NO771024L

NO771024L - DOSAGE HEAD OF THE PISTON TYPE.

Info

Publication number: NO771024L
Application number: NO771024A
Authority: NO
Inventors: Gerhard Albrecht Hoefer
Original assignee: Aeci Ltd
Priority date: 1976-03-24
Filing date: 1977-03-23
Publication date: 1977-09-27
Also published as: SE7703341L; BR7701616A; ZA761813B; AU2263877A; DE2712783A1

Description

Oppfinnelsen angår et doseringsapparat, vanligvisThe invention relates to a dosing device, usually

kjent under betegnelsen rør- eller tubefyllingsmaskin (tube filling machine). Mer bestemt angår oppfinnelsen forbedringer ved et ap-parat som klassifiseres som en doseringsmaskin av stempeltypen. known under the term pipe or tube filling machine (tube filling machine). More specifically, the invention relates to improvements in an apparatus which is classified as a dosing machine of the piston type.

Doseringsapparatet arbeider automatisk og innbefatter bl.a. indeksbevegelser hvorved et antall tuber bringes i forbindelse med fylledyser, fylles med et produkt og lukkes. Doserings-maskiner er vanlig handelsvare i alle industriland. De anvendes i stor utstrekning for pakning av væskeformige, klebrige, skumformige, strengformige, deigformige eller slipende stoffer i næringsmiddel-industri, kosmetisk industri, farmasøytisk industri, kjemisk for-edlingsindustri og annen industri, som har et stort marked både i hjemlandet og i eksportland. The dosing device works automatically and includes i.a. index movements whereby a number of tubes are brought into connection with filling nozzles, filled with a product and closed. Dosing machines are common merchandise in all industrialized countries. They are used to a large extent for packing liquid, sticky, foamy, stringy, pasty or abrasive substances in the food industry, cosmetic industry, pharmaceutical industry, chemical processing industry and other industries, which have a large market both in the home country and in export countries .

Det har vist seg at stadig lekkasje forbi stempeltet-ningen i tubefyllingsmaskiner nødvendiggjør hyppig demontering, rensing og montering av doseringshodet for å unngå forurensning av produktet som pakkes og hindre utilbørlig slitasje på maskinen. Dette problem ble vesentlig når oppfinneren utførte et forsøkspro-gram i den hensikt å anvende den automatiske virkemåte til et doseringshode på kontinuerlig måling og utporsjonering av forutbes-stemte masser (vektmengder) av slurrysprengstoffblandinger for pakking i papirrør på produksjonsbasis. Under prøvene ble det funnet at et tørt, pulveraktig belegg opptrådde i hulrommene mellom stempeltetningene.og bak den bakre tetning i sylinderens frie ende. Etter ca. 16 000 stempelslag hadde belegget vokst i en slik grad at det hindret stemplets jevne bevegelse og bevirket høye friksjonskrefter som hurtig øket ved ytterligere stempelslag. Denne erfaring bekreftet at tilvirkere av f.eks. tannpasta står over-for nødvendigheten av hyppig renseoverhalinger av doseringshodet, dersom sylinderslitasje og produktforurensning eller delvis fylling av tubene skal unngås. En ytterligere ulempe som skyldes opphoping av belegg ved sylinderens bakre ende og produktlekkasje forbi denne ende, er behovet for anvendelse og rensing av avfalls- eller dryppbrett under denne bakre ende. It has been shown that constant leakage past the piston seal in tube filling machines necessitates frequent disassembly, cleaning and assembly of the dosing head to avoid contamination of the product being packed and to prevent undue wear and tear on the machine. This problem became significant when the inventor carried out an experimental program with the intention of applying the automatic operation of a dosing head to the continuous measurement and portioning out of predetermined masses (weight amounts) of slurry explosive mixtures for packaging in paper tubes on a production basis. During the tests, it was found that a dry, powdery coating appeared in the cavities between the piston seals and behind the rear seal at the free end of the cylinder. After approx. After 16,000 piston strokes, the coating had grown to such an extent that it prevented the smooth movement of the piston and caused high frictional forces which quickly increased with further piston strokes. This experience confirmed that manufacturers of e.g. toothpaste faces the necessity of frequent cleaning overhauls of the dosing head, if cylinder wear and product contamination or partial filling of the tubes are to be avoided. A further disadvantage due to the accumulation of coating at the rear end of the cylinder and product leakage past this end is the need for the use and cleaning of waste or drip trays under this rear end.

Ved produksjonsfylling av eksplosiver innebærer pro-blemet dessuten et faremoment. Belgget er en eksplosiv blanding som danner en tynn film på sylinderveggen. Ettersom stempeltet-ningenes omkretskant ikke er istand til å stryke sylinderveggen ren bygges det opp belegg i alle eksisterende hulrom og disse danner tilslutt en tørr, fast ring rundt stemplet. Denne ringen er i slitasjemessig kontakt med filmen på sylinderveggen. Prøver med en rekke forskjellige tetningsutforminger ga dårlige resultater. In the production filling of explosives, the problem also involves an element of danger. The bellows is an explosive mixture that forms a thin film on the cylinder wall. As the circumferential edge of the piston seals is not capable of smoothing the cylinder wall clean, coating builds up in all existing cavities and these eventually form a dry, solid ring around the piston. This ring is in wearing contact with the film on the cylinder wall. Trials with a number of different seal designs gave poor results.

Et formål med foreliggende oppfinnelse er å eliminere eller redusere ulempene ved de kjente apparater av stempeltypen for utporsjonering av utmålte mengder av et stoff av viskøs karakter. An object of the present invention is to eliminate or reduce the disadvantages of the known devices of the piston type for dispensing measured quantities of a substance of a viscous nature.

Følgelig tilveiebringer oppfinnelsen et doseringshode av stempeltype for utporsjonering av utmålte mengder av et viskøst stoff til en fyllestasjon, hvor forbedringen ligger i en fluidspylesone for spylevæske i forbindelse med stemplet. Et trekk ved oppfinnelsen er at fluidspylesonen kan ha variabel kapasitet for opptak av spylevæske, og dette oppnås der sonen f.eks. avgrenses av stemplets bakre ende og av veggen i boringen og sylinderens endevegg. Fluidspylesonen kan ha separate innløpsorganer for inn-strømning og utstrømning av spylevæske. Accordingly, the invention provides a piston type dosing head for dispensing measured amounts of a viscous substance to a filling station, where the improvement lies in a fluid flushing zone for flushing fluid in connection with the plunger. A feature of the invention is that the fluid flushing zone can have a variable capacity for absorbing flushing fluid, and this is achieved where the zone e.g. is bounded by the rear end of the piston and by the wall in the bore and the end wall of the cylinder. The fluid flushing zone can have separate inlet means for inflow and outflow of flushing fluid.

Et annet trekk ved oppfinnelsen ligger i anvendelsen av énveisventiler i innløpet og utløpet hvorved stemplets frem- og tilbakebevegelse kan styre spylevæskestrømmen gjennom fluidspylesonen. I en foretrukket utføringsform av oppfinnelsen er innløpet anordnet i øvre del av spylesonen, og det foretrekkes videre at innløpet er slik beliggende, i forhold til spylesonen at den inn-strømmende spylevæskestrøm rettes mot stemplets bakre ende eller nær stempeltetningene. Another feature of the invention lies in the use of one-way valves in the inlet and outlet, whereby the forward and backward movement of the piston can control the flushing fluid flow through the fluid flushing zone. In a preferred embodiment of the invention, the inlet is arranged in the upper part of the flushing zone, and it is further preferred that the inlet is located in such a way, in relation to the flushing zone, that the inflowing flushing liquid flow is directed towards the rear end of the piston or near the piston seals.

