WO2008089949A1 - Vorrichtung und verfahren zum dosieren geschäumter massen - Google Patents

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Alex Knobel
Daniel Walt
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    • B05C5/027—Coating heads with several outlets, e.g. aligned transversally to the moving direction of a web to be coated
    • B05C5/0275—Coating heads with several outlets, e.g. aligned transversally to the moving direction of a web to be coated flow controlled, e.g. by a valve
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
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    • B05C9/06—Apparatus or plant for applying liquid or other fluent material to surfaces by means not covered by any preceding group, or in which the means of applying the liquid or other fluent material is not important for applying two different liquids or other fluent materials, or the same liquid or other fluent material twice, to the same side of the work
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    • B05C5/00—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work
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Definitions

  • the invention relates to a device and a method for metering foamed masses.
  • a device is e.g. Used in the production of a food to be consumed, especially for filling and Freidressieren of foamed, pressurized masses.
  • the foamed masses to be metered are viscous masses from the foodstuffs, adhesives, insulating agents, etc., which have been foamed in the dissolved, melted or softened state with a gas and metered at a destination via a pump and nozzle system become and solidify afterwards.
  • the filling amount of such masses is time-controlled filled or open-ended via on / off valves or Kolbendosierpumpen.
  • the supply of the mass is usually carried out via one to two pressure lines in a pressure-resistant container (collector).
  • the object of the present invention is to develop a metering device and in particular a pump system in order to improve the filling accuracy, to increase the speed of the pumping process and the entire Golf- tempering process, to prevent dripping at the nozzle exit and to ensure a clean tearing of the metered mass ,
  • the advantage of the invention is that the predefined pressure in the mass can be kept constant up to the nozzle outlets.
  • a pump By supplying each nozzle (closable with retreat) with a pump and the synchronization of all pumps is the Filling accuracy increased.
  • a gear pump By using a rotary pump, a gear pump or the like.
  • An intake stroke which is necessary in Kolbendosierpumpen and increases the total cycle time is unnecessary.
  • An advantage of the invention results from the use of rotary pumps, which are coupled together and together form a pump unit. This gives for each nozzle exactly the same amount of mass (eg foamed food).
  • the rotary pumps are supplied with a flowable mass via a pressure-resistant container.
  • Another advantage of the invention results from the use of a slip clutch, which mechanically, electromechanically or magnetically connects the drive motor with the pump unit.
  • the drive motor can also be fixedly connected to the pump unit.
  • the torque is controlled electronically. It is also possible to use an air or hydraulic motor and adjust the torque via the air or oil pressure. The torque at the pump unit is adjusted so that during and after the outflow process, the required pressure in the mass is kept constant until the nozzle outlet. This prevents the mass from expanding before the nozzle outlet.
  • a further advantage of the invention results from the use of retraction pistons which are integrated in the closure mechanisms of the nozzles and prevent dripping of the mass after the filling and skin-pass process. After closing the nozzles, the retraction pistons are retracted synchronously. As a result, part of the remaining in the nozzle outlet mass is sucked into the cylinder chamber of the retraction piston and ensures the clean tearing of the mass without dripping.
  • FIG. 1 A is a side view of a portion of a metering system or pump system according to the invention, which has a plurality of units connected in parallel, each with a rotary piston pump, a nozzle and a closure mechanism with a return piston;
  • Fig. 1B is a sectional view taken along the plane X-X in Fig. 1A through one of the units of Fig. 1A;
  • Fig. 1 C is the sectional view of Figure 1 B in an enlarged view.
  • FIG. 2 shows a state before the metering step of the filling and tempering process with the nozzle exit and return piston closed (or just opening) in the upper position
  • a device for producing a consumption of a flowable, in particular foamed mass e.g. a Confiserie- Verzehrgutes
  • the outlets (2) open into mutually coupled rotary lobe pumps (3).
  • the outlets (4) of the rotary lobe pumps open into nozzles (5), in front of whose outlet openings there is a respective closure mechanism (6).
  • the shutter mechanisms (6) are opened synchronously during a defined time window. In this way, the mass can be precisely metered.
  • Each closure mechanism (6) is provided with a retraction piston (7) which, with the closure mechanism (6) closed, allows retraction of a portion of the mass in the nozzle outlet. In this way, a dripping is prevented and ensures the clean tearing of the mass.
  • the torque exerted by the drive (8) on the rotary lobe pump (3), can be adjusted continuously so that during the outflow of the predetermined pressure in the mass up to the nozzles (5) is maintained.
  • Fig. 2 shows an initial position of the FülIVDressierluies with the nozzle exit and retreating piston in the upper position.
  • Fig. 3 shows the opened nozzle outlet and the return piston down in the zero position. The filling-tempering process takes place.
  • Fig. 4 shows how the nozzle outlet is closed.
  • the retraction piston pulls a part of the mass located in the nozzle outlet depending on the set retraction travel in the cylinder chamber of the retraction piston, whereby the mass tears off.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Dosieren von Massen und insbesondere geschäumter Massen an einem Dosier-Zielort, wobei die Vorrichtung mindestens eine Einheit (3, 5) mit jeweils einer Pumpe (3) und einer Düse (5) aufweist, die miteinander in Fluidverbindung stehen. Die Pumpe ist eine Drehpumpe (3), die mindestens ein in einer Pumpkammer (3a) angeordnetes drehbares Drehelement (3b) aufweist.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Dosieren geschäumter Massen
Gegenstand und/oder technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Dosieren geschäumter Massen. Eine derartige Vorrichtung wird z.B. verwendet bei der Herstellung eines Verzehrgutes, insbesondere zum Füllen und Freidressieren von aufgeschäumten, unter Druck stehenden Massen. Allgemein handelt es sich bei den zu dosierenden geschäumten Massen um viskose Massen aus dem Bereich der Lebensmittel, Klebstoffe, Isolationsmittel, etc., die im gelösten, geschmolzenen oder erweichten Zustand mit einem Gas aufgeschäumt wurden und über ein Pump- und Düsensystem an einem Zielort dosiert werden und sich danach verfestigen.
Darlegung der Erfindung:
Stand der Technik
Bei bekannten Füllsystemen wird die Füllmenge solcher Massen zeitgesteuert über Auf/Zu-Ventile oder über Kolbendosierpumpen gefüllt oder freidressiert. Die Zufuhr der Masse erfolgt in der Regel über ein bis zwei Druckleitungen in eines druckfest ausgebildeten Behälters (Kollektor).
Nachteile
Mit Kolbendosierpumpen wird einerseits die erforderliche Geschwindigkeit nicht erreicht, zum anderen expandiert die aufgeschäumte Masse zwischen dem Dosierkolben und dem Düsenaustritt. Dies hat zur Folge, dass die Masse beim Düsenaustritt nachtropft und die Füllgenauigkeit herabgesetzt wird. Beim Dosieren mittels zeitgesteuerten Ventilen lassen die Strömungsverhältnisse im druckfest ausgebildeten Behälter einen genau definierten Druck über das ganze System bis zu den Düsenaustritten nicht zu. Dies ergibt ebenfalls Ungenauigkeiten im Füllvolumen. Ferner ist ein Rückzug und somit ein genau definierter Abriss der Masse nicht möglich.
Aufgabe
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dosiervorrichtung und insbesondere ein Pumpensystem zu entwickeln, um die Füllgenauigkeit zu verbessern, die Geschwindigkeit des Pumpvorganges und des ganzen Füll- Dressierprozesses zu erhöhen, ein Nachtropfen am Düsenaustritt zu verhindern und ein sauberes Abreissen der dosierten Masse zu gewährleisten.
Lösung
Die Aufgabe wird vorrichtungsmässig durch die Merkmale des Anspruchs 1 und verfahrensmässig durch die Merkmale des Anspruchs 10 gelöst.
