DE102013109966A1

DE102013109966A1 - Vorrichtung zum Dosieren flüssiger und/oder pastöser Füllprodukte

Info

Publication number: DE102013109966A1
Application number: DE201310109966
Authority: DE
Inventors: Christian Goldbrunner; Manfred Faltermeier; Stefan Koller; Thomas Schuhbeck
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2013-09-11
Filing date: 2013-09-11
Publication date: 2015-03-12

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Dosieren flüssiger und/oder pastöser Füllprodukte, bevorzugt Kolbendosierer, umfassend einen Dosierzylinder (2) und einen in diesem verschiebbar angeordneten Dosierkolben (3) zur Bereitstellung eines veränderlichen Hohlraumes (4) im Dosierzylinder (2) zum Ansaugen und/oder Ausstoßen des Füllproduktes, weiterhin umfassend einen am Dosierkolben (3) angeordneten und sich in den veränderlichen Hohlraum (4) hinein erstreckenden Verdrängungskörper (5).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dosieren flüssiger und/oder pastöser Füllprodukte, bevorzugt umfassend einen Kolbendosierer mit einem Dosierkolben und einem Dosierzylinder zur Dosierung beispielsweise von Sahne, Joghurt, Marmelade, Ketchup, Mayonnaise und/oder Babybrei in zu befüllende Behälter.
Stand der Technik
Kolbendosierer zum Dosieren flüssiger Füllprodukte sind im Stand der Technik bekannt und werden häufig dazu verwendet, flüssige und/oder pastöse Füllprodukte abzufüllen, wie beispielsweise Sahne, Joghurt, Ketchup, Mayonnaise, Marmelade und/oder Babybrei.
Die im Stand der Technik bekannten Kolbendosierer umfassen einen Dosierzylinder, in welchem ein verschiebbar angeordneter Dosierkolben vorgesehen ist. Durch den Dosierkolben wird im Dosierzylinder einer veränderlicher Hohlraum bereitgestellt, mittels welchem das zu dosierende flüssige Füllprodukt angesaugt wird, und, nach Erreichen des oberen Totpunktes des Dosierzylinders, durch Umkehr der Kolbenbewegungsrichtung wieder ausgestoßen wird. Durch die Verwendung eines Kolbendosierers kann so ein präzises Dosieren des jeweiligen Füllprodukts in ein zu befüllendes Gefäß erreicht werden, da das Füllvolumen durch das Volumen des veränderlichen Hohlraumes vorgegeben ist. Weiterhin ist es möglich, auch hochviskose oder pastöse Füllprodukte in einer vorgegebenen Zeit präzise zu füllen, da das Füllprodukt sowohl unter Aufwendung eines Unterdruckes angesaugt werden kann, als auch unter Druck ausgestoßen werden kann, so dass die Füllgeschwindigkeit gegenüber einem reinen Einfließen und Auslaufen des Füllproduktes aufgrund der Schwerkraft erhöht wird beziehungsweise ein dosiertes Abfüllen überhaupt erst ermöglicht wird.
Ein Kolbendosierer weist weiterhin ein Ventil auf, welches ein Umschalten der Verbindung der veränderlichen Hohlraums mit einer Ansaugleitung oder einer Ausstoßöffnung ermöglicht. Als Ventil kann hier beispielsweise eine Sitzventilanordnung oder ein Drehventil verwendet werden.
Die Abdichtung des veränderlichen Hohlraumes im Dosierzylinder wird durch das Vorsehen beispielsweise einer Manteldichtung am Kolben erreicht, mittels welcher eine ausreichend dichte Abdichtung des Dosierkolbens gegenüber der Zylinderinnenwand erreicht werden kann. So kann zum einen der benötigte Ansaugdruck beim Vergrößern des veränderlichen Hohlraumes durch ein Anheben des Dosierkolbens erreicht werden, und zum anderen kann ein ebenso zuverlässiges Ausstoßen des Füllproduktes aus dem veränderlichen Hohlraum des Dosierzylinders erreicht werden, ohne dass Füllprodukt an dem Kolben vorbei strömt und hinter dem Dosierkolben wieder austritt.
Durch die Bewegung des Dosierkolbens über die mit dem Füllprodukt benetzte Innenwand des Dosierzylinders ergibt sich eine Scherung des jeweiligen Füllprodukts zwischen dem Kolbenmantel und der Zylinderinnenwand. Bei gegenüber Scherkräften empfindlichen Füllprodukten kann daher eine Schädigung des Füllproduktes auftreten. Hierdurch kann das Füllprodukt denaturiert und/oder irreversibel geschädigt werden, wodurch die Qualität des abgefüllten Füllproduktes nachhaltig und/oder irreversibel verschlechtert wird. Beispielsweise kann beim Abfüllen von Sahne und ähnlichen Produkten ein zwischen dem Dosierkolben und der Zylinderinnenwand vorliegender Sahnefilm durch die aufgebrachte Scherung ausbuttern, was zu einer nachteiligen Produktqualität des Füllprodukts führen kann. Dabei treten die Scherkräfte insbesondere in den Bereichen des Kolbendosierers auf, in denen die Mantelfläche des Dosierkolbens und die Innenfläche des Dosierzylinders Überschneidungsbereiche haben. Dies ist üblicherweise aber über den gesamten Hub des Dosierkolbens im Dosierzylinder hinweg der Fall.
