wobei zunächst das erste Teil im Zentrum des Auslaufs jeweils mehrere Durchgänge freigibt und anschließend das zweite Teil mehrere Öffnungen konzentrisch zu den zentrisch angeordneten Öffnungen des Auslaufs freigibt, bewirkt die besonders schaumarme und spritzerfreie Dosierung der Flüssigkeit. Auf sämtlichen Mündungen in dem Auslauf ist entweder der erste oder der zweite Teil dichtend zur Anlage bringbar.
Die Vermeidung von Schaumbildung wird durch eine möglichst geringe Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit am Austritt des Auslaufs in Verbindung mit einem spritzfreien Starten und Beenden der Befüllung erreicht. Die Erfindung macht sich zur Schaumvermeidung das Strömungsverhalten der Flüssigkeit in den Durchgängen des Auslaufs zu nutze:
Im wesentlichen unterscheidet man in durchströmten Rohren zwischen laminaren und turbulenten Strömungen. Bei der laminaren Strömung verläuft die Geschwindigkeitsverteilung nach einer Parabel, wobei die maximale Geschwindigkeit in der Rohrachse liegt. Bei der turbulenten Strömung ist die Geschwindigkeitsverteilung viel gleichmäßiger. Ob eine laminare oder eine turbulente Strömung vorherrscht, kann durch die "Reynoldsche Zahl" festgestellt werden. Re < 2000 entspricht einer laminaren Strömung, Re > 3000 entspricht einer turbulenten Strömung. Die Formel zur Ermittlung der Reynoldschen Zahl lautet: $Re = v_{m} \times d / v$

v_m :: Mittlere Geschwindigkeit
d :: Lichter Rohrdurchmesser
v :: Dynamische Viskosität

Die mittlere Geschwindigkeit ergibt sich aus der Division des Volumenstroms der Flüssigkeit durch die Querschnittsfläche des Rohres. Einen gegebenen Volumenstrom der Flüssigkeit kann man bei gleicher mittlerer Geschwindigkeit entweder durch einen einziges großdimensioniertes Rohr, oder bei gleichem Querschnittsflächenbetrag durch mehrere kleindimensionierte Rohre führen. Wird die Flüssigkeit jedoch durch mehrere Rohre geführt, ergibt sich für die einzelnen Rohre nach der vorgenannten Formel eine kleinere Reynoldsche Zahl als bei Verwendung eines einzigen großdimensionierten Rohres. Insoweit lässt sich mit der Anzahl und dem Strömungsquerschnitt, insbesondere dem Durchmesser der Durchgänge in dem Auslauf das Strömungsprofil beim Abfüllen gezielt beeinflussen.
Insbesondere in der Startphase des Füllvorgangs wird ein laminares Strömungsprofil an dem Austritt der Durchgänge des Auslaufs angestrebt. Der Strahl beginnt sehr weich in der für eine laminare Strömung charakteristischen Parabelform, die ein weiches Auftreffen auf die Bodenfläche zur Folge hat. Um den Vorteil der laminaren Strömung nicht zunichte zu machen, werden in der Startphase zunächst nicht alle Durchgänge des Auslaufs gleichzeitig geöffnet, sondern lediglich die zentralen Durchgänge auf deren Mündungen der erste Teil des Verschlusselementes zur Anlage bringbar ist.
Anschließend werden die die zentralen Durchgänge umgebenden Durchgänge, auf deren Mündungen der zweite Teil des Verschlusselements zur Anlage bringbar ist, freigegeben.
Beim Schließen der Durchgänge erfolgt in umgekehrter Reihenfolge.
Die Strömungsquerschnitte der Durchgänge in dem Auslauf sind so dimensioniert, dass ein Leerlaufen der einzelnen Durchgänge nach dem dichtenden Aufsetzen der Teile des Verschlusselementes auf die Mündungen bedingt durch die Kapillarwirkung der Flüssigkeit vermieden wird. In der Startphase des Füllvorgangs wird hierdurch nochmals eine weichere Strömung erreicht. Beim Abheben des ersten Teils von dem Ventilsitz und dem Öffnen der Durchgänge wird zunächst die Kapillarwirkung aufgehoben. Die Restflüssigkeit in den Durchgängen beginnt sich, nur durch die Schwerkraft beschleunigt, zu leeren. Gleichzeitig strömt die Flüssigkeit oberhalb des Verschlusselements über die nun freigegebenen Durchgänge zunehmend nach. Werden die Durchgänge durch die auf deren Mündungen zur Anlage bringbaren Teile des Verschlusselementes wieder verschlossen, wird die Versorgung der Durchgänge mit Flüssigkeit unterbrochen. Sobald danach das Kräftegleichgewicht zwischen den Kapillarkräften und dem atmosphärischen Aussendruck wieder ausgeglichen ist, wird der Füllstrahl gestoppt. Ein Nachtropfen oder unkontrolliertes Leerlaufen der Flüssigkeit nach dem Schließen des Verschlusselementes wird durch die Kappilarwirkung innerhalb der Durchgänge in dem Auslauf und das dichtend aufliegende Verschlusselement wirksam verhindert.
Um den Durchmesser der Durchgänge an unterschiedlich Füllaufgaben, insbesondere unterschiedlich viskose Flüssigkeiten sowie unterschiedliche Füllgeschwindigkeiten anpassen zu können, ist der Auslauf vorzugsweise lösbar an dem Auslass der Dosiervorrichtung befestigt.
Um zunächst auf dem Behälterboden eine geringe Menge der Flüssigkeit möglichst gleichmäßig zu verteilen, ist es gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Dosiervorrichtung vorgesehen, dass sich eine erste Fläche des ersten Teils und eine zweite Fläche des zweiten Teils des Verschlusselementes gegenüberliegen und die Flächen derart angeordnet sind, dass sich beim Öffnen des ersten Teils ein kleiner Ringspalt zwischen dem ersten und zweiten Teil ausbildet. Die Durchflussquerschnittsfläche, die durch den relativ schmalen Ringspalt freigegeben wird, ist deutlich kleiner als die Durchflussquerschnittsfläche zwischen dem Ventilsitz und dem Verschlusselement in der zweiten Öffnungsstellung. In Folge dessen trifft mit relativ geringer Energie lediglich eine kleine Flüssigkeitsmenge gleichmäßig auf den Behälterboden auf, wodurch die Spritzer - und Schaumbildung reduziert wird.
Ein allmähliches Anschwellen des Füllstrahls zwischen der ersten und zweiten Öffnungsstellung lässt sich dadurch erzielen, dass in Durchflussrichtung der Flüssigkeit durch die Vorrichtung der Abstand zwischen der ersten Fläche des ersten Teils und der zweiten Fläche des zweiten Teils derart abnimmt, dass sich während des Öffnens des ersten Teils der durch den Ringspalt freigegebene Durchflussquerschnitt kontinuierlich vergrößert. Der hierdurch allmählich anschwellende Füllstrom verhindert noch wirksamer eine Spritzer- und Schaumbildung.
Das zweiteilige Verschlusselement lässt sich mit nur einem Antrieb betätigen, wenn das erste Teil mit einem Kraftübertragungsmittel zum Öffnen des Verschlusselementes verbunden ist und das zweite Teil derart an das erste Teil gekoppelt ist, dass das zweite Teil des Verschlusselementes bis zum Erreichen der ersten Öffnungsstellung auf dem Ventilsitz ruht.
In Verbindung mit einem sich beim Öffnen des ersten Teils kontinuierlich vergrößernden Durchflussquerschnitt lässt sich durch Steuerung der Geschwindigkeit des Kraftübertragungsmittels ein Druckprofil des Füllstrahls einstellen, das optimal auf die jeweils einzufüllende Flüssigkeit abgestimmt ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1: eine geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung sowie
Figuren 2-5: die Dosiervorrichtung nach Figur 1 mit unterschiedlichen Positionen des zweiteiligen Verschlusselementes.