Vorteile
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen. Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der vordefinierte Druck in der Masse bis zu den Düsenaustritten konstant gehalten werden kann. Durch die Versorgung jeder Düse (verschliessbar mit Rückzug) mit einer Pumpe und der Synchronisation aller Pumpen wird die Füllgenauigkeit erhöht. Durch Verwendung einer Drehkolbenpumpe, einer Zahnradpumpe oder dgl. erübrigt sich ein Ansaugtakt, welcher bei Kolbendosierpumpen nötig ist und die gesamte Zykluszeit erhöht. Ein Vorteil der Erfindung ergibt sich durch die Verwendung von Drehpumpen, die miteinander gekoppelt sind und zusammen eine Pumpeinheit bilden. Dies ergibt für jede Düse exakt dieselbe Menge an Masse (z.B. geschäumtes Verzehrgut). Die Drehpumpen werden über einen druckfesten Behälter mit fliessfähiger Masse versorgt.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ergibt sich durch die Verwendung einer Rutschkupplung, welche mechanisch, elektromechanisch oder magnetisch den Antriebsmotor mit der Pumpeneinheit verbindet. Der Antriebsmotor kann auch fix mit der Pumpeneinheit verbunden sein. In diesem Fall wird das Drehmoment elektronisch gesteuert. Es ist auch möglich, einen Luft- oder Hydraulik-Motor einzusetzen und das Drehmoment über den Luft- oder Öl- Druck einzustellen. Das Drehmoment an der Pumpeneinheit wird so eingestellt, dass während und nach dem Ausströmvorgang der erforderliche Druck in der Masse bis zum Düsenaustritt konstant gehalten wird. Dadurch wird ein Expandieren der Masse vor dem Düsenaustritt verhindert.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ergibt sich durch die Verwendung von Rückzugkolben die in den Verschlussmechanismen der Düsen integriert sind und das Nachtropfen der Masse nach dem Füll- und Dressiervorgang verhindern. Nach dem Verschliessen der Düsen werden die Rückzugkolben synchron zurückgezogen. Dadurch wird ein Teil der im Düsenaustritt verbleibenden Masse in den Zylinderraum des Rückzugkolbens gesogen und das saubere Abreissen der Masse ohne Nachtropfen gewährleistet.
Aufzählung der Figuren/Zeichnungen
Die Erfindung wird anhand eines nicht einschränkend aufzufassenden Ausführungsbeispiels, welches in den Zeichnungen dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 A eine Seitenansicht eines Abschnitts eines erfindungsgemässen Dosiersystems bzw. Pumpensystems, das mehrere parallel geschaltete Einheiten mit jeweils einer Drehkolbenpumpe, einer Düse und einem Verschlussmechanismus mit einem Rückzugkolben aufweist;
Fig. 1 B eine Schnittansicht entlang der Ebene X-X in Fig. 1 A durch eine der Einheiten der Fig. 1A;
Fig. 1 C die Schnittansicht der Fig. 1 B in vergrösserter Darstellung;
Fig. 2 einen Zustand vor dem Dosierschritt des Füll- und Dressierprozesses bei geschlossenem (oder sich gerade öffnendem) Düsenaustritt und Rückzugkolben in der oberen Stellung;
Fig. 3 einen Zustand während des Dosierschritts des Füll- und Dressierprozesses bei geöffnetem Düsenaustritt und Rückzugkolben in der unteren Stellung (Nullstellung); Fig. 4 einen Zustand nach dem Dosierschritt des Füll- und Dressierprozesses bei geschlossenem (oder sich gerade schliessendem) Düsenaustritt und Rückzugkolben auf dem Weg zurück zur oberen Stellung. Ausführung der Erfindung
Bei einer Vorrichtung zum Herstellen eines Verzehrgutes aus einer fliessfähigen, insbesondere geschäumten Masse z.B. eines Confiserie- Verzehrgutes, befindet sich die fliessfähige Masse in einem bevorzugt druckfest ausgebildeten Behälter (1 ), dessen Ausläufe (2) in miteinander gekoppelte Drehkolbenpumpen (3) münden. Durch das Koppeln der Drehkolbenpumpen (3) wird der Volumenstrom synchronisiert. Die Ausläufe (4) der Drehkolbenpumpen münden in Düsen (5), vor deren Austrittsöffnungen sich je ein Verschlussmechanismus (6) befindet. Die Verschlussmechanismen (6) werden synchron während eines definierten Zeitfensters geöffnet. Auf diese Weise kann die Masse exakt dosiert werden. Jeder Verschlussmechanismus (6) ist mit einem Rückzugkolben (7) versehen, welcher bei geschlossenem Verschlussmechanismus (6) das Zurückziehen eines Teils der sich im Düsenaustritt befindenden Masse erlaubt. Auf diese Weise wird ein Nachtropfen verhindert und das saubere Abreissen der Masse gewährleistet. Das Drehmoment, welches der Antrieb (8) auf die Drehkolbenpumpen (3) ausübt, kann stufenlos so eingestellt werden, dass während dem Ausströmvorgang der vorgegebene Druck in der Masse bis zu den Düsen (5) erhalten bleibt.
Fig. 2 zeigt eine Ausgangsposition des FülIVDressierprozesses bei geschlossenem Düsenaustritt und Rückzugkolben in der oberen Position.