Weiterhin kann bei Kolbendosierern, welche zur Abdichtung des Dosierkolbens mit der Zylinderinnenfläche Dichtungen verwenden, durch den Abfülldruck beim Austreiben des Füllprodukts kann auch Füllprodukt hinter die Dichtung gelangen und dort zu hygienischen Problemen aufgrund der unzureichenden Reinigungsmöglichkeiten führen. Auch bei dichtungslosen Systemen kann Füllprodukt über die Ringspaltfläche bei den auftretenden Drücken hinter den Kolbenkörper gelangen und dort zu hygienischen Problemen aufgrund schlechter Abreinigbarkeit führen. Weiterhin kann bei bestimmten Füllprodukten beim Ansaugen des Füllproduktes aus einem zentralen Produktvorhaltebehälter Umgebungsluft von der Kolbenrückseite aus angesaugt werden.
Die angesaugte Umgebungsluft kann sich vor dem Kolbenboden des Dosierkolbens ansammeln, wodurch dann die Dosiergenauigkeit aufgrund des dann mitgeführten Luftkissens unbekannten Volumens verschlechtert wird.
In Kolbendosierern, welche im kontinuierlichen Rotationsprinzip oder im Taktprinzip betrieben werden, werden mittels Dosierzylindern, in welchen beweglich angebrachte Dosierkolben durch mechanische, pneumatische oder elektromechanische Steuerelemente bewegt werden, Füllprodukte volumenmäßig dosiert.
Rundlaufende Kolbendosiersysteme sind bekannt, bei denen die Kolbendosierer radial an einem zentralen Produktvorhaltebehälter angebracht sind, und bei denen das Umschalten zwischen den einzelnen Dosierphasen, nämlich beispielsweise einem Ansaugen des Füllproduktes aus dem Produktvorhaltebehälter in den Dosierzylinder und einem Ausstoßen des Füllproduktes aus dem Dosierzylinder in einen zu befüllenden Behälter beispielsweise über eine vertikale Drehventiltechnik oder über eine Sitzventiltechnik gesteuert wird. Bei einer vertikalen Anordnung des Dosierzylinders kann sich unter der Kolbenfläche und insbesondere unter dem Kolbenboden Luft ansammeln, welche dann mit dem Füllprodukt mitgeführt wird und welche insbesondere bei einer Erstbefüllung nicht vollständig verdrängt werden kann.
Ein Kolbendosierer beziehungsweise eine Mehrzahl von Kolbendosierern, welche im kontinuierlichen Rotationsprinzip betrieben werden, ist beispielsweise aus der GB 1 454 224 bekannt.
Darstellung der Erfindung
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Dosieren flüssiger Füllprodukte anzugeben, welche einen verbesserten Umgang mit dem Füllprodukt ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Dosieren flüssiger Füllprodukte mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Entsprechend wird eine Vorrichtung zum Dosieren flüssiger und/oder pastöser Füllprodukte, bevorzugt ein Kolbendosierer, umfassend einen Dosierzylinder und einen in diesem verschiebbar angeordneten Dosierkolben zur Bereitstellung eines veränderlichen Hohlraumes im Dosierzylinder zum Ansaugen und/oder Ausstoßen des Füllproduktes vorgeschlagen. Erfindungsgemäß ist ein am Dosierkolben angeordneter und sich in den veränderlichen Hohlraum hinein erstreckender Verdrängungskörper vorgesehen.
Durch das Vorsehen des am Dosierkolben angeordneten und sich in den veränderlichen Hohlraum hinein erstreckenden Verdrängungskörper wird es möglich, eine Benetzung der Zylinderinnenwände mit dem Füllprodukt in den Bereichen, welche von dem Dosierkolben beziehungsweise dessen Mantelfläche und/oder Dichtung überstrichen werden, zu verringern beziehungsweise ganz zu vermeiden. Der Verdrängungskörper dient dabei dazu, dass Füllprodukt aus dem entsprechenden Füllproduktauslass, beispielsweise einem Auslassventil, herauszutreiben. Dabei findet eine Benetzung der Innenfläche des Dosierzylinders nur in Bereichen statt, welche über den ganzen Hub des Dosierkolbens hinweg unterhalb des Dosierkolbens liegen.
Eine effiziente und hygienisch einwandfreie Ausbildung ergibt sich, wenn der der Verdrängungskörper bevorzugt am Kolbenboden des Dosierkolbens angeordnet ist. Durch eine besonders bevorzugte einstückige Ausbildung des Verdrängungskörpers mit dem Dosierkolben, bevorzugt einstückig mit einem unteren Kolbenteil des Dosierkolbens, kann auf hygienisch schlecht zu reinigende Hinterschneidungen oder Spalte verzichtet werden.
Bevorzugt weist der Verdrängungskörper gegenüber dem Dosierkolben geringere Dimensionen auf, bevorzugt einen geringeren Durchmesser, wobei besonders bevorzugt ein Ringspalt zwischen Verdrängungskörper und Dosierzylinder vorliegt. Durch die entsprechende Ausbildung des Verdrängungskörpers kann erreicht werden, dass der Verdrängungskörper relativ zu dem Dosierzylinder bewegt werden kann, um ein Austreiben des Füllprodukts zu ermöglichen, ohne dass eine produktschädigende Scherung zwischen der Außenwand des Verdrängungskörpers und der Innenwand des Dosierzylinders auftritt. Auch bei einer Benetzung der Innenwand des Dosierzylinders mit dem Füllprodukt findet daher keine Produktschädigung beim Vorbeistreichen des Verdrängungskörpers statt. Entsprechend kann ein Dosieren des Füllprodukts erreicht werden, ohne dass eine Produktschädigung durch Scherung auftritt.