Eine Dosiervorrichtung 1 umfasst unter anderem ein Ventilgehäuse 2, welches auf einer Abdeckplatte 3 eines Füllraums angeordnet ist. In dem nicht dargestellten Füllraum werden Behälter, insbesondere Verpackungen aus Verbundmaterial, mit einer Flüssigkeit, z.B. Saft, befüllt. Der Auslass 4 der Dosiervorrichtung 1 fluchtet mit einem dessen Auslassquerschnitt entsprechenden Durchgang 5 in der Abdeckplatte 3. Unterhalb der Abdeckplatte 3 ist konzentrisch zum Auslass 4 der Dosiervorrichtung 1 ein an sich bekannter zylindrischer Auslauf 6 angeordnet. Der Auslauf 6 kann selbstverständlich auch unmittelbar an der Dosiervorrichtung 1 befestigt sein.
Der Auslauf 6 ist funktional in einen Zentralauslauf 7 und einen diesen umgebenden Randauslauf 8 unterteilt. Sowohl der Zentralauslauf 7 als auch der Randauslauf 8 wird von mehreren, nebeneinander in Achsrichtung des Auslaufs 6 verlaufenden zylindrischen, vorzugsweise kreiszylindrischen Durchgängen 9 gebildet.
In dem Ventilgehäuse 2 ist ein zweiteiliges Verschlusselement verschieblich geführt, das als erstes Teil einen zentralen Stempel 10 und als zweites Teil einen den Stempel 10 umgebenden, ringförmigen Ventilkörper 11 aufweist.
Der Stempel 10 und der Ventilkörper 11 weisen jeweils stirnseitig eine zentrale Dichtplatte 12 bzw. eine ringförmige Dichtplatte 13 auf, die im geschlossenen Zustand des Verschlusselementes gemeinsam auf der Oberseite 14 des Auslaufs 6 dichtend aufliegen. Die Oberseite 14 bildet damit zugleich den Ventilsitz für das Verschlusselement. Selbstverständlich kann der Ventilsitz jedoch auch als Bestandteil des Ventilgehäuses 2, beispielsweise als an dessen Auslass 4 umlaufender nach innen weisender Steg ausgebildet sein, auf dem der äußere Rand der ringförmigen Dichtplatte 13 aufsetzt.
Der zentrale Stempel 10 ist mit einer Steuerstange 15 zum Öffnen und Schließen des Verschlusselementes verbunden. Die Steuerstange 15 ist mit einem nicht dargestellten Linearantrieb verbunden. Der ringförmige Ventilkörper 11 ist an den Stempel 10 gekoppelt.
Der Stempel 10 weist oberhalb der zentralen Dichtplatte 12 einen als Mitnehmer 16 ausgeführten Abschnitt auf, dessen Übergang zu dem darüber befindlichen Abschnitt des Stempels 10 mit geringerem Durchmesser eine umlaufende Schulter 17 bildet.
Der ringförmige Ventilkörper 11 weist um seine Mittenöffnung 18 herum eine um den Stempel 10 angeordnete, sich nach oben erstreckende Mitnahmehülse 19 auf, die an ihrem oberen Ende einen mit der Schulter 17 zusammenwirkenden Anschlag 20 aufweist. Auf diese Weise koppelt die Mitnahmehülse 19 den Ventilkörper 11 an den Stempel 10 an. Die Mitnahmehülse 19 ist an ihrem Umfang mit mehreren Durchlässen 21 versehen.
Gegenüber der sich im wesentlichen senkrecht erstreckenden zylindrischen, vorzugsweise kreiszylindrischen Oberfläche des Mitnehmers 16 an dem Stempel 10 liegt eine aufwärts gerichtete, divergierende, vorzugsweise kegelstumpfartige Oberfläche 23 des Ventilkörpers 11. Der im wesentlich senkrecht verlaufenden Oberfläche des Mitnehmers 16 an dem Stempel 10 liegt die in einem spitzen Winkel α gegenüber der Senkrechten geneigte Oberfläche 23 des Ventilkörpers 11 gegenüber, so dass sich beim Öffnen des Stempels 10 ein kleiner Ringspalt 24 zwischen Stempel 10 und Ventilkörper 11 ausbildet. Außerdem wird in der in Figur 1 dargestellten zweiten Öffnungsstellung der Dosiervorrichtung 1 ein größerer Ringspalt 25 zwischen der ringförmigen Dichtplatte 13 des Ventilkörpers 11 und der Oberseite 14 des Auslaufs 6 freigegeben.
Damit der Stempel 10 und der Ventilkörper 11 in jeder Stellung des Verschlusselementes eine definierte Position zueinander haben und die ringförmige Dichtplatte 13 die Durchgänge 9 in dem Auslauf 6 hinreichend abdichtet, ist eine Druckfeder 26 vorgesehen, die sich einerseits auf der Oberseite des Ventilkörpers 11 und andererseits an einem im oberen Abschnitt des Stempels 10 angeordneten Federteller 27 abstützt.
Schließlich ist der durch das Ventilgehäuse 2 gebildete Ventilraum mit einem Einlass 28 für die abzugebende Flüssigkeit versehen, der mit einem nicht dargestellten Vorratstank verbunden ist.
Zur Betätigung des Stempels 10 und des daran gekoppelten Ventilkörpers 11 ist der Stempel 10 mit der Steuerstange 15 verbunden, die durch einen Gehäusedeckel 29 mit einer Gleitführung 30 geführt ist. Um den Eintritt von Verschmutzung und den Austritt von Flüssigkeit durch die Gleitführung 30 auszuschließen, erstreckt sich zwischen dem Ventilgehäuse 2 und dem Stempel 10 eine Membran 31, die eine hermetische Abdichtung des Ventilraumes gegenüber der Gleitführung 30 sicherstellt.
Der Betriebsweise der Dosiervorrichtung 1 ist in den Figuren 2 bis 5 dargestellt:

In Fig. 2 ist die Dosiervorrichtung 1 geschlossen. Der Stempel 10 und der Ventilkörper 11 befinden sich beide in ihrer unteren Schließstellung und bilden somit mit ihren Dichtplatten 12, 13 eine dichtende Einheit, indem sie den Zentral- und den Randauslauf 7,8 abdecken. Die im Ventilraum befindliche Flüssigkeit kann nicht in den zu füllenden Behälter fließen.

In Fig. 3 wird der Stempel 10 angehoben. Jetzt kann eine erste, kleine Menge der Flüssigkeit, die durch die Durchlässe 21 der Mitnahmehülse 19 am Stempel 10 ansteht, durch den kleinen Ringspalt 24 und durch den Zentralauslauf 7 in den Behälter fließen.
Die Geschwindigkeit mit welcher der Stempel 10 in die erste, in Figur 4 dargestellte Öffnungsstellung des Verschlusselementes angehoben und anschließend wieder in die Schließstellung abgesenkt werden kann, ist vorzugsweise variabel, wodurch, in Verbindung mit der unter dem Winkel (α) geneigten Oberfläche 23 des Ventilkörpers 11 ein geregeltes, Druck reduzierendes Öffnen realisiert werden kann. Hierdurch wird erreicht, dass zu Beginn des Füllvorgangs der Aufprall der Flüssigkeit auf den Behälterboden minimiert wird.
Mit dem Erreichen der ersten Öffnungsstellung ist der Behälterboden mit einer ersten Flüssigkeitsschicht bedeckt und der Mitnehmer 16 des Stempels 10 trifft mit seiner Schulter 17 auf den Anschlag 20 der Mitnahmehülse 19 des Ventilkörpers 11 auf.
Bei der weiteren Aufwärtsbewegung nimmt die Schulter 17 des Stempels 10 den Ventilkörper 11 aus der unteren Schließstellung mit nach oben in die zweite, in Figur 5 dargestellte Öffnungsstellung des Verschlusselementes. Hierdurch wird die Oberseite 14 des Auslaufs 6 in der gesamten Ausdehnung freigegeben, so dass jetzt die Flüssigkeit allmählich in ihrer Stärke bis zum Maximum anschwellen und so lange durch den kleinen und auch durch den großen Ringspalt 24, 25 in den Behälter fließen kann, bis die Steuerstange 15 den Stempel 10 wieder abwärts bewegt.

Bei der Abwärtsbewegung wird der Ventilkörper 11 durch die Druckfeder 26 zuerst auf die Oberseite 14 des Auslaufs 6 gedrückt (Fig. 4), wodurch der Füllstrom nun in umgekehrter Reihenfolge wieder verringert wird. Bei der danach folgenden weiteren Abwärtsbewegung des Stempels 10 in die Schließstellung (Fig. 2), wird die Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit durch den in die Mittenöffnung 18 eintauchenden Stempel 10 kontinuierlich verringert, weil die die Mittenöffnung 18 begrenzende, unter dem Winkel (α) geneigte Oberfläche 23 den kleinen Ringspalt 24 mit dem Eintauchen des Stempels 10 fortlaufend verkleinert. In Folge dessen wird der Füllvorgang sanft und ohne Spritzer abgeschlossen.

Bezugszeichenliste

Nr.	Bezeichnung	Nr.	Bezeichnung
1	Dosiervorrichtung	29	Gehäusedeckel
2	Ventilgehäuse	30	Gleitführung
3	Abdeckplatte	31
4	Auslass	32
5	Durchgang	33
6	Auslauf	34
7	Zentralauslauf	35
8	Randauslauf	36
9	Durchgang	37
10	Stempel	38
11	Ventilkörper	39
12	zentrale Dichtplatte	40
13	ringförmige Dichtplatte	41
14	Oberseite	42
15	Steuerstange	43
16	Mitnehmer	44
17	Schulter	45
18	Mittenöffnung	46
19	Mitnahmehülse	47
20	Anschlag	48
21	Durchlass	49
22	erste Fläche	50
23	geneigte Oberfläche	51
24	kleiner Ringspalt	52
25	großer Ringspalt	53
26	Druckfeder	54
27	Federteller	55
28	Einlass	56

Claims

Flüssigkeitsstrom-Steuerungsvorrichtung mit einem Einlass (28) für Flüssigkeit umfassend einem Ventilsitz (14), ein mit dem Ventilsitz zusammenwirkendes Verschlusselement (10,11) und einen Auslass (4) für die Flüssigkeit, wobei
- das Verschlusselement (10,11) in eine erste und eine zweite Öffnungsstellung bringbar ist,

- in der zweiten Öffnungsstellung die Durchflussquerschnittsfläche zwischen dem Ventilsitz (14) und dem Verschlusselement (10,11) größer als in der ersten Öffnungsstellung ist,

- das Verschlusselement (10,11) ein erstes und ein zweites, unabhängig voneinander bewegliches Teil (10,11) aufweisen, wobei in Durchflussrichtung der Flüssigkeit durch die Flüssigkeitsstrom-Steuerungsvorrichtung (1) das erste Teil (10) von dem zweiten Teil (11) umgeben ist und die Teile derart angeordnet sind, dass das Öffnen des ersten Teils (10) das Verschlusselement in die erste Öffnungsstellung und das Öffnen des zweiten Teils (11) das Verschlusselement in die zweite Öffnungsstellung bringt, dadurch gekennzeichnet, dass

- an dem Auslass (4) ein zylindrischer Auslauf (6) mit mehreren in Achsrichtung nebeneinander angeordneten Durchgängen (9) angeordnet ist, und dass

- die dem Verschlusselement (10,11) zugewandte Stirnseite des Auslaufs (6) zumindest einen Bestandteil des Ventilsitzes (14) ausbildet, wobei der erste und zweite Teil (10, 11) des Verschlusselementes (10,11) dichtend auf den Mündungen der Durchgänge (9) in dem Auslauf (6) zur Anlage bringbar sind.
Flüssigkeitsstrom-Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine erste Fläche (16) des ersten Teils (10) und eine zweite Fläche (23) des zweiten Teils (11) des Verschlusselementes (10,11) gegenüberliegen und die Flächen derart angeordnet sind, dass sich beim Öffnen des ersten Teils (10) ein Ringspalt (24) zwischen dem ersten und zweiten Teil (10,11) ausbildet.
Flüssigkeitsstrom-Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Durchflussrichtung der Flüssigkeit durch die Vorrichtung (1) der Abstand zwischen den Flächen (16,23) derart abnimmt, dass sich beim Öffnen des ersten Teils (10) der durch den Ringspalt (24) freigegebene Durchflussquerschnitt kontinuierlich vergrößert.
Flüssigkeitsstrom-Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teil (10) mit einem Kraftübertragungsmittel (15) zum Öffnen des Verschlusselementes (10,11) verbunden ist und das zweite Teil (11) derart an das erste Teil (10) gekoppelt ist, dass das zweite Teil (11) des Verschlusselementes bis zum Erreichen der ersten Öffnungsstellung auf dem Ventilsitz (14) ruht.
Flüssigkeitsstrom-Steuerungsverfahren umfassend das Zuführen einer Flüssigkeit zu einer Flüssigkeitsstrom-Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die zunächst in eine erste und sodann in eine zweite Öffnungsstellung gebracht wird, wobei in der zweiten Öffnungsstellung die Durchflussquerschnittsfläche der Flüssigkeitsstrom-Steuerungsvorrichtung größer als in der ersten Öffnungsstellung ist und das Öffnen der Flüssigkeitsstrom-Steuerungsvorrichtung eine Abgabe der Flüssigkeit bewirkt, wobei in Durchflussrichtung der Flüssigkeit durch die Flüssigkeitsstrom-Steuerungsvorrichtung die Durchflussquerschnittsfläche in der ersten Öffnungsstellung von der zusätzlichen Durchflussquerschnittsfläche in der zweiten Öffnungsstellung umgeben wird, wobei die von der Flüssigkeitsstrom-Steuerungsvorrichtung abgegebene Flüssigkeit durch einen Auslauf mit mehreren in Achsrichtung nebeneinander angeordneten Durchgängen geleitet wird.
Flüssigkeitsstrom-Steuerungsverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich beim Öffnen der Flüssigkeitsstrom-Steuerungsvorrichtung in die erste Öffnungsstellung die freigegebene Durchflussquerschnittsfläche kontinuierlich vergrößert.