Et ytterligere aspekt ved oppfinnelsen angår tilveie-bringelse av et doseringshode av stempeltype for utporsjonering av utmålte mengder av et viskøst stoff til en fyllestasjon, omfat-tende i kombinasjon en tilførselsinnretning for det viskøse stoff, sylinder- og frem- og tilbakegående stempelorganer for måling av doser av det viskøse stoff og overføring av nevnte doser til en fyllestasjon, omkoplingsventilorganer innrettet til i en første stilling å kommunisere med og innbyrdes forbinde tilførselsinnret- ningen og sylinderen og i. en andre stilling å kommunisere med og innbyrdes forbinde sylinderen og kanalen til fyllestasjonen, og et. fluidspylekammer for spylevæske hvilket kammer kommuniserer med stemplet. Omkoplingsventilorganene kan omfatte en dreieventil med en T-formet kanal som i en første stilling kommuniserer med og innbyrdes forbinder tilførselsinnretningen og sylinderen og i en andre stilling kommuniserer med og innbyrdes forbinder sylinderen og kanalen til fylléstasjonen. Det kan være fordelaktig at alle deler av hodet som vil komme i kontakt med det viskøse stoff, fremstil-les av korrosjonsbestandig materiale. A further aspect of the invention concerns the provision of a piston-type dosing head for dispensing measured quantities of a viscous substance to a filling station, comprising in combination a supply device for the viscous substance, cylinder and reciprocating piston means for measuring doses of the viscous substance and transfer of said doses to a filling station, switching valve means arranged in a first position to communicate with and interconnect the supply device and the cylinder and in a second position to communicate with and interconnect the cylinder and the channel of the filling station, and one. fluid flushing chamber for flushing fluid which chamber communicates with the piston. The switching valve means may comprise a rotary valve with a T-shaped channel which in a first position communicates with and interconnects the supply device and the cylinder and in a second position communicates with and interconnects the cylinder and the channel to the filling station. It can be advantageous for all parts of the head that will come into contact with the viscous substance to be made of corrosion-resistant material.

Den foretrukne væske for spyling i eller gjennom, spylekammeret er vann, men væsken kan være en spesielt tilvirket fluidblanding. The preferred fluid for flushing in or through the flushing chamber is water, but the fluid may be a specially formulated fluid mixture.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives, nærmere under henvisning til tegningen, hvor: Figur 1 er et skjematisk snitt som illustrerer et kon-vensjonelt doseringshode, Figur 2 er et skjematisk snitt som illustrerer en utfø-ringsform av oppfinnelsen, og Figur 3 er et snitt som i større målestokk viser en ut-føringsform av fluidspylesonen og det tilhørende stempel. The invention will be described below, with reference to the drawing, where: Figure 1 is a schematic section illustrating a conventional dosing head, Figure 2 is a schematic section illustrating an embodiment of the invention, and Figure 3 is a section which on a larger scale shows an embodiment of the fluid flushing zone and the associated piston.

På tegningen er like deler angitt med samme henvisnings-tall. På figur 1 betegner 10 et doseringshode. med en produkt-til-førselsinnretning eller trakt 11 for opptagelse av produktet som skal pakkes. Produktet er hele tiden et stoff av viskøs og/eller slipende karakter. Kanalen 12 i dreieventilen 13 kommuniserer med trakten 11 og en sylinder 14. Et stempel 15 som er. forsynt med ring-tetninger 16 er forskyvbart anordnet i sylinderen 14. I sitt induk-sjons- eller sugeslag - i faget benevnt som suge- eller doserings-slaget - fyller stemplet 15 kanalen 12 og sylinderen 14 foran stemplet 15 med produkt som trekkes fra trakten 11. Doseringsslagets. retning er vist med pil 17. Dreieventilen dreies så til en andre stilling som vist i figur 2 hvor kanalen 12 bare kommuniserer med sylinderen 14 og kanalen 18 til en fyllestasjon (ikke vist). Under retur- eller komprimeringsslaget - i faget betegnet.som fylle-slaget - overfører stemplets 15 bevegelse en utmålt vektmengde eller volum av produktet via kanalen 12 og kanalen 18 til fyllestasjonen. Fylleslagets retning er vist med pil 19 og stemplets stilling ved slutten av et fylleslag er antydet med stiplet linje ved 31 (figur 2). Ovennevnte trinn-rekkefølge for et doseringshode gjentas automatisk ved hjelp av driv- og kraftorganer (ikke vist). In the drawing, identical parts are indicated with the same reference number. In Figure 1, 10 denotes a dosing head. with a product supply device or funnel 11 for receiving the product to be packed. The product is always a substance of a viscous and/or abrasive nature. The channel 12 in the rotary valve 13 communicates with the funnel 11 and a cylinder 14. A piston 15 which is. provided with ring seals 16 is displaceably arranged in the cylinder 14. In its induction or suction stroke - referred to in the art as the suction or dosing stroke - the piston 15 fills the channel 12 and the cylinder 14 in front of the piston 15 with product drawn from the funnel 11. The dosage type. direction is shown with arrow 17. The rotary valve is then turned to a second position as shown in Figure 2 where the channel 12 only communicates with the cylinder 14 and the channel 18 to a filling station (not shown). During the return or compression stroke - referred to in the art as the filling stroke - the movement of the piston 15 transfers a measured amount of weight or volume of the product via channel 12 and channel 18 to the filling station. The direction of the filling stroke is shown by arrow 19 and the position of the piston at the end of a filling stroke is indicated by a dashed line at 31 (figure 2). The above sequence of steps for a dosing head is automatically repeated by means of drive and power means (not shown).

Etter en viss tid som er avhengig av produktets karak-teristiske egenskaper og antall slag som utføres av stemplet, akkumuleres belegg 20 av produktmaterialet ved sylinderens bakre ende og mellom og rundt tetningene i stemplet som illustrert i figur 1. Produktet arbeider seg også inn under tetningene og av-settes i de ringformede tetningsspor slik at tetningene delvis forskyves og avflates mot sylinderveggen. After a certain time which depends on the characteristic properties of the product and the number of strokes performed by the piston, coating 20 of the product material accumulates at the rear end of the cylinder and between and around the seals in the piston as illustrated in Figure 1. The product also works its way under the seals and is deposited in the annular sealing grooves so that the seals are partially displaced and flattened against the cylinder wall.

En utføringsform av oppfinnelsen er vist i figur 2 hvor henvisningstallet 21 angir et fluidspylekammer med et inn-løpsrør 22 for innstrømning av spylevæske og et utløpsrør 23 for utstrømning av spylevæske. I dette tillfele har fluidspylekammeret 21 variabel kapasitet som følge av frem- og tilbakebevegelsen til stemplet 15 som kammeret 21 står i forbindelse med, og både innløpsrøret 22 og utløpsrøret 23 har en énveisventil i løpet. Vann trekkes gjennom en ventil 24 inn i kammeret 21 under stemplets 15 fylleslag og utstøtes fra kammeret gjennom en ventil 25 under stemplets doseringsslag. Den turbulens som oppstår i van-net på grunn av stemplets bevegelse og den avbrutte strømning gjennom kammeret 21 holder stemplet, stemplets tetninger samt kammerets bakre parti fritt for produktmateriale, slik at der oppnås en kontinuerlig jevn drift for doseringshodet i lengre tid, og man oppnår forlenget levetid for apparatet. An embodiment of the invention is shown in Figure 2, where the reference number 21 indicates a fluid flushing chamber with an inlet pipe 22 for the inflow of flushing fluid and an outlet pipe 23 for the outflow of flushing fluid. In this case, the fluid flushing chamber 21 has variable capacity as a result of the reciprocating movement of the piston 15 with which the chamber 21 is connected, and both the inlet pipe 22 and the outlet pipe 23 have a one-way valve in the barrel. Water is drawn through a valve 24 into the chamber 21 during the filling stroke of the piston 15 and ejected from the chamber through a valve 25 during the dosing stroke of the piston. The turbulence that occurs in the water network due to the movement of the piston and the interrupted flow through the chamber 21 keeps the piston, the seals of the piston and the rear part of the chamber free of product material, so that a continuous smooth operation of the dosing head is achieved for a longer time, and one achieves extended lifetime of the device.

På utføringsformen illustrert figur 3 blir stemplet 15 i sylinderen 14. Sylinderen og stemplet utgjør deler av et In the embodiment illustrated in Figure 3, the piston 15 is in the cylinder 14. The cylinder and the piston form parts of a

doseringshode. Bakre ende av stemplet (innbefattende omkretsen til de koppformede tetninger 16, holdeskiven 26 og sekskantmut-terene 27) avgrenser sammen med den innvendige overflate til endedekslet 28 fluidspylekammeret 21 som i denne utføringsform har variabel kapasitet. Innløpsåpningen 22 i endedekslet 28 styrer det innstrømmende vann mot stemplets 15 bakre ende hvor kopptet-ningene 16 glir over sylinderens 14 veggoverflate. Om. ønskelig kan fler enn én innløpsåpning være utformet i endedekslet. Ut-strømning av vann fra spylekammeret 21 finner sted gjennom utløps-åpningen 23. Omønskelig kan videre fler enn én utløpsåpning ut-formes i endedekslet. Når det gjelder andre konstruksjonsdetaljer ved denne utføringsform skal det bemerkes at stempelstangtetningen 29 og O-ringen 30 avtetter endedekslet 28 mot vannlekkasje fra dosing head. The rear end of the piston (including the circumference of the cup-shaped seals 16, the retaining disc 26 and the hexagon nuts 27) together with the inner surface of the end cover 28 defines the fluid flushing chamber 21 which in this embodiment has a variable capacity. The inlet opening 22 in the end cover 28 directs the inflowing water towards the rear end of the piston 15 where the cup seals 16 slide over the wall surface of the cylinder 14. About. if desired, more than one inlet opening can be designed in the end cover. Outflow of water from the flushing chamber 21 takes place through the outlet opening 23. If desired, more than one outlet opening can also be designed in the end cover. As regards other construction details in this embodiment, it should be noted that the piston rod seal 29 and the O-ring 30 seal the end cover 28 against water leakage from

fluidspylekammeret 21.the fluid flushing chamber 21.

Forsøk ble utført med oppfinnelsen på en prøverigg for for å prøve fluidspylesonens effektivitet. Prøveriggen bygger på et standard "Sidac" doseringshode innbefattende et fluidspylekammer med variabel kapasitet, en innløpstrakt for blind-sprengstoff-materiale og de nødvendige pneumatiske drivorganer og styrevénti-ler for å opprettholde automatisk drift over lang tid. Ordet "Sidac" er et varemerke tilhørende AECI Limited. Doseringsstemp-let ble drevet av en luftsylinder med en skyvekraft på 400 Kp ved 50 perioder/min. Experiments were carried out with the invention on a test rig to test the effectiveness of the fluid flushing zone. The test rig is based on a standard "Sidac" dosing head including a fluid flushing chamber with variable capacity, an inlet funnel for blind explosive material and the necessary pneumatic actuators and control valves to maintain automatic operation over a long period of time. The word "Sidac" is a trademark of AECI Limited. The metering piston was driven by an air cylinder with a thrust of 400 Kp at 50 cycles/min.

Det blind-materialet som ble anvendt for prøvene be-sto av faste bestanddeler blandet med væsker for oppnåelse av vis-kositeter mellom 100 og 140 pois i løpet av prøvetiden. The blank material used for the tests consisted of solid components mixed with liquids to achieve viscosities between 100 and 140 poise during the test period.

For positiv sammenligning av driftsresultatene for det kjente konvensjonelle doseringsapparat og ddseringsapparatet ifølge oppfinnelsen ble det utført to uavhengige prøveserier, nemlig: 1. Doseringshodet uten vannvasking mot bakre ende av doseringssylinderen. 2. Doseringshodet innbefattende vannvasking mot bakre For a positive comparison of the operating results of the known conventional dosing device and the dosing device according to the invention, two independent test series were carried out, namely: 1. The dosing head without water washing towards the rear end of the dosing cylinder. 2. The dosing head including water washing towards the rear

ende av doseringssylinderen.end of the dosing cylinder.

Dataene for den første prøveserie og de oppnådde resultater er angitt i tabell 1. Dataene for den andre prøveserie og de oppnådde resultater er angitt i tabell 2. Det fremgår klart av resultatene fra disse prøver at oppfinnelsen innebærer markerte fordeler. The data for the first test series and the results obtained are given in table 1. The data for the second test series and the results obtained are given in table 2. It is clear from the results of these tests that the invention involves marked advantages.

Claims

1. Dispensing head of the piston type for dispensing measured quantities of a viscous substance to a filling station, characterized in that it comprises a fluid flushing zone for flushing fluid in connection with the piston.

2. Dosing head as stated in claim 1, characterized in that the fluid flushing zone has a variable capacity for absorbing flushing fluid.

3.. Dosing head as specified in claim 2, characterized in that the fluid flushing zone is delimited by the rear end of the piston and the wall in the bore and the end wall of the cylinder.

4. Dosing head as specified in one of the preceding claims, characterized in that the fluid flushing zone has separate inlet means and outlet means for the inflow and outflow of flushing liquid.

5. Dosing head as stated in claim 4, characterized in that the inlet means and the outlet means comprise a one-way valve and that the piston's forward and backward movement controls the flow of flushing fluid through the fluid flushing zone.

6. Dosing head of the piston type for dispensing measured amounts of a viscous substance to a filling station, characterized in that it comprises in combination a supply device for the viscous substance, cylinder and reciprocating piston means for measuring doses of the viscous substance and transfer of said doses to a filling station, omkop injection valve means arranged in a first position to communicate with and interconnect the supply device and the cylinder and in a second position to communicate with and interconnect the cylinder and the channel to the filling station, and a fluid flushing chamber for flushing fluid, which chamber communicates with the piston.

7. Dosing head as specified in claim 6, characterized in that the switching valve means comprise a rotary valve with a T-shaped channel which in a first position communicates with and mutually connects the supply device and the cylinder, and. in a second position communicates with and interconnects the cylinder and the channel of the filling station.

8. Dosing head as stated in claim 6 or 7, . characterized in that the fluid flushing chamber is delimited by the rear end of the reciprocating piston and the wall: in the bore and the end wall of the cylinder, the fluid flushing chamber having inlet and outlet means for flushing fluid.

9. Dosing head as stated in claim 8, characterized in that the inlet means and the outlet means include one-way valve means.

10. Dosing head as specified, in claim 8 or 9, characterized in that the inlet means are arranged in the upper part of the wall in the fluid flushing chamber.

11. Dosing head as specified in claims 8-10, characterized in that the inlet means are arranged in such a way in relation to the fluid flushing chamber that the inflowing flushing fluid is directed towards the rear end of the piston or close to the piston seals.

12. Dosing head as specified in one of the preceding claims, characterized in that all parts of the head that come into contact with the viscous substance are made of corrosion-resistant material.

13. Dosing head as specified in one of the preceding claims, characterized in that the flushing liquid is water.

14. Dosing head as specified in claims 1 to 12, characterized in that the flushing fluid is a specially prepared fluid mixture.