Bevorzugt ist weist entsprechend der Verdrängungskörper einen Durchmesser auf, der kleiner als der Innendurchmesser des Dosierzylinders ist, wobei besonders bevorzugt ein Ringspalt zwischen Verdrängungskörper und Dosierzylinder vorliegt. Insbesondere ist bei einem zylinderförmigen Dosierkolben der Verdrängungskörper ebenfalls zylinderförmig ausgebildet, aber mit einem um ein gewisses Maß geringeren Durchmesser.
In einer besonders bevorzugten Ausbildung liegt ein Ringspalt zwischen dem Verdrängungskörper und dem Dosierzylinder vor. Auch auf diese Weise lassen sich die vorbeschriebenen vorteilhaften Wirkungen erzielen.
Der so entstehende Ringspalt, welcher den Verdrängungskörper in einer senkrecht zur Hubrichtung stehenden Ebene umgibt, nimmt bevorzugt ein Luftpolster auf, welches dazu dient, ein Aufsteigen des Füllproduktes in dem Ringspalt beim Austreiben des Füllprodukts zu vermeiden. Der Ringspalt ist weiterhin bevorzugt so dimensioniert, dass ein Kapillareffekt nicht stattfindet, und entsprechend ein Aufsteigen des Füllproduktes vermieden wird. Eine Verbesserung dieser Eigenschaften kann auch durch das Vorsehen einer entsprechenden Beschichtung an dem Verdrängungskörper und/oder am Dosierzylinder bewirkt werden, beispielsweise durch eine Teflonbeschichtung, wodurch ein Anhaften von Füllprodukt und das Ausbilden einer Kapillarwirkung weiter verhindert wird.
Um ein Austreiben des Füllprodukts zu erreichen, nimmt der Ringspalt zwischen Verdrängungskörper und Dosierzylinder ein Luftvolumen auf, welches ein Ausstoßen des Füllprodukts auf dem Niveau des Bodens des Verdrängungskörpers ermöglicht.
Bevorzugt ist die Länge des Verdrängungskörpers in Hubrichtung des Dosierkolbens gleich oder größer als die Hubhöhe des Dosierkolbens zwischen einem unteren Totpunkt und einem oberen Totpunkt des Dosierkolbens im Dosierzylinder. So kann sichergestellt werden, dass der Dosierkolben, dessen Mantelfläche und eine eventuell vorliegende Manteldichtung nicht in einen Füllproduktfilm auf der Innenfläche des Dosierzylinders eintauchen. Vielmehr wird der Dosierkolben durch den Verdrängungskörper von dem Füllprodukt beabstandet gehalten, um das Aufbringen produktschädigender Scherungen auf das Füllprodukt zu vermeiden.
Entsprechend ist bevorzugt die Länge eines Ringspalts zwischen Verdrängungskörper und Dosierzylinder in Hubrichtung des Dosierkolbens gleich oder größer als die Hubhöhe des Dosierkolbens zwischen einem unteren Totpunkt und einem oberen Totpunkt des Dosierkolbens im Dosierzylinder. Auch auf diese Weise kann ein Eintauchen des Dosierkolbens in mit Füllprodukt benetzte Bereiche vermieden werden.
Der Dosierkolben ist im Dosierzylinder zur Ausübung eines Dosierhubs ausgebildet und der Verdrängungskörper ist bevorzugt entsprechend so dimensioniert, dass er sich in den veränderlichen Hohlraum mindestens über die Länge des Dosierhubes hinweg erstreckt. Die Länge des Verdrängungskörpers und insbesondere die sich in den veränderlichen Hohlraum herein erstreckende Ausdehnung des Verdrängungskörpers ist dabei bevorzugt abhängig von dem Volumen des Ringspalts, derart, dass die Federkonstante des sich im Ringspalt ausbildenden Luftdruckpolsters so berücksichtigt wird, dass ein Aufsteigen des Füllproduktes reduziert beziehungsweise weitgehend verhindert wird.
In einer Weiterbildung schließt sich bevorzugt an den veränderlichen Hohlraum ein vertikales Drehventil zum schaltbaren Verbinden des veränderlichen Hohlraums mit einem Produktzulauf oder einem Produktauslauf an und der Verdrängungskörper taucht am unteren Totpunkt des Dosierkolbens in das vertikale Drehventil ein. So kann ein zuverlässiges Austreiben von Füllprodukt aus dem Drehventil erreicht werden, wodurch die Dosiergenauigkeit erhöht wird.
Bevorzugt wird beim Vorsehen des vertikalen Drehventils der Verdrängungskörper so ausgebildet, dass er am unteren Totpunkt des Dosierkolbens derart in das Drehventil eintaucht, dass der Boden des Verdrängungskörpers am unteren Totpunkt des Dosierkolbens auf einer Ebene unterhalb einer Durchlassbohrung des Drehventils liegt und besonders bevorzugt auf einer Ebene unterhalb einer Oberkante eines Produktzulaufes und/oder eines Produktauslaufes. Es lässt sich auf diese Weise erreichen, dass möglicherweise vorliegende Luftpolster unter dem Boden des Verdrängungskörpers auf ein definiertes Maß abgebaut werden können, so dass auch auf diese Weise die Dosiergenauigkeit weiter erhöht werden kann.
Kurze Beschreibung der Figuren
Bevorzugte weitere Ausführungsformen und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine schematische Schnittansicht durch einen Bereich einer Vorrichtung zum Dosieren flüssiger oder pastöser Füllprodukte in einem Ausführungsbeispiel mit einem Sitzventil;
2 eine schematische Schnittansicht durch eine Vorrichtung zum Dosieren flüssiger und pastöser Füllprodukte in einem weiteren Ausführungsbeispiel mit einem Sitzventil;
3 eine schematische Schnittansicht durch eine Vorrichtung zum Dosieren flüssiger und pastöser Füllprodukte in einem weiteren Ausführungsbeispiel mit einem vertikalen Drehventil; und
4 eine schematische Schnittansicht durch einen Bereich einer Vorrichtung zum Dosieren flüssiger und pastöser Füllprodukte in einem weiteren Ausführungsbeispiel mit einem vertikalen Drehventil.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen bezeichnet und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird in der nachfolgenden Beschreibung teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
1 zeigt eine schematische Schnittansicht durch eine Vorrichtung 1 zum Dosieren flüssiger und/oder pastöser Füllprodukte in Form eines Kolbendosierers. Die Vorrichtung 1 weist einen Dosierzylinder 2 und einen Dosierkolben 3 auf, wobei der Dosierkolben 3 in dem Dosierzylinder 2 verschiebbar und abdichtend aufgenommen ist. Der Dosierkolben 3 wird über ein entsprechendes Gestänge 30 und einen in der Figur nicht gezeigten Antrieb, beispielsweise einen mechanischen, pneumatischen und/oder elektromechanischen Antrieb, zwischen einem oberen Totpunkt T_o und einem unteren Totpunkt T_u bewegt. Der Dosierkolben 3 ist abdichtend im Dosierzylinder 2 geführt und bildet entsprechend durch die Bewegung zwischen dem oberen Totpunkt T_o und dem unteren Totpunkt T_u einen veränderlichen Hohlraum 4 aus.
Das Volumen des veränderlichen Hohlraums 4 wird durch die Bewegung des Dosierkolbens 3 derart verändert, dass ein Ansaugen des Füllprodukts in den veränderlichen Hohlraum 5 und ein Austreiben des Füllprodukts aus diesem erreicht werden kann. Insbesondere wird beim Bewegen des Dosierkolbens 3 vom unteren Totpunkt T_u zum oberen Totpunkt T_o das Volumen des veränderlichen Hohlraums 4 vergrößert, so dass ein Füllprodukt in den veränderlichen Hohlraum 4 eingesaugt wird. Entsprechend wird das sich im veränderlichen Hohlraum 4 aufgenommene Füllprodukt beim Bewegen des Dosierkolbens vom oberen Totpunkt T_o zum unteren Totpunkt T_u wieder aus dem veränderlichen Hohlraum 4 ausgetrieben.
Die Vorrichtung 1 weist in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ein Füllproduktreservoir 6 auf, in welchem das flüssige oder pastöse Füllprodukt aufgenommen ist, und welches über einen Füllproduktkanal 60, welcher mit einem Sitzventil 62 verschließbar ist, mit dem veränderlichen Hohlraum 4 in Fluidverbindung steht. Sitzventile werden im Stand der Technik auch als Tellerventile bezeichnet.
Das Sitzventil 62 kann aus dem in 1 gezeigten Ventilsitz durch Rückziehen in Richtung des Pfeils Y geöffnet werden. Das Sitzventil 62 ist in die geschlossene Stellung mittels einer hier nicht gezeigten Feder vorgespannt, wobei die Abdichtung der Feder sowie die Abdichtung der beweglichen Teile des Sitzventils 62 gegenüber der Umgebung mittels eines Balges 64 erreicht wird. Ein Ausstoßen des Füllproduktes wird über den Füllproduktauslauf 66 erreicht, welcher seinerseits über ein vorgespanntes Auslaufventil 68 verschlossen ist.
Entsprechend befindet sich der Dosierkolben zum Ansaugen des Füllprodukts aus dem Füllproduktreservoir 6 in den veränderlichen Hohlraum 4 3 im unteren Totpunkt T_u. Durch das Anheben des Dosierkolbens 3 und gleichzeitiges Öffnen des Sitzventils 62 kann mittels des durch das Anheben des Dosierkolbens 3 erzeugten Unterdrucks das Füllprodukt aus dem Füllproduktreservoir 6 über den Füllproduktkanal 60 in den veränderlichen Hohlraum 4 eingesaugt werden. Beim Erreichen des oberen Totpunktes T_o des Dosierkolbens 3 wird das Sitzventil 62 wieder geschlossen. Der Balg 64, bevorzugt ein Teflonbalg, dient dabei zur hygienischen Abdichtung der einzelnen beweglichen Komponenten des Sitzventils 62.
Bei der nachfolgenden Abwärtsbewegung des Dosierkolbens 3 wird entsprechend das sich im veränderlichen Hohlraum 4 befindliche Füllprodukt nach unten durch den Füllproduktauslauf 66 ausgetrieben, wobei dazu das Auslaufventil 68 geöffnet ist. Das Füllprodukt wird dann in den unter dem Füllproduktauslauf 66 angeordneten Behälter 100 eindosiert. Dabei strömt das Füllprodukt um den Balg 64 des den Produktzulauf 60 verschließenden Sitzventils 62 herum.
Auf die beschriebene Weise wird es möglich, flüssige und pastöse Füllprodukte wie beispielsweise Sahne, Joghurt, Marmelade, Ketchup oder Babybrei in den zu befüllenden Behälter 100 einzudosieren. Das in den jeweiligen Behälter 100 eindosierte Volumen wird dabei über das veränderliche Volumen des veränderlichen Hohlraums 4 bestimmt und kann über die Festlegung des oberen und unteren Totpunkts, also den Hub h des Dosierkolbens 3 im Dosierbetrieb, justiert werden.
An dem Dosierkolben 3 ist ein Verdrängungskörper 5 angeordnet, dessen Funktion und Wirkungsweise im Nachfolgenden erläutert werden:
Der Verdrängungskörper 5 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einstückig mit dem Dosierkolben 3 ausgeführt und ist insbesondere mit einem unteren Kolbenteil 32 einstückig ausgebildet. Das untere Kolbenteil 32 des Dosierkolbens 3 ist, beispielsweise über Schrauben, fest mit einem oberen Kolbenteil 34 verbunden. An dem oberen Kolbenteil 34 greift das Gestänge 30 an. Zwischen dem unteren Kolbenteil 32 und dem oberen Kolbenteil 34 ist eine Manteldichtung 36 vorgesehen, welche eine Abdichtung des Dosierkolbens 3 gegenüber dem Dosierzylinder 2 beziehungsweise der Innenwand des Dosierzylinders 2 ermöglicht.
Die Abdichtung des Dosierkolbens 3 gegenüber der Zylinderinnenwand 2 ist zum einen vonnöten, um den erforderlichen Unterdruck in dem veränderlichen Hohlraum 4 so bereitzustellen, dass ein flüssiges oder pastöses Füllprodukt trotz des aufgrund der Viskosität erhöhten Fließwiderstands in einer vorgegebenen Zeit in den veränderlichen Hohlraum 4 eingesaugt werden kann. Zum anderen sorgt die Abdichtung dafür, dass das dann im veränderlichen Hohlraum 4 vorliegende Füllprodukt vollständig und zügig aus dem Füllproduktauslauf 66 ausgetrieben werden kann.
Der Verdrängungskörper 5 weist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen Durchmesser D auf, welcher geringer ist, als der Innendurchmesser d des Dosierzylinders 2. Mit anderen Worten ist der Innendurchmesser d des Dosierzylinders 2 größer, als der Außendurchmesser D des Verdrängungskörpers 5. Damit ergibt sich um den Verdrängungskörper 5 herum zwischen dem Verdrängungskörper 5 und der Innenwand des Dosierzylinders 2 ein Ringspalt 50. Die Dimensionen des Ringspalts sind dabei bevorzugt so bemessen, dass zum einen eine Kapillarwirkung bezüglich des abzufüllenden Füllproduktes nicht auftritt, zum anderen aber das sich im Ringspalt 50 ausbildende Luftpolster dazu dienen kann, das Füllprodukt möglichst vollständig auf dem Niveau des Bodens 52 des Verdrängungskörpers 5 auszustoßen.
Mit anderen Worten vermeidet der Ringspalt 50, dass das Füllprodukt durch den Kapillareffekt in den Ringspalt 50 hineinwandert. So wird eine übermäßige Benetzung der Innenwand des Dosierzylinders 2 mit dem Füllprodukt vermieden. Insbesondere kann damit vermieden werden, dass das Füllprodukt in Bereiche des Dosierzylinders 2 wandert, welche von dem Dosierkolben 3 beziehungsweise von der Manteldichtung 36 überstrichen werden. So kann das Aufbringen von Scherkräften auf das Füllprodukt reduziert oder ganz vermieden werden.
Weiterhin kann durch eine entsprechende Dimensionierung des Ringspalts 50 erreicht werden, dass das Füllprodukt weitgehend aus dem veränderlichen Hohlraum 4 ausgetrieben wird. Hierbei wird der Effekt ausgenutzt, dass das in dem Ringspalt 50 vorliegende Luftvolumen kompressibel ist und entsprechend ein Austreiben des Füllprodukts aus dem veränderlichen Hohlraum 4 auch im Bereich des Ringspalts 50 unterstützt. Mit anderen Worten wird das Füllprodukt aus dem veränderlichen Hohlraum 4 auch im Bereich des Ringspalts 50 ausgetrieben.
Hierdurch ergibt sich beim Ausstoßen des sich im veränderlichen Hohlraum 4 befindlichen Füllproduktes, dass das Füllprodukt auf der Ebene des Bodens 52 des Verdrängungskörpers 5 ausgetrieben wird, dabei das Füllprodukt aber nicht im Ringspalt 50 weiter nach oben wandert.
Durch eine entsprechende Dimensionierung des Verdrängungskörpers 5 bezüglich dessen Länge L in Hubrichtung, beziehungsweise bezüglich der Länge L des Ringspalts 50, derart, dass der Hub h des Dosierkolbens 3 zwischen dem oberen Totpunkt T_o und dem unteren Totpunkt T_u gleich oder kleiner ist als die Länge L des Ringspalts 50 des Verdrängungskörpers 5, kann erreicht werden, dass eine Benetzung des Dosierkolbens 3 beziehungsweise eine Benetzung der Mantelfläche und der Manteldichtung 36 des Dosierkolbens 3 mit dem Füllprodukt ausbleibt beziehungsweise gegenüber herkömmlichen Anordnungen deutlich reduziert ist.
So kann das Aufbringen von Scherkräften auf das Füllprodukt zwischen dem Dosierkolben 3 und der Zylinderinnenwand des Dosierzylinders 2 vermieden werden. Entsprechend wird eine schonende Behandlung des Füllprodukts erreicht. Beispielsweise beim Abfüllen von Sahne kann so ein Ausbuttern des Milchfetts aufgrund der Hubbewegung des Dosierkolbens 3 vermieden oder deutlich verringert werden. Damit ist die Qualität des abgefüllten Füllproduktes über den Füllvorgang hinweg gleichbleibend und wird nicht durch ein möglicherweise aufgrund der Scherwirkung verändertes Füllprodukt kompromittiert.
Der Verdrängungskörper 5 weist bevorzugt die gleichen Außenkonturen auf, wie der Dosierkolben 3, hat aber andere Dimensionen. Im in 1 gezeigten Fall hat der Dosierkolben 3 einen zylindrischen Querschnitt in der Ebene senkrecht zur Hubrichtung. Der Verdrängungskörper 5 weist ebenfalls einen zylindrischen Querschnitt in der zur Hubrichtung stehenden Ebene auf, hat aber einen kleineren Durchmesser D als der Dosierkolben 3. Entsprechend ergibt sich der Ringspalt 50 zwischen der Innenwand des Dosierzylinders 2 und dem entsprechenden Bereich des Verdrängungskörpers 5.
Der Durchmesser D des Verdrängungskörpers 5 ist dabei derart kleiner als der Innendurchmesser d des Dosierzylinders 2, dass der Ringspalt 50 entsprechend das Aufbringen von Scherkräften auf das Füllprodukt verhindert oder reduziert, da die Dimension des Ringspalts 50 entsprechend groß genug ist. Andererseits wird aber ein weiteres Aufsteigen des Füllproduktes aufgrund des im Ringspalt 50 vorliegenden Luftpolsters vermieden. In einer besonders bevorzugten Variante ist der Durchmesser D um ca. 1 mm kleiner, als der Durchmesser d.
Dadurch, dass der Hub h des Dosierkolbens 3 kleiner oder gleich der Länge L des Verdrängungskörpers 5 ist, kann an der Innenwand des Dosierzylinders 2 anhaftendes Füllprodukt, welches beim Einsaugen aus dem Füllproduktreservoir 6 in den veränderlichen Hohlraum 4 eingesaugt wird, beim Ausstoßen auch am unteren Totpunkt T_u des Dosierkolbens 3 den Dosierkolben 3 beziehungsweise dessen Manteldichtung 36 nicht erreichen. Entsprechend findet keine Benetzung der Mantelfläche des Dosierkolbens 3 mit Füllprodukt statt. Da der Ringspalt 50 so ausgebildet ist, dass eine Scherwirkung auf das Füllprodukt nicht stattfindet, können auch die schädlichen und/oder produktverändernden Wirkungen einer solchen Scherung nicht auftreten. Entsprechend findet durch die Verwendung des Verdrängungskörpers 5 ein besonders schonendes Dosieren des Füllproduktes statt.
2 zeigt eine weitere schematische Ausbildung einer Vorrichtung 1 zum Dosieren eines Füllproduktes aus einem Füllproduktreservoir 6 in einer weiteren Ausführung, wobei auch hier ein Sitzventil 62 den Füllproduktkanal 60 verschließt und das Sitzventil 62 über einen Balg 64 hygienisch abgedichtet ist. Ein Auslaufventil 68, welches über einen magnetischen Ventilantrieb 670 gesteuert wird, ist ebenfalls vorgesehen. Das Sitzventil 62 wird über einen nicht gezeigten Ventilantrieb 620 angesteuert, welcher das Sitzventil 62 waagerecht aus seinem Sitz abhebt, um eine Verbindung des Füllproduktreservoirs 6 mit dem veränderlichen Hohlraum 4 herzustellen.
Der Dosierkolben 3 weist wiederum ein unteres Kolbenteil 32 und ein oberes Kolbenteil 34 auf, welche miteinander über eine Schraubverbindung verbunden sind, und welche gemeinsam eine Manteldichtung 36 halten.
Ein Verdrängungskörper 5 ist vorgesehen, welcher ebenfalls über eine Verschraubung mit dem Dosierkolben 3 und insbesondere mit dem unteren Kolbenteil 32 verbunden ist.
Der Verdrängungskörper 5 ist so ausgestaltet, dass ein Ringspalt 50 derart vorgesehen ist, dass ein Aufbringen von produktschädigenden Scherkräften im Ringspalt 50 vermieden wird, eine Kapillarwirkung auf das Füllprodukt nicht auftritt und gleichzeitig ein Luftpolster derart ausgebildet werden kann, dass das Füllprodukt im Wesentlichen auf dem Niveau des Bodens 52 des Verdrängungskörpers 5 derart ausgestoßen werden kann, so dass ein Aufsteigen des Füllproduktes in dem Ringspalt 50 nicht oder nur in einem sehr geringen Maße stattfindet. Entsprechend wird ein Beaufschlagen der Mantelfläche des Dosierkolbens 3 sowie der Manteldichtung 36 mit dem Füllprodukt reduziert oder gar vermieden.
Die in 2 schematisch angedeutete Steuerung des Gestänges 30 wird hier über eine Kulissenführung 300 erreicht, in welcher entsprechend eine Kulissenrolle 320 geführt ist, welche die Auf- und Abbewegung des Gestänges 30 bewerkstelligt, während die Vorrichtung 1 zum Dosieren des Füllprodukts umläuft.
Die Dimensionen des Verdrängungskörpers 5 sind wiederum so bemessen, dass der vollständige Hub des Dosierkolbens 3 vom oberen Totpunkt T_o bis zum unteren Totpunkt T_u ausgeführt werden kann, ohne dass das Füllprodukt die Mantelfläche des Dosierkolbens 3 benetzt. Entsprechend ist wiederum die Länge L des Verdrängungskörpers 5 in Hubrichtung so lang beziehungsweise länger, als der Hub h. Mit anderen Worten weist der Ringspalt 50 eine Länge L in Hubrichtung auf, die gleich oder länger als der eigentlich durchgeführte Hub des Dosierkolbens 3 ist.
In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zum Dosieren flüssiger Füllprodukte gezeigt, welche aus einem Füllproduktreservoir 6 über einen Füllproduktkanal 60 in einen veränderlichen Hohlraum 4 eines Dosierzylinders 2 angesaugt werden.
Ein Dosierkolben 3 ist in einer ähnlichen Ausführung vorgesehen, wie in den vorhergehenden Figuren gezeigt, wobei ein unteres Kolbenteil 32 und ein oberes Kolbenteil 34 vorgesehen sind, welche eine Manteldichtung 36 zur Abdichtung gegenüber dem Dosierzylinder 2 halten, und an welchen ein Verdrängungskörper 5 angebracht ist, der mit seinem Boden 52 ein Ausstoßen des Füllprodukts aus dem Füllproduktauslauf 66 ermöglicht.
Ein Ventil in Form eines vertikalen Drehventils 7 ist vorgesehen, welches eine Ventilbohrung 70 aufweist, welche entweder in Richtung des Füllproduktkanals 60 oder in Richtung des Füllproduktauslaufs 66 drehbar ist. Das vertikale Drehventil 7 ist in Form einer drehbaren Hülse 72 ausgebildet, welche einen Innenraum 40 aufweist, der direkt an den veränderlichen Hohlraum 4 des Dosierzylinders 2 anschließt. Das Füllprodukt kann dabei – je nach Stellung der Ventilbohrung 70 – entweder aus dem Füllproduktkanal 60 in den veränderlichen Hohlraum 4 des Dosierzylinders 2 strömen, oder aber aus dem veränderlichen Hohlraum 4 in den Füllproduktauslauf 66 ausgestoßen werden.
Der Verdrängungskörper 5 kann in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in den Innenraum 40 des vertikalen Drehventils 7 derart eintauchen, dass zumindest ein Teil des sich im vertikalen Drehventil 7 befindlichen Füllprodukts aus dem Innenraum 40 des Drehventils 7 ausgetrieben werden kann. Dadurch lässt sich eine zuverlässigere Dosierung erreichen, da das verbleibende, nicht genau kontrollierbare Restvolumen an Füllprodukt im Innenraum 40 des Drehventils 7 reduziert wird oder dieses ganz fortfällt.
Durch das Eintauchen des Verdrängungskörpers 5 in den Innenraum 40 des Drehventils 7 kann weiter erreicht werden, dass ein eventuell vorliegendes Luftpolster unterhalb des Bodens 52 des Verdrängungskörpers 5 durch die Ventilbohrung 70 und dann aus dem Füllproduktkanal 60 oder dem Füllproduktauslauf 66 ausgestoßen werden kann. Um dies zu erreichen, muss der Boden 52 des Verdrängungskörpers 5 am unteren Totpunkt T_u unterhalb der Oberkante der Ventilbohrung 70 und bevorzugt auch unterhalb der Oberkante des Füllproduktkanals 60 und/oder des Füllproduktauslaufs 66 angeordnet sein. Hierdurch ergibt sich eine noch präzisere Dosierung, da sich eventuell ausbildende Luftpolster unter dem Boden 52 des Verdrängungskörpers 5 abgebaut werden können.
Der Durchmesser D des Verdrängungskörpers 5 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel so ausgebildet, dass er entsprechend in den Innenraum 40 des Drehventils 7 eintauchen kann. Die Länge L des Verdrängungskörpers 5 ist so ausgebildet, dass er besonders bevorzugt gleich lang oder länger ist, als der von dem Dosierkolben 3 ausgeführte Hub h.
An den Füllproduktauslauf 66 schließt sich eine Auslassdüse 680 an, welche über einen Plunger 682 präzise ausgeräumt werden kann. Eine Steuerung des Gestänges 30 des Dosierkolbens 3 wird wiederum über eine Kulissensteuerung 300 mit entsprechender Kulissenrolle 320 erreicht. Auch der Plunger 682 wird mechanisch über eine Kulissensteuerung angesteuert.
In 4 ist schematisch eine ähnliche Ausführungsform wie in 3 gezeigt.
Entsprechend ist die Vorrichtung 1 zum Dosieren flüssiger und/oder pastöser Füllprodukte wiederum mit einem Dosierzylinder 2 und einem Dosierkolben 3 versehen, welcher ein unteres Kolbenteil 32 und ein oberes Kolbenteil 34 aufweist. Das untere Kolbenteil 32 ist einstückig mit dem Verdrängungskörper 5 ausgebildet. Das untere Kolbenteil 32, welches einstückig mit dem Verdrängungskörper 5 ausgebildet ist, und das obere Kolbenoberteil 34 sind über eine Schraubverbindung miteinander verbunden und halten zwischen sich eine Manteldichtung 36. Der Verdrängungskörper 5 taucht in dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel in den Innenraum 40 des vertikalen Drehventils 7 ein, welches eine entsprechende Ventilbohrung 70 aufweist, die durch Drehung der Hülse 72 des Drehventils 7 entweder mit dem Füllproduktkanal 60 oder dem Füllproduktauslauf 66 verbindbar ist.
Aus dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ergibt sich, dass der Verdrängungskörper 5 so dimensioniert ist, dass er weitgehend in den Innenraum 40 des vertikalen Drehventils 7 eintauchen kann.
Der Boden 52 des Verdrängungskörpers 5 stößt entsprechend nicht nur das Füllprodukt schonend aus, sondern sorgt auch dafür, dass am vertikalen Drehventil 7 der Innenraum 40 im Wesentlichen von Füllprodukt geleert wird.
Weiterhin kann eventuell am Boden 52 des Verdrängungskörpers 5 angesammelte Luft über die Ventilbohrung 70 entweder in den Füllproduktkanal 60 oder den Füllproduktauslauf 68 entweichen. Hierzu ist im unteren Totpunkt T_u bevorzugt der Boden 52 des Verdrängungskörpers 5 auf einem Niveau angeordnet, welches unterhalb eines oberen Bereiches des Füllproduktkanals 60 oder des Füllproduktauslaufs 66 liegt, derart, dass eventuell auftretende Luftblasen beziehungsweise Gasblasen nach oben hin entweichen können und aus dem System ausgetragen werden können.
Entsprechend wird die Luftmenge, welche sich in dem veränderlichen Hohlraum 4 des Dosierzylinders befindet, auf einem reproduzierbar geringen Niveau gehalten, derart, dass die Dosiermengen, welche über den Dosierzylinder ausgegeben werden, präziser eingehalten werden können.
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den einzelnen Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zum Dosieren flüssiger und/oder pastöser Füllprodukte
100: Behälter
2: Dosierzylinder
3: Dosierkolben
30: Gestänge
32: unteres Kolbenteil
34: oberes Kolbenteil
36: Manteldichtung
300: Kulissenführung
320: Kulissenrolle
4: veränderlicher Hohlraum
40: Innenraum des Drehventils
5: Verdrängungskörper
50: Ringspalt
52: Boden des Verdrängungskörpers
6: Füllproduktreservoir
60: Füllproduktkanal
62: Sitzventil
64: Balg
66: Füllproduktauslauf
68: Auslaufventil
620: Ventilantrieb des Sitzventils
670: magnetischer Ventilantrieb des Auslaufventils
680: Auslassdüse
682: Plunger
7: Drehventil
70: Ventilbohrung
72: drehbare Hülse
T_o: oberer Totpunkt
T_u: unterer Totpunkt
D: Durchmesser des Verdrängungskörpers
d: Innendurchmesser des Dosierzylinders
h: Hub
Y: Öffnungsrichtung des Setzventils

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

GB 1454224 [0011]

Claims

Vorrichtung (1) zum Dosieren flüssiger und/oder pastöser Füllprodukte, bevorzugt Kolbendosierer, umfassend einen Dosierzylinder (2) und einen in diesem verschiebbar angeordneten Dosierkolben (3) zur Bereitstellung eines veränderlichen Hohlraumes (4) im Dosierzylinder (2) zum Ansaugen und/oder Ausstoßen des Füllproduktes, gekennzeichnet durch einen am Dosierkolben (3) angeordneten und sich in den veränderlichen Hohlraum (4) hinein erstreckenden Verdrängungskörper (5).
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper (5) am Kolbenboden des Dosierkolbens (3) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper (5) einstückig mit dem Dosierkolben (3) ausgebildet ist, bevorzugt einstückig mit einem unteren Kolbenteil (32) des Dosierkolbens (3).
Vorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper (5) gegenüber dem Dosierkolben (3) geringere Dimensionen aufweist, bevorzugt einen geringeren Durchmesser (D) aufweist, wobei bevorzugt ein Ringspalt (50) zwischen Verdrängungskörper (5) und Dosierzylinder (2) vorliegt.
Vorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper (5) einen Durchmesser (D) aufweist, der kleiner als der Innendurchmesser (d) des Dosierzylinders (2) ist, wobei bevorzugt ein Ringspalt (50) zwischen Verdrängungskörper (5) und Dosierzylinder (2) vorliegt.
Vorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ringspalt (50) zwischen dem Verdrängungskörper (5) und dem Dosierzylinder (2) vorliegt.
Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringspalt (50) zwischen Verdrängungskörper (5) und Dosierzylinder (2) ein Luftvolumen aufnimmt, welches ein Ausstoßen des Füllprodukts auf dem Niveau des Bodens (52) des Verdrängungskörpers (5) ermöglicht.
Vorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (L) des Verdrängungskörpers (5) in Hubrichtung des Dosierkolbens (3) gleich oder größer der Hubhöhe (h) des Dosierkolbens (3) zwischen einem unteren Totpunkt (T_u) und einem oberen Totpunkt (T_o) des Dosierkolbens (3) im Dosierzylinder (2) ist.
Vorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (L) eines Ringspalts (50) zwischen Verdrängungskörper (5) und Dosierzylinder (2) in Hubrichtung des Dosierkolbens (3) gleich oder größer der Hubhöhe (h) des Dosierkolbens (3) zwischen einem unteren Totpunkt (T_u) und einem oberen Totpunkt (T_o) des Dosierkolbens (3) im Dosierzylinder (2) ist.
Vorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den veränderlichen Hohlraum (4) ein vertikales Drehventil (7) zum schaltbaren Verbinden des veränderlichen Hohlraums (4) mit einem Produktzulauf (60) oder einem Produktauslauf (68) anschließt und der Verdrängungskörper (5) am unteren Totpunkt (T_u) des Dosierkolbens (3) in das vertikale Drehventil (7) eintaucht.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper (5) so ausgebildet ist, dass er am unteren Totpunkt des Dosierkolbens (3) so in das Drehventil (7) eintaucht, dass der Boden (52) des Verdrängungskörpers (5) am unteren Totpunkt (T_u) des Dosierkolbens (3) auf einer Ebene unterhalb einer Durchlassbohrung (70) des Drehventils (7) liegt und besonders bevorzugt auf einer Ebene unterhalb einer Oberkante eines Produktzulaufes (60) und/oder eines Produktauslaufes (68).