Fig. 3 zeigt den geöffneten Düsenaustritt und den Rückzugkolben unten in der Nullstellung. Der Füll- Dressierprozess findet statt.
Fig. 4 zeigt, wie der Düsenaustritt verschlossen wird. Der Rückzugkolben zieht einen Teil der sich im Düsenaustritt befindenden Masse in Abhängigkeit vom eingestellten Rückzugsweg in den Zylinderraum des Rückzugkolbens, wodurch die Masse abreisst.
Bezugszeichen
1 druckfester Behälter (Kollektor)
2 Auslaufkanal zur Pumpe
3 Drehkolbenpumpe
3a Pumpkammer
3b Drehelement
4 Auslaufkanal zur Düse
5 Düsen
6 Verschlussmechanismus
7 Rückzugkolben
8 Antriebsmotor
9 Vorratsbehälter One Shot
10 Inneres Düserohr One Shot
1 1 Verschlusskolben One Shot

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Dosieren von Massen und insbesondere geschäumter Massen an einem Dosier-Zielort, wobei die Vorrichtung mindestens eine Einheit (3, 5) mit jeweils einer Pumpe (3) und einer Düse (5) aufweist, die miteinander in Fluidverbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe eine Drehpumpe (3) ist, die mindestens ein in einer Pumpkammer (3a) angeordnetes drehbares Drehelement (3b) aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere parallel geschaltete Einheiten (3, 5) aufweist, deren Drehpumpen (3) jeweils miteinander gekoppelt sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Einheit (3, 5) oder mehreren miteinander gekoppelte Einheiten (3, 5) mit einem Antriebsmotor (8) verbunden ist bzw. sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (8) über eine nicht-starre Verbindung zur Drehmoment- Übertragung auf das Drehelement (3b) mit der mindestens einen Einheit (3, 5) oder den mehreren miteinander gekoppelten Einheiten (3, 5) verbunden ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl und das Drehmoment des Antriebsmotors steuerbar sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (5) einen Verschlussmechanismus (6) aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussmechanismus einen in der Düse (5) angeordneten Rückzugkolben (7) aufweist, der bezüglich des Düsenaustritts verschiebbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussmechanismen (6) der jeweiligen Düsen (5) jeweils miteinander gekoppelt sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie einer Fördereinheit zugeordnet ist, mittels der nebeneinander angeordnete Artikel parallel zueinander entlang eines Transportweges transportierbar sind, wobei die parallel geschalteten Einheiten (3, 5) in einer Querrichtung zu den Transportwegen derart angeordnet sind, dass der Dosier-Zielort einer jeweiligen Einheit (3, 5) ein jeweiliger Artikel auf einem jeweiligen Transportweg ist.
10. Verfahren zum Dosieren von Massen und insbesondere geschäumter Massen unter Verwendung einer Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Antreiben einer Drehpumpe (3) durch Zuführen von Drehmoment an ein Drehelement (3b) der Drehpumpe und Aufbauen beziehungsweise Erhalten von Druck in der geschäumten Masse; b) Heranführen der Einheiten (3, 5) an ihren jeweiligen Dosier-Zielort; c) Öffnen der Düsen (5), wenn sich die Einheiten (3, 5) an ihrem Dosier- Zielort befinden, so dass geschäumte Masse aus den Düsen (5) austritt und an den jeweiligen Dosier-Zielort gelangt; d) Schliessen der Düsen (5).
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass während des Antreibens der Drehpumpe das Drehmoment und/oder die Drehzahl des Antriebs gesteuert werden.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass beim Schliessen der Düsen (5) ihr jeweiliger Rückzugkolben in die Düse (5) zurückgezogen wird.
13. Verfahren nach Anspruch 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Heranführen der Einheiten (3, 5) an ihren jeweiligen Dosier-Zielort durch Bewegen der Einheiten (3, 5) und/oder des Dosier-Zielortes erfolgt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosier- Zielorte sich an Artikeln befinden, die nebeneinander angeordnet sind und parallel zueinander entlang eines Transportweges transportiert werden.
15. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch zwei oder mehrere Pumpenreihen zwei oder mehrere verschiedene Massen, insbesondere mindestens einer geschäumten und einer nicht geschäumten Masse mittels eines inneren Düserohres (10) und des Verschlusskolbens (11), der die Menge der geschäumten Masse steuert, in einem Arbeitsgang sogenannte One Shot Produkte hergestellten werden können.
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