NO340644B1 - Fyllpumpesentreringsstøtte - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en støtte for et fyllepumpestempel. Mer spesifikt vedrører den foreliggende oppfinnelse en støtte for et stempel i en fyllepumpe av stempeltypen for bruk i en formings-, fylle- og forseglingsemballeringsmaskin.

Formings-, fylle- og forseglingsemballeringsmaskiner er velkjent innen området. Disse maskinene er i utstrakt bruk innen matvareemballeringsindustrien for dannelse av en emballasje, fylling av emballasjen med en flytende eller fast matvare (eller en blanding av flytende og faste matvarer), og forsegling av emballasjen etter fylling. I mange slike maskiner blir stempelpumper benyttet for å bevege eller transportere produktet (for eksempel matvareproduktet) fra for eksempel en lagringstank til individuelle emballasjer. Pumper av stempeltypen gir den påkrevde styringen over strømmene og strømningsratene for produktet.

I tillegg må, i slike maskiner, sterilisering generelt holdes ved et maksimum. Det betyr at alle matvare- eller produktrommende overflater må holdes ved et høyt renslighetsnivå for å redusere muligheten for forurensning av produktet. Et antall prosesser og filosofier er utført i slike maskiner for å opprettholde de påkrevde høye renslighetsnivåer. En slik filosofi er å minimalisere antallet overflater som kontakter produktet, og spesielt å redusere antallet bevegelige overflater, og nært bevegelige mekaniske overflater som er produktkontaktende.

Et primært eksempel på dette er i forbindelse med det bevegelige stemplet som blir benyttet for å drive eller transportere produktet. I et vanlig benyttet arrangement er en membran plassert mellom stemplet og sylinderveggen for å isolere produktet fra de svært nærliggende stempel- og sylinderveggoverflatene. I et slikt arrangement er membranen, som blir betegnet som en rullemembran (rolling diaphragm), plassert i produktenden av stemplet, og strekker seg til (og er forseglet ved) sylinderveggen. Membranen tjener til å i det vesentlige isolere produktet fra rommet mellom stemplet og sylinderveggen hvor varme kan dannes. Membranen tjener også til å isolere produktet fra driverdelen av pumpen og andre mekaniske pumpeoverflater. Fordi membranen er et fleksibelt materiale "beveger det seg" med pumpen og tilveiebringer de nødvendige volumetriske endringer for å tillate bevegelse eller driving av produktet.

US4268042A omhandler et stempel og sylinder, hvor stempelet har et flertall periferiske spor. Et flertall av lagre sitter i nevnte spor for å ligge an mot sylinderen, og en kontinuerlig trekkspillbelg er ekspanderbar og sammentrekkbar i lengderetningen i sylinderen og definerer et ekspansjonskammer med sylinderens topplokk.

Selv om slike arrangementer fungerer godt for å isolere produktet fra de bevegelige mekaniske komponentene, blir det, fordi membranen er plassert mellom den stasjonære sylinderveggen og det bevegelige stemplet, utsatt for slitasje grunnet friksjonen mellom overflatene. I tillegg er det, i det tilfellet at stemplet ikke er innrettet i sylinderen, en mulighet for at membranen brister eller på annen måte svikter for tidlig (for eksempel ved å sno seg eller separeres) som et resultat av at stemplet kommer for nær sylinderveggen.

En måte å overvinne muligheten for skade på membranen grunnet kontakt mellom stemplet og sylinderveggen, er å øke spalten mellom stemplet og sylinderen ved å øke sylinderboringen eller å redusere stempeldiameteren. Imidlertid blir, når spalten mellom stemplet og sylinderveggen øker, produktvolumet som beveges (pr. pumpeslag) utsatt for endringer. Dette er problematisk ved at det pumpede produktvolumet er et "målt" som sådan, og at strømningsraten må bibeholdes ved en nøyaktig regulert rate. Videre vil, når spalten øker, den totale støtten for membranen reduseres.

Følgelig er det et behov for et forbedret innretnings- eller sentreringssystem for et stempel i en stempelpumpe. Et slikt sentreringssystem reduserer fordelaktig muligheten for at stemplet kontakter sylinderveggen og som sådan reduserer slitasjen på pumpemembranen. Aller helst bidrar ikke et slikt sentreringssystem med noen friksjonskraft eller annen kraft som på uheldig måte kan påvirke evnen til å nøyaktig dosere produktmengden som overføres under pumpeslaget, og som heller ikke i vesentlig grad reduserer produktmengden som overføres under hvert pumpeslag.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en sentreringsstøtte for et stempel anordnet i en sylinder i en pumpe av stempeltypen i en formings-, fylle- og

forseglingsemballeringsmaskin, kjennetegnet ved trekkene angitt i patentkrav 1.

Trekk ved utførelser av foreliggende oppfinnelses sentreringsstøtte ifølge patentkrav 1, er angitt i patentkravene 2-7.

En formings-, fylle- og forseglingsemballeringsmaskin inkluderer en pumpe av stempeltypen for å bevege en forhåndsbestemt, målt produktmengde inn i emballasjer på maskinen. Pumpen inkluderer en membran som strekker seg mellom pumpestemplet og sylinderveggen for å definere en produktende av pumpen og en drevet ende av pumpen. Sentreringsstøtten inkluderer i det minste tre likt radielt avskilte sentreringselementer som strekker seg utover fra stemplet for kontakt med sylinderen. I en foretrukket utførelsesform blir seks avskilte sentreringselementer benyttet. Sentreringselementene definerer en spalte mellom stemplet og sylinderen. Sentreringselementene er anordnet på stemplet avskilt fra membranen i produktenden av pumpen. Innsatsene kan være individuelle eller avskilte elementer plassert i stemplet, eller alternativt kan de være plassert på et bæreelement, for eksempel en bærerstrimmel.

Den foreliggende sentreringsstøtten forbedrer innretningen eller sentreringen av stemplet. Et slikt sentreringssystem reduserer muligheten for at stemplet kontakter sylinderveggen, og reduserer slik slitasjen på pumpemembranen. Fordelaktig påvirker ikke et slikt sentreringssystem negativt muligheten for nøyaktig dosering av produktmengden som overføres under pumpeslaget, og ved å tillate en redusert spalte mellom stemplet og sylinderen reduserer det ikke vesentlig produktmengden som overføres under hvert pumpeslag.

I en foretrukket utførelsesform er sentreringselementene utformet av et lavfriksjons - materiale, fortrinnsvis et polymermateriale, slik som polyvinylidenfluorid. Sentrerings-støttene er utformet som innsatser som blir satt inn i forsenkninger i stemplet. Innsatsene kan fjernes fra stemplet for å underlette utskiftning. For å minimalisere kontakten med sylinderveggen, er sentreringselementene utformet med en hemisfærisk form.

Disse og andre trekk og fordeler med den foreliggende oppfinnelse vil fremgå av den følgende detaljerte beskrivelse sammen med de medfølgende krav.

Fordelene med den foreliggende oppfinnelse vil fremgå klarere for en fagperson innen området etter gjennomgang av den følgende detaljerte beskrivelse og de medfølgende tegninger, hvor: figur 1 viser et eksempel på en formings-, fylle- og forseglingsemballeringsmaskin med et forbedret pumpestempelsentreringssystem i henhold til prinsippene ved den foreliggende oppfinnelse;

figur 2 er et planriss av et eksempel på et stempelpumpe- og ventilarrangement benyttet i formings-, fylle- og forseglingsmaskinen i figur 1;

figur 3 er et snittriss av stempelpumpen som viser den foreliggende sentreringsstøtten;

figur 4 er et delvis snittriss av stemplet som viser posisjonen til sentreringselementene;

figur 5 er et forstørret deleriss av en innsats satt inn i stemplet; og figur 6 er et delvis snittriss av et alternativt pumpestempelsentreringsstøtte-arrangement.

Mens den foreliggende oppfinnelse kan være i form av ulike utførelsesformer, er det i tegningene vist, og vil heretter bli beskrevet, en for tiden foretrukket utførelsesform med den forståelse at den foreliggende fremleggelse skal betraktes som en eksemplifisering av oppfinnelsen, og ikke har til hensikt å begrense oppfinnelsen til den spesifikke utførelsesformen som er vist.

Med henvisning til figurene, og spesielt til figur 1, er det vist en formings-, fylle- og forseglingsemballeringsmaskin 10 som er konfigurert til å lagre en rekke kartongemner i en flat, foldet form, oppstille emnene til en røraktig form, folde og forsegle bunnklaffene til kartongen, fylle og forsegle kartongene mens de beveger seg gjennom maskinen. Formings-, fylle- og forseglingsemballeringsmaskinen 10 kan være slik som den som er beskrevet i US-patent nr. 6.012.267 (Katsuma), hvilket patent er overdratt til søkeren av den foreliggende oppfinnelse og inkorporert heri som referanse.

En typisk fyllemaskin inkluderer et kartongmagasin 2 for lagring av flate, foldede kartongemner. Fyllemaskinen inkluderer en kartongoppstillingsstasjon 14 som mottar kartongene i den flate, foldede formen, og åpner eller oppstiller kartongene til den røraktige formen. De røraktige utformede kartongene blir så bunnforseglet. Kartongene traverserer så gjennom en rekke stasjoner, inkludert en fyllestasjon 16 hvori produkt P blir fylt i kartongen, og en toppforseglingsstasjon 18 for forsegling av toppen av kartongen etter fylling. Andre stasjoner kan inkludere en eller flere steriliserings-stasjoner 20 og en tilbehørs- eller lukkingsstasjon (ikke vist) for plassering og festing av en lukkingspakke (slik som en tut- og lokkombinasjon) til kartongen. Hele operasjonen av maskinen 10 blir styrt av en styring 22.

Med henvisning til figurene 2 og 3, inkluderer fyllestasjonen en eller flere ventiler 24, 26 for påbegynnelse og avslutning av strømmen av produkt P til og fra en pumpe 28 av stempeltypen. Pumpen 28 inkluderer et stempel 30 som går frem og tilbake inne i en sylinder 32, definert av sylindervegger 34. Som beskrevet ovenfor, og fordi det er ønskelig å minimalisere antallet overflater som er i kontakt med produktet P (for eksempel en matvare), strekker i det minste en membran 36 seg over produktsiden 38 av sylinderen 32 for å isolere produktet P fra rommet 40 mellom det bevegelige stemplet 30 og den stasjonære sylinderveggen 34. Membran-36-arrangementet er av en rulletype hvilken membran 36 ruller med bevegelsen av stemplet 30. I et slikt arrangement er membranen 36 montert til sylinderveggen 34 (typisk ved hjelp av en vulst 42 festet inne i en mekanisk skjøt 44) for å definere en periferisk tetting om veggen 34. Stemplet 30 er plassert "bak" membranen 36, og produktinnløpet og - utløpet (det vil si produktsiden 38) er plassert "foran" membranen 36. I dette arrangementet isolerer i den vesentlige membranen 36 stemplet 30 fra produktet P. Membranen 36 definerer en produkt- eller pumpeende eller et kammer 46.

Som det vil fremgå av figurene, må spalten 40 mellom sylinderveggen 34 og stemplet 30 romme membranen 36. Imidlertid, for å minimalisere trykktap og bibeholde en best mulig styring av mengden av det pumpede produktet P, er det ønskelig å holde spalten 40 så liten som mulig. Dette er også ønskelig for i størst mulig grad å understøtte membranen 36. Ikke desto mindre, på grunn av egenskapene ved det bevegelige stemplet 30, har tidligere kjente konstruksjoner fremvist muligheten for at stemplet 30 kan bevege seg på en annen måte enn konsentrisk (i forhold til sylinderveggen 34), med andre ord ikke fullstendig lineært, og kontakte eller "squeeze" membranen 36 mellom stemplet 30 og sylinderveggen 34. Dette fører til øket slitasje og mulig rivning av membranen 36.

Et foreliggende sentreringsstøttesystem, generelt indikert som 48, overvinner mange av problemene som oppstår med stempler som beveger seg ute av senter. I et foreliggende understøttelsesarrangement 48 er et antall innsatser 50 plassert i forsenkninger 52 dannet i stemplet 30. Innsatsene 50 er konfigurert for å kontakte sylinderveggen 34 og tilveiebringe opplagringssteder eller "punkter", generelt indikert med 54, for det bevegelige stemplet 30. Innsatsene 50 holder således stemplet 30 avskilt fra sylinderveggen 34 og sentrert i sylinderen 32, uten å gå på bekostning av styring av strømnings-raten av produktet P fra pumpen 28. Slik det vil forstås ved å studere figurene, kreves i det minste tre slike "punkter" 50.

I et foreliggende støttearrangement 48 er innsatsene 50 utformet med opplagringspartier 54 med en hemisfærisk form og som strekker seg utover fra stemplets 30 sylindriske vegg. Dette betyr at innsatsopplagringspartiene 54 har en generell halvkuleform som er konfigurert for å kontakte og ri på sylinderveggen 34. Det har blitt funnet ut at en slik støtte tilveiebringer den nødvendige sentreringen av stemplet 30, og tillater samtidig en minimalisert spalte 40 for å bibeholde styringen over strømningsraten for produktet P. Som det vil forstås ved å studere figurene, er innsatsene 50 konfigurert for å forbli i kontakt med sylinderveggen 34 for å bibeholde spalten 40 mellom stemplet 30 og sylinderveggen 34 og forhindre slingring (wobbling) av stemplet 30 når det går frem og tilbake.

Med kort henvisning til figur 5, er innsatsene 50 utformet med underskårede regioner, generelt indikert med 51 mellom opplagringspartiet 54 og stammen eller hoveddelen 55. De underskårne regionene 51 er dannet for å tillate dimensjonsendringer i stemplet 30, sylinderen 32 og innsatsene 50, som kan oppstå som et resultat av temperaturendringer. De underskårne regionene 51 tillater også toleranser ved maskinbearbeidelse og tilvirkning av de ulike komponentene i pumpen 28.

Sentreringsstøttene 50 er avskilt anordnet om omkretsen av stemplet 30, slik at stemplet 30 er sentrert i sylinderen 32. I et slikt arrangement er støtteelementene 50 plassert slik at en bue A50definert av hvilke som helst to tilstøtende elementer, for eksempel elementene 50a og 50b, er mindre enn 180 grader. Et foreliggende sentreringsstøtte-arrangement 48 benytter seks slike innsatser 50a-50f som er likt radielt avskilt (i ca. 60 grader) om omkretsen av stemplet 30. Innsatsene 50 kan være utformet av et lavfriksjonsmateriale, slik som polyvinylidenfluorid (PVDF) eller liknende. Den foreliggende innsats 50 er enkelt utbyttbar inne i stemplet 30, slik at utslitte eller skadde innsatser 50 kan bli skiftet ut etter behov. Andre materialer for innsatsene 50 vil erkjennes av fagpersoner innen området, og er innenfor ånden og omfanget til en foreliggende oppfinnelse.

Som vist i figur 6, trenger ikke innsatsene 50 å være individuelle elementer, men kan isteden være utformet som utoverragende elementer 150 utformet på en ring eller liknende bærerelement 151. Bærerelementet 151 kan være plassert i en forsenkning i 152 i stemplet 130, slik at elementene 151 strekker seg utover omkretsen av stemplet 130. Mange slike variasjoner og andre variasjoner i antallet, arrangementet og monteringen av elementene 50, 150 vil forstås av fagpersoner innen området, og er innenfor omfanget og ånden til den foreliggende oppfinnelse.

Et foreliggende pumpearrangement 28 benytter to membraner (en indre membran 36 i produktenden 38 av stemplet 30 og en ytre membran 54 i den stempeldrevne enden 56), hvilke innsatser 50 er plassert i forsenkninger 52 i stemplet 30 mellom membranene 56, 54. På denne måten blir innsatsene 50 holdt isolert fra produktet P, som minimaliserer muligheten for skade på innsatsene 50 (ved å holde innsatsene 50 isolert fra produktet), og videre også designytelsen for å minimalisere antallet produkt-P-kontaktende overflater. Innsatsene 50 er også isolert fra den drevne siden 56 for å minimalisere slitasje og mulig forurensning fra pumpedriveren 58 eller mekaniske komponenter på den drevne siden.

Dette pumpearrangementet 28 definerer pumpekammeret 46 mellom innløpsventilen 24 og utløpsventilen 26. Innløps- og utløpsventilene 24, 26 er tidsinnstilt (til å åpne og lukke) for å sikre at en forhåndsbestemt, målt mengde av produktet P blir beveget inn i pumpekammeret 46, og som i forbindelse med pumpe-28-"størrelsen" sikrer et riktig produkt-P-gjennomløp under pumpe-28-slaget. I en slik konstruksjon tilveiebringes et forbedret stempelsentreringsstøttesystem 48 som ikke på noen måte setter produkt-P-integriteten i fare, ei heller den "oppmålte" mengden produkt-P-gjennomløp.

I beskrivelsen og kravene skal ordet "en" forstås å inkludere både entall og flertall. Motsatt skal enhver henvisning til flere gjenstander inkludere en enkelt når dette er passende.

Claims (7)

1. Sentreringsstøtte (48) for et stempel (30) anordnet i en sylinder (32) i en pumpe (28) av stempeltypen i en formings-, fylle- og forseglingsemballeringsmaskin (10), hvori pumpen inkluderer en membran (36) som strekker seg mellom stemplet og en sylindervegg (34) for å definere en produktende (38) av pumpen og en drevet ende (56) av pumpen, karakterisert vedat sentreringsstøtten innbefatter: i det minste tre likt radielt avskilte sentreringselementer (50) som strekker seg radielt utover fra stemplet for kontakt med sylinderveggen, hvilke sentreringselementer er utformet av et lavfriksjonsmateriale og definerer en spalte (40) mellom stemplet og sylinderveggen, hvilke sentreringselementer er anordnet på stemplet avskilt fra membranen mot den drevne enden av pumpen.

2. Sentreringsstøtte i henhold til krav 1,karakterisertv e d å inkludere seks likt avskilte, diskrete sentreringselementer.

3. Sentreringsstøtte i henhold til krav 1,karakterisertv e d at sentreringselementene er uformet som diskrete elementer.

4. Sentreringsstøtte i henhold til krav 3,karakterisertv e d at lavfriksjonsmaterialet er et polymermateriale.

5. Sentreringsstøtte i henhold til krav 4,karakterisertved at polymermaterialet er polyvinylidenfluorid.

6. Sentreringsstøtte i henhold til krav 1,karakterisertv e d at sentreringselementene er utformet som innsatser som blir innsatt i forsenkninger (52) i stemplet.

7. Sentreringsstøtte i henhold til krav 6,karakterisertv e d at innsatsene kan fjernes fra stemplet.