DE4411629A1 - Ventil zum Abfüllen von Flüssigkeiten in Verpackungen - Google Patents
Ventil zum Abfüllen von Flüssigkeiten in VerpackungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Ventil zum Abfüllen von Flüssigkeiten in Verpackungen, mit einem
Gehäuse mit Zuführstutzen, vorderseitigem Mundstück und Austrittseinrichtung, in der eine
Vielzahl von Austrittslöchern angeordnet ist, mit einem in dem Gehäuse bewegbar angeordneten,
mit einem Ventilsitz in Eingriff bringbaren Verschließkörper und mit rückseitigen Abdicht
einrichtungen.
Für das Füllen von Behältern bzw. Verpackungen mit flüssigen Lebensmitteln sind in der Praxis
verschiedene Verfahren und dafür angepaßte Füllmundstücke und Füllventile bekannt. Bei dem
gebräuchlichsten Verfahren mit sehr kurzen Füllzeiten wird ein Mundstück in die zu füllende
Verpackung und in das bereits gefüllte Produkt eingetaucht. Dadurch wird trotz hoher
Produktionsgeschwindigkeit das Schäumen oder Spritzen des Produktes vermieden. Das
Nachtropfen des Produktes wird üblicherweise durch ein oder mehrere Siebe im Mundstück
dadurch verhindert, daß die Oberflächenspannung des Produktes im Sieb das Gewicht des
Produktes im Mundstück hält. Außerdem sind flexible Mundstücke, z. B. solche aus Silicon,
bekannt, die durch einen im Füllrohr erzeugten Unterdruck verschlossen werden.
Wenn man das Mundstück in den Behälter eintaucht und über dem Produktspiegel füllt, muß man
bei stark schäumenden Produkten, wie Milch oder ähnliches, die Füllgeschwindigkeit verringern,
um die Schaumbildung zu begrenzen. Das Eintauchen des Füllmundstückes in das Füllgut und
das Berühren der Behälterinnenseite oder der Behälteröffnung durch Teile des Füllers ist aus
hygienischen Gründen nicht erwünscht. Das Eintauchen des Füllmundstückes in den Behälter ist
auch aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten nicht wünschenswert, weil dafür eine zusätzliche
Bewegung benötigt wird. Es muß entweder der Behälter bzw. die Verpackung angehoben werden,
oder das Füllmundstück muß in den Behälter abgesenkt werden.
Bei Verpackungen mit kleinen Einfüllöffnungen begrenzt der Durchmesser der Einfüllöffnung den
Durchmesser des Füllmundstückes und des Füllrohres. Um einen großen Volumenstrom zu
erhalten, muß man dadurch die Strömungsgeschwindigkeit des Produktes erhöhen. Dies führt
aber zu vermehrter Schaumbildung bei Füllung schäumender Produkte.
Außerdem sind im praktischen Betrieb verwendete Füllmundstücke üblicherweise nur schwer
reinigbar, denn sie müssen normalerweise demontiert und von Hand gereinigt werden.
Es wäre daher erstrebenswert, beim Füllen auf das Eintauchen von Füllerteilen oder Teilen eines
Füllventiles in den Behälter bzw. die Packung hinein zu verzichten und das Produkt mit einem
Freistrahl in die Verpackung einzufüllen. Hierbei entstünde jedoch folgende Problematik.
Entsprechend der Fallhöhe würde das Füllgut durch die Schwerkraft beschleunigt, so daß bei
stark schäumenden Produkten die Füllgeschwindigkeit reduziert werden müßte, was andererseits
mit Nachteil eine Verlängerung der Füllzeit und damit eine Verringerung der Maschinenkapazität
zur Folge hätte.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Abfüllventil mit den vorstehend bezeichneten Merkmalen
so zu verbessern, daß ohne Relativbewegungen zwischen Verpackung und Austrittseinrichtung
dennoch ein großer Volumenstrom des flüssigen Füllgutes bei geringer Austrittsgeschwindigkeit
ermöglicht wird.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Austrittslöcher, über die
gesamte Oberfläche des Mundstückes verteilt, in einer Austrittsplatte, diese in Richtung der
Längsachse des Mundstückes durchdringend, angebracht sind, die mit dem Mundstück einstückig
ausgebildet ist, daß der Durchmesser bzw. die Breite der Austrittslöcher größer als 1 mm und
kleiner als 5 mm ist und daß die Länge der Austrittslöcher größer als das Zweifache ihres
Durchmessers bzw. ihrer Breite ist. Es hat sich gezeigt, daß es unter Beachtung der Merkmale
dieser Lösung gemäß der Erfindung gelingt, flüssiges Füllgut mit geringer Austrittsgeschwindigkeit
in ausreichender Menge auch dann in eine Verpackung zu bringen, wenn der Abstand zwischen
der Austrittsplatte mit den erwähnten Austrittslöchern und der Einfüllöffnung der Verpackung
während des Abfüllbetriebes konstant bleibt.
In erster Linie liegt dies an der Ausgestaltung der Austrittsplatte, die mit dem Mundstück
einstückig ausgebildet ist. Die Austrittsplatte bildet praktisch den vorderseitigen, austrittsseitigen
Abschluß des Mundstückes und steht senkrecht zu dessen Längsachse. Die Austrittslöcher in der
Form kurzer Röhrchen oder besser Bohrungen durchdringen die Austrittsplatte senkrecht, so daß
sie in Richtung der Längsachse des Mundstückes verlaufen, vorzugsweise alle parallel zueinander
und besonders bevorzugt geradlinig.
Beachtet man die vorgesehene Durchmessergröße bzw. Breite der Austrittslöcher und das
Verhältnis zu ihrer Länge, die im wesentlichen der Dicke der Austrittsplatte entspricht, dann kann
man einen großen Volumenstrom des flüssigen Füllgutes ohne zu große Schaumbildung in der
Verpackung erreichen, weil die Austrittsgeschwindigkeit des Füllgutes im Vergleich zu der bei
herkömmlichen Abfüllventilen geringer ist.
Mit Vorteil wird ein Nachtropfen der Flüssigkeit verhindert, weil das Füllgut im Raum über der
Austrittsplatte zum einen durch den atmosphärischen Druck und zum anderen durch die
Oberflächenspannung der Flüssigkeit zurückgehalten wird. Gelingt es aber, wie im Falle der
Erfindung, trotz im Verhältnis zu bekannten Ventilen geringer Austrittsgeschwindigkeit des
Füllgutes einen großen Volumenstrom in die Einfüllöffnung der Verpackung zu bringen, dann
verkürzt sich dadurch mit Vorteil die Füllzeit. Versuche mit dem erfindungsgemäßen Abfüllventil
haben ergeben, daß im Vergleich zu einem herkömmlichen Ventil die Füllzeit bei gleichem
Austrittsquerschnitt und gleicher Schaumbildung um etwa 25% verkürzt werden kann.
Bei vorteilhafter weiterer Ausgestaltung der Erfindung gestaltet man die Querschnittsfläche der
Austrittslöcher kreisrund. Die vorgenannten Vorteile erreicht man zwar auch mit Austrittslöchern,
deren Querschnittsfläche oval, länglich, gebogen oder mit ähnlicher Konfiguration ausgestaltet ist,
die kreisrunde Form ist aber besonders gut herzustellen (Bohren).
Wenn man bei einer anderen Alternative erfindungsgemäß die Querschnittsfläche der
Austrittslöcher vieleckig ausgestaltet, bleibt zwischen den einzelnen Austrittslöchern jeweils ein
Steg stehen, der bei den heutigen Bearbeitungsverfahren, wenn man z. B. das Mundstück mit der
Austrittsplatte aus Metall, z. B. nicht rostendem Stahl oder Aluminium, herstellt, sehr schmal
gehalten werden kann. Die Stegbreite zwischen benachbarten vieleckigen Austrittslöchern, z. B.
sechseckiger Löcher, kann zwischen 0,1 und 0,5 mm liegen, vorzugsweise etwa 0,3 mm betragen.
Dadurch hat man eine noch bessere Flächenausnutzung, denn die Querschnittsfläche des
Mundstückes entspricht in seinem ablaufseitigen Bereich etwa derjenigen Querschnittsfläche der
Austrittsplatte, die mit den Austrittslöchern versehen werden kann. Man versucht, die Austritts
löcher, über die gesamte Querschnittsfläche des Mundstückes bzw. über die Projektion der
Querschnittsfläche des Mundstückes unten auf die Austrittsplatte verteilt anzuordnen.
Ausführungsbeispiele zeigen, daß die Fläche des zwischen den Austrittslöchern stehenbleibenden
Materials der Austrittsplatte im Falle von vieleckigen Austrittslöchern kleiner ist als im Falle von
kreisrunden Austrittslöchern.
Zweckmäßig ist es gemäß der Erfindung ferner, wenn die abstromige Außenfläche der
Austrittsplatte konkav gewölbt ist. Gestaltet man die sogenannte aktive Fläche der Austrittsplatte,
d. h. diejenige Fläche, in welcher Austrittslöcher angeordnet sind, in solcher Weise, daß die dem
Innenraum des Mundstückes zugewandte Oberfläche eben und die erwähnte abstromseitige
Außenfläche der Austrittsplatte konkav leicht gewölbt ist, dann vermeidet man beim Öffnen des
Ventils und erstem Austreten des flüssigen Füllgutes das Versprühen von kleinen Spritzern auf
Oberflächen der Verpackung außerhalb deren Einfüllöffnung. Im laufenden Betrieb wird das
Füllventil intermittierend geöffnet und geschlossen. Auch bei Vermeidung eines Nachtropfens läßt
es sich aber nicht vermeiden, daß an der äußeren, abstromseitigen Außenfläche der Austrittsplatte
Flüssigkeit durch Kohäsion gehalten wird. Diese wird beim abermaligen Öffnen des Füllventiles
in Form von kleinen Spritzern unter kleineren Winkeln mit einer Gesamtöffnung von z. B. 50 bis
10° auch seitlich abgeschleudert. Durch die Krümmung hingegen wird erfindungsgemäß erreicht,
daß diese Spritzer auf die Fläche innerhalb der Einfüllöffnung der Verpackung konzentriert,
sozusagen fokussiert werden.
Die "konkave" Wölbung der erwähnten Außenfläche der Austrittsplatte ist diejenige Krümmung,
welche die Austrittsplatte in ihrem mittleren Bereich entgegen der Fließrichtung nach einwärts zum
Innenraum des Mundstückes hin wölbt. Mit anderen Worten liegt der Mittelpunkt eines Kreises für
diese konkave Wölbung abstromseitig außerhalb des Mundstückes auf der Verlängerung dessen
Längsmittelachse und vorzugsweise unterhalb, denn das Füllventil wird in aller Regel so
angeordnet, daß die Längsmittelachse des Mundstückes lotrecht steht mit der Folge, daß die
Austrittsplatte horizontal liegt. Anders ausgedrückt sind die Austrittslöcher der Austrittsplatte in
deren mittlerem Bereich kürzer, nämlich um bis zu 5% bis 30%, vorzugsweise bis zu 10% bis
25% kürzer.
Es ist erfindungsgemäß weiterhin zweckmäßig, wenn der Verschließkörper abstromseitig als Kegel
ausgestaltet ist, dessen Kegelwinkel (γ) im Bereich von 40° bis 90°, vorzugsweise von 60° bis 70°
liegt. Man erreicht durch die Gestaltung des Verschließkörpers am abstromigen Ende unter
Zusammenwirken mit der Austrittsplatte die Erzeugung eines kompakten Füllstrahles, bei dem
insbesondere bei dichter Anordnung der Austrittslöcher nebeneinander die Lufteinmischung sogar
während des Falles des Füllgutstrahles ausgeschaltet ist. Durch die Ausgestaltung des Kegels in
der erfindungsgemäßen Weise kann man das Füllgut sanft durch das Ventil hindurchtrans
portieren. Es ist insbesondere günstig, wenn der Verschließkörper ohne scharfe Kanten mit
weichen Übergängen geringer Krümmung von seinem abstromseitigen Vorderende bis zum
aufstromseitigen Hinterende ausgestaltet ist, sozusagen strömungstechnisch günstig, wie man es
bei Unterwasserkörpern kennt, nur daß das Füllgut den Verschließkörper im Falle der Erfindung
von hinten nach vorn umströmt. Gelangt das Füllgut letztlich in den Bereich um den Kegel, dann
beruhigt sich die Strömung mit Vorteil hier, und es ergeben sich auch keine Toträume mit
Totwassergebieten mit der Folge, daß die Strömung des Füllgutes gleichmäßig ist und sich
saubere Einzelstrahlen bilden, welche die Austrittsplatte am abstromseitigen Ende verlassen.
Nach dem Austritt, vorzugsweise unterhalb der Austrittsplatte, vereinigen sich die einzelnen aus
den Austrittslöchern austretenden Flüssigkeitsstrahlen durch Kohäsion zu einem gemeinsamen
Strahl. Der Durchmesser dieses gemeinsamen Strahles ist mit Vorteil kleiner als der äußere
Durchmesser derjenigen Querschnittsfläche, durch welche die Vielzahl der Einzelstrahlen fließt.
Bei letzterem handelt es sich um die sogenannte aktive Fläche der Austrittsplatte, die bei
Beachtung der erfindungsgemäßen Maßnahmen in überraschender Weise etwas größer gehalten
werden kann (z. B. 5 bis 10% größer) als die Querschnittsfläche der Eintrittsöffnung der
Verpackung. Es muß nur dafür gesorgt werden, daß die Querschnittsfläche des gebündelten, aus
den Einzelstrahlen vereinigten Strahles in die Einfüllöffnung der Packung paßt.
Die vorstehend erwähnten Vorteile werden noch günstiger erreicht, wenn erfindungsgemäß der
Abstand der Kegelspitze des Verschließkörpers zur aufstromseitigen Innenfläche der Austritts
platte größer als der halbe Durchmesser des Mundstückes ist. Auf das Mundstück wurde hier
wiederum Bezug genommen, weil dessen Querschnittsfläche bzw. deren Durchmesser bzw. Breite
der aktiven Fläche in der Austrittsplatte entspricht. Häufig ist die Bildung von kleineren Wirbeln
direkt an der Kegelspitze im laufenden Betrieb bei geöffnetem Ventil nicht zu vermeiden. Wenn
man nun den Abstand der Kegelspitze von der Austrittsplatte in dem vorstehend genannten Sinne
beachtet, d. h. diesen Abstand nicht zu klein wählt, dann gibt man der strömenden Flüssigkeit die
Möglichkeit, mit einem gleichmäßigen Geschwindigkeitsprofil unter der Austrittsplatte abzufließen,
so daß sich die Einzelstrahlen dort in der beschriebenen und in zweckmäßiger Weise bündeln
können. Im Bereich der Austrittsplatte werden dann mit Vorteil Wirbel und andere Turbulenzen
vermieden.
Die Erfindung ist vorteilhaft weiter dadurch ausgestaltet, daß das Mundstück in einer passend
geformten Ausnehmung in einer Trägerplatte über Dichtungen lösbar eingesteckt derart gehalten
ist, daß im wesentlichen nur die abstromige Außenfläche der Austrittsplatte und die äußere
Oberfläche des Mundstückes im Bereich um die Austrittsplatte herum von der Trägerplatte in den
Hygieneraum ragen. Sowohl im normalen Betrieb beim Abfüllen von flüssigen Lebensmitteln als
auch insbesondere im sterilen bzw. aseptischen Betrieb ist es günstig, mit allen Mitteln dafür zu
sorgen, daß Verunreinigungen nicht auftreten können. So wird erfindungsgemäß durch die hier
erläuterten Maßnahmen mit Vorteil erreicht, daß das Füllventil in den Hygienebereich hinein nur
eine sehr geringe Eintauchtiefe hat. Damit gibt es auch nur kleine Flächen, die vorspringend in
den Hygieneraum reichen bzw. in den aseptischen Bereich einer solchen Maschine. Hat man aber
nur geringe Flächen, dann kann sich nahezu kein Kondensat oder nur in vernachlässigbar
geringer Menge kondensieren und unter Abtropfen das Füllgut verunreinigen. Damit hat man aber
auch nur eine kleine Oberfläche, weiche durch Spritzer aus dem Füllgut verunreinigt werden
könnte. Das Einstecken erleichtert zudem den Ein- und Ausbau des Ventiles. Klemm- oder
Befestigungsteile, wie z. B. Schrauben, sind im Hygienebereich unerwünscht. Durch die
erfindungsgemäßen Maßnahmen werden Spalte, die schlecht zu reinigen sind, ausgeschaltet
Günstig ist es gemäß der Erfindung ferner, wenn auf einer in der Trägerplatte gelagerten Führungseinrichtung gehaltert, eine Reinigungskappe bewegbar angeordnet ist, die eine der Trägerplatte zugewandte Dichtoberfläche mit Dichtmitteln hat, wobei die Dichtoberfläche der Reinigungskappe den zugeordneten Oberflächen der Trägerplatte und des aus dieser herausstehenden Mundstückes zur Aufnahme und Bildung eines Reinigungsinnenraumes entsprechend angepaßt ausgestaltet ist. Durch diese Maßnahmen läßt sich das Füllventil gemäß der Erfindung besonders gut am Ort reinigen und auch am Ort sterilisieren. Es gibt nur den Verschließkörper und die Reinigungskappe mit ihrer Führung als bewegliche Teile, die sich in dem Hygieneraum oder gegebenenfalls in dem aseptischen Raum bewegen können. Bekannte Füllventile haben zahlreiche bewegliche Teile und große damit verbundene Oberflächen mit den damit zusammenhängenden Nachteilen. Die Reinigungskappe braucht aber nur zum Reinigen und Sterilisieren bewegt zu werden, ansonsten gibt es bei dem neuen Füllventil nur den Ver schließkörper, der sich im Hygieneraum bewegt, der andererseits aber mit entsprechend glatter und geschlossener Oberfläche ausgestaltet und ventilseitig abgedichtet gehaltert ist, daß Verunreinigungen vermieden werden, sich Keime nicht entwickeln können und auch Bakterien vom Ventil her nicht eingeschleppt werden können. Die wenigen Durchführungen sind abgedichtet, so daß Bakterien in den Hygieneraum nicht hineingezogen werden können. Schmierstellen sind bei dem Ventil gemäß der Erfindung im Hygieneraum ausgeschlossen.
Günstig ist es gemäß der Erfindung ferner, wenn auf einer in der Trägerplatte gelagerten Führungseinrichtung gehaltert, eine Reinigungskappe bewegbar angeordnet ist, die eine der Trägerplatte zugewandte Dichtoberfläche mit Dichtmitteln hat, wobei die Dichtoberfläche der Reinigungskappe den zugeordneten Oberflächen der Trägerplatte und des aus dieser herausstehenden Mundstückes zur Aufnahme und Bildung eines Reinigungsinnenraumes entsprechend angepaßt ausgestaltet ist. Durch diese Maßnahmen läßt sich das Füllventil gemäß der Erfindung besonders gut am Ort reinigen und auch am Ort sterilisieren. Es gibt nur den Verschließkörper und die Reinigungskappe mit ihrer Führung als bewegliche Teile, die sich in dem Hygieneraum oder gegebenenfalls in dem aseptischen Raum bewegen können. Bekannte Füllventile haben zahlreiche bewegliche Teile und große damit verbundene Oberflächen mit den damit zusammenhängenden Nachteilen. Die Reinigungskappe braucht aber nur zum Reinigen und Sterilisieren bewegt zu werden, ansonsten gibt es bei dem neuen Füllventil nur den Ver schließkörper, der sich im Hygieneraum bewegt, der andererseits aber mit entsprechend glatter und geschlossener Oberfläche ausgestaltet und ventilseitig abgedichtet gehaltert ist, daß Verunreinigungen vermieden werden, sich Keime nicht entwickeln können und auch Bakterien vom Ventil her nicht eingeschleppt werden können. Die wenigen Durchführungen sind abgedichtet, so daß Bakterien in den Hygieneraum nicht hineingezogen werden können. Schmierstellen sind bei dem Ventil gemäß der Erfindung im Hygieneraum ausgeschlossen.
Auch die einstückige Ausgestaltung der Austrittsplatte mit dem Mundstück dient einer geschickten
Reinigung. Es gibt nicht mehr die früher verwendeten Siebe, Scheiben oder Einsätze, die am
Mundstück entsprechend abgedichtet werden müssen und bei der Reinigung und bei Wartungs
arbeiten Schwierigkeiten machen. Durch das Einstecken des Ventiles in die Trägerplatte und
Halterung mittels der Dichtungen können auch durch Temperaturschwankungen bei der Reinigung
entstehende Längenänderung des Gehäuses und/oder Mundstückes des erfindungsgemäßen
Ventiles aufgenommen und ausgeglichen werden.
Die Reinigung des neuen Füllventiles kann täglich erfolgen, und zwar am Platz. Die Oberflächen
der Reinigungskappe einerseits und der Trägerplatte mit dem herausstehenden Mundstück
andererseits sind so in den Hygieneraum hineinragend ausgestaltet, daß eine Reinigung am Platz,
gegebenenfalls auch eine Sterilisierung vor Beginn des Betriebes, in einfacher Weise
vorgenommen werden kann.
Die Austrittslöcher können entweder durch Bohren, im Falle vieleckiger Querschnitte durch
Erodieren, mit Laserstrahl oder mit Wasserstrahl usw. hergestellt werden. Die aktive Fläche der
Austrittsplatte kann optimal ausgenutzt werden, weil zwischen den Austrittslöchern nur kleine
Bereiche an Material stehen bleiben, so daß ausreichend viele Einzelstrahlen der abzufüllenden
Flüssigkeit durch die Austrittsplatte durchgelassen werden können und bei geringer Austritts
geschwindigkeit doch ein großer Volumenstrom gewährleistet ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den
Zeichnungen. Es zeigen:
Fig. 1 perspektivisch das neue Füllventil ohne Verrohrung und ohne die Trägerplatte, im
geschlossenen Zustand, zur deutlicheren Darstellung mit außen abgebrochenem
Gehäuse,
Fig. 2 eine vertikal genommene Querschnittsansicht durch das Füllventil im Aufbau der Fig.
1,
Fig. 3 dasselbe Füllventil verkleinert und in einer Trägerplatte gehaltert mit von dieser
wegbewegten Reinigungskappe, im Zustand des Füllbetriebes,
Fig. 4 die gleiche Ansicht wie Fig. 3, bei welcher jedoch die Reinigungskappe in den
Zustand für die Reinigung an die Trägerplatte herangefahren ist,
Fig. 5 eine vergrößerte abgebrochene Querschnittsansicht durch das Mundstück mit dem
darin angeordneten Kegel des Verschließkörpers,
Fig. 6 die gleiche Darstellung wie Fig. 5, bei welcher jedoch die Austrittsplatte unten gewölbt
ausgebildet ist,
Fig. 7 die Draufsicht auf die Austrittsplatte von innen in Richtung der Längsachse des
Mundstückes bei einer ersten Ausführungsform mit runden Austrittslöchern und
Fig. 8 die gleiche Darstellung wie Fig. 7, jedoch mit Austrittslöchern mit vieleckigem
Querschnitt.
Das in den Fig. 1 und 2 perspektivisch bzw. im Schnitt dargestellte Füllventil weist in seiner
oberen Hälfte ein Gehäuse 1 und daran angebracht in der unteren Hälfte ein Mundstück 2 auf,
in deren Mitte ein äußerlich stromlinienförmig gebauter Verschließkörper 3 in Richtung des
Doppelpfeiles 26 lotrecht auf- und abbewegbar angeordnet ist. Ein Zuführstutzen 24 mündet mit
vertikaler Komponente seitlich oben im Gehäuse 1, wo sich der obere, rückseitige Teil des
Verschließkörpers 3 befindet, der über eine Membran 5 aus Gummi oder Silicon abgedichtet ist.
Im unteren Bereich wird das Mundstück 2 von der Austrittsplatte 16 abgeschlossen, deren aktive
Fläche, die besonders deutlich in den Fig. 7 und 8 zu sehen ist, mit so vielen Austrittslöchern
4 besetzt ist wie möglich.
Am rückseitigen Ende weist der Verschließkörper 3 einen Ansatz 21 auf, in dem eine Paßfeder
6 sitzt, die in der nicht gezeigten Nut einer Achse 8 gegen Verdrehen sichert. Mit einer Schraube
9 kann die Achse 8 am Ansatz 21 des Verschließkörpers 3 festgeschraubt werden. Damit ist auch
der Gabelkopf 20 befestigt, welcher einstückig mit der Achse 8 ausgestaltet ist. Eine Gleit
lagerhülse 10 liegt im oberen Bereich der Schraube 9 um die Achse 8 herum an dieser an und
sorgt für eine Gleitbewegung der Achse 8 in der Bohrung eines Deckels 7. Der Deckel 7 ist mit
einer Mutter 11 mit dem Gehäuse 1 verschraubt. Eine gleichartige Mutter 12 verbindet das
Gehäuse 1 mit dem Mundstück 2, wobei ein O-Ring 13 dazwischen eingeklemmt wird, dessen Sitz
nach aseptischen Gesichtspunkten gestaltet ist. Damit sind das Gehäuse 1 und das Mundstück
2 abgedichtet miteinander verbunden.
Um eine Verdrehung der Membran 5 und damit eine eventuelle Beschädigung zu verhindern, ist
die Achse 8 durch einen Zylinderstift 14 gegen Verdrehung gesichert. Auf der äußeren Oberfläche
des Mundstückes 2 befindet sich in dessen unterem Bereich (unteres Drittel neben der
Austrittsplatte 16) ein O-Ring 15, der das Ventil gegen den Hygieneraum bzw. Sterilbereich der
Füllmaschine abdichtet.
Die Montage ist so gestaltet, daß man die Achse 8 über die Gleitlagerhülse 10 von oben nach
unten in den Deckel 7 hineinsteckt. Von unten wird dann der Verschließkörper 3 mit der
übergestülpten, drehsymmetrisch, becherförmig ausgestalteten Membran 5 nach oben eingesteckt,
wobei die Paßfeder 6 dann schon in die Nut eingelegt ist. Der Ansatz 21 am rückseitigen Ende
des Verschließkörpers 3 ragt nun nach oben in eine entsprechende mittige Ausnehmung der
Achse 8 hinein und wird über die Schraube 9 festgeschraubt. Danach wird der Deckel 7 mit dem
darunter befindlichen Verschließkörper 3 in das Gehäuse 1, an welchem das Mundstück 2 noch
nicht angebracht ist, abgesenkt. Mit dem Verschrauben mittels der Überwurfmutter 11 könnte sich
die Membran 5 verdrehen, und deshalb kann man von unten in das Gehäuse 1 hineinsehen und
prüfen, ob die Membran 5 richtig plaziert ist. Sitzt die Membran 5 exakt und in gewünschter
Stellung, dann wird das Mundstück 2 von unten aufgeschraubt. Die Luft oberhalb und rückseitig
hinter der Membran 5 kann durch nicht dargestellte Spalte an der Gleitlagerhülse 10 nach oben
entweichen, so daß kein Vakuum oder Überdruck in dem Raum hinter der Membran 5 entstehen
kann. Am vorderen unteren Ende ist der in seiner Gesamtheit stromlinienförmig außen
ausgestaltete Verschließkörper 3 als Kegel ausgebildet, dessen Spitze deutlich in den Fig. 1
bis 6 erkennbar ist. Nach rückwärts und oben schließt sich an den Kegel ein Zylindermantelförmi
ger Teil an, und die Übergangsfläche des Verschließkörpers 3 sitzt zu seiner unteren Spitze 27
auf dem Ventilsitz 23 in Dichteingriff.
Anhand der Fig. 1, 2 und 5 bis 8 sieht man besonders deutlich die Ausgestaltung der
Austrittsplatte 16. Diese ist in Ausflußrichtung, d. h. in Richtung der Längsachse 28 des
Mundstückes 2 und auch des Gehäuses 1 lotrecht nach unten gerichtet (untere Richtung des
Doppelpfeiles 21). Die Austrittslöcher 4 verlaufen alle in dieser Richtung und liegen parallel
zueinander. Sie sind gleichmäßig über die gesamte Querschnittsfläche des Mundstückes 2, die
in den Fig. 7 und 8 zu sehen ist, verteilt. Der Durchmesser der im Querschnitt kreisrunden
Austrittslöcher 4 ist in Fig. 7 mit d bezeichnet. Entsprechend ist die Breite der im Querschnitt
sechseckig ausgestalteten Austrittslöcher 4 in Fig. 8 mit b bezeichnet. Zwischen den jeweiligen
Austrittslöchern 4 bleiben kleine Stege stehen, die in den Fig. 7 und 8 mit s bezeichnet sind.
In der Praxis gilt 0,1 mm < s < 0,5 mm, wobei s = 0,3 mm für den Fall der kreisrunden
Austrittslöcher 4 bevorzugt ist. Der Durchmesser d bzw. die Breite b sollte größer als 1 mm und
kleiner als 5 mm sein. In der Praxis hat sich eine Größe von 2 mm als sehr zweckmäßig
erwiesen.
Der Durchmesser D des Innenraumes 29 des Mundstückes 2 sollte nur 5 bis 10% größer als der
Durchmesser der nicht dargestellten Einfüllöffnung der zu füllenden Packung sein. Man erkennt
gleichwohl, daß der Außendurchmesser des Mundstückes 2 in einem solchen Falle größer als die
Einfüllöffnung der Verpackung wäre mit der Folge, daß man das Mundstück 2 nicht in die
Einfüllöffnung einer Packung hineinführen könnte. Das ist erfindungsgemäß aber weder
beabsichtigt noch notwendig, und man erkennt den Vorteil der größeren Querschnittsfläche des
Ausfließstrahles des Füllgutes im Vergleich zu einer nicht dargestellten Rohrgröße eines
bekannten Ventiles, welches eine kleinere effektive Wirkfläche oder aktive Austrittsfläche hätte,
allein um das Mundstück in die Einfüllöffnung der Packung stecken zu können. Die erfindungs
gemäßen Vorteile liegen auf der Hand.
Bei der Ausführungsform der Fig. 6 ist die abstromige Außenfläche 30 der Austrittsplatte 16
konkav so gewölbt, daß die mittleren Austrittslöcher 4 ersichtlich um etwa 15% kürzer sind als
die äußeren.
Der Verschließkörper 3 ist als Kegel ausgestaltet mit seiner Spitze 27 und dem Kegelwinkel γ von
etwa 60°. Der Abstand L der Kegelspitze 27 des Verschließkörpers 3 zur aufstromseitigen
Innenfläche 31 der Austrittsplatte 16 (auf welche man bei der Darstellung der Fig. 7 und 8
blickt) soll größer als D/2 sein, also größer als der halbe Durchmesser des Innenraumes 29 des
Mundstückes 2.
Die Dicke der Austrittsplatte 16 ist gleich der Länge l der Austrittslöcher 4. Die richtigen
Strömungsverhältnisse erhält man, wenn die Länge l < 2d, bzw. < 2b, d. h. größer als das
Zweifache ihres Durchmessers d bzw. ihrer Breite b ist. Dabei gilt 1 mm < d < 5 mm bzw.
1 mm < b < 5 mm. Bei einer bevorzugten beispielhaften Ausführungsform ist l = 5d mit d-2 mm.
In den Fig. 3 und 4 ist dargestellt, daß das Mundstück 2 in einer passend geformten
Ausnehmung 32 in einer Trägerplatte 17 lösbar eingesteckt gehaltert ist. Außer dem unteren
Dichtring 15 ist diese Steckverbindung auch über den oberen Dichtring 33 (Fig. 3, 4) abgedichtet,
so daß sich eine doppelte Sicherheit gegen etwa aus der Umgebung oben eintretende Luft ergibt,
durch weiche Bakterien in den Hygieneraum eingeschleppt werden könnten, der in den Fig.
3 und 4 unten mit 34 bezeichnet ist. Außer der Trägerplatte 17 mit der beweglich zu dieser
angeordneten Reinigungskappe 18 trennen oben rechts ein Trennblech 35 und unten links ein
weiteres Trennblech 36 den darunter befindlichen Hygieneraum 34 von der oberhalb zu
denkenden Umgebung. Die Trägerplatte weist nach unten zum Hygieneraum 34 hin eine ebene,
schräg unter 30° gegen die Längsachse 28 angestellte abstromige Außenfläche 37 auf, welcher
die nicht näher bezeichnete schräge Fläche der Reinigungskappe 18 in Lage und Neigung
entspricht. Außerdem ist in der Schrägfläche der Reinigungskappe 18 ein Freiraum 38
eingearbeitet, weicher das untere Ende des Mundstückes 2 aufnehmen kann, welches aus der
schrägen Fläche 37 der Trägerplatte 17 hervorsteht. Wird nämlich die Reinigungskappe 18 über
den Pneumatikzylinder 39 mittels der Führung 40 horizontal nach links in Richtung des Pfeiles 41
aus der Position der Fig. 3 in die der Position 4 bewegt, dann wird der Freiraum 38 als
Reinigungsinnenraum geschlossen, an den sich die Leitung 42 in der Trägerplatte 17 anschließt
Zur Abdichtung ist eine Ringdichtung 43 in die Schrägfläche der Reinigungskappe 18, den
Freiraum 38 umgreifend, eingelegt.
In Fig. 3 ist der Füllbetrieb der Reinigungskappe 18 dargestellt.
Die Flüssigkeit steht bei Beginn des Füllvorganges im Innenraum 29 des Ventils bis an die
Dichtfläche, d. h. zum Sitz 23 zwischen Verschließkörper 3 und Mundstück 2. Da das Ventil in
Durchflußrichtung geschlossen ist, ist die Membrane 5 nach unten ausgelängt, so daß sich keine
Tasche bildet, in der sich Luft festsetzen könnte. Außerdem hat die Zuführleitung 24 eine Neigung
mit einer vertikalen Komponente, so daß etwa doch eingeschleuste Luft nach oben absteigen
könnte. Durch das Bewegen des Verschließkörpers 3 nach oben wird der Ringspalt zwischen dem
Sitz 23 am Mundstück 2 und dem Verschließkörper 3 freigegeben, durch weichen die Flüssigkeit
In den Raum 29 unter dem Verschließkörper 3 und von dort durch die am unteren Ende
befindlichen Austrittslöcher 4 fließen kann. Die Kegelspitze 27 des Verschließkörpers 3 befindet
sich so weit über der aufstromseitigen Innenfläche 31 der Austrittsplatte 16, daß sich der
Flüssigkeitsstrom vor Eintritt in die Austrittslöcher 4 wieder vereinigt und beruhigt hat. Zum
Beenden des Füllvorganges wird der Verschließkörper 3 nach unten bewegt, bis er wieder auf
dem Sitz 23 in Abdichtanlage kommt. Nach der ersten Füllung wird die Flüssigkeit im Raum unter
dem Verschließkörper 3 durch den atmosphärischen Druck und die Oberflächenspannung der
Flüssigkeit bei genügend kleinen Austrittsbohrungen 4 zurückgehalten, so daß ein Nachtropfen
verhindert ist. Der Durchmesser des nicht gezeigten, aus den einzelnen Flüssigkeitsstrahlen
vereinigten Strahls ist kleiner als der des Austrittsquerschnittes D am Mundstück. Dadurch kann
der Öffnungsquerschnitt der Verpackung besser genutzt werden als bei bekannten Füllventilen,
bei denen das Mundstück in die Packung eintauchen muß.
Die Reinigungskappe 18 wird aus der Position der Fig. 3 in die der Fig. 4 in Richtung des
Pfeiles 41 so herangefahren, daß der Reinigungsinnenraum 38 mit Hilfe des Dichtringes 46 zum
Hygieneraum 34 hin in sich abgeschlossen wird. Reinigungsmittel kann nun in den Zuführstutzen
24 eingeleitet werden, umströmt den Verschließkörper 3, der in die geöffnete Position gelangt, d. h.
vom Sitz 23 abgehoben wird, strömt in den Innenraum 29 im Mundstück 2 und verläßt diesen
durch die Austrittslöcher 4. Sogar die aus der Schrägfläche 37 der Trägerplatte 17 in den
Hygieneraum 34 herausstehenden Außenflächen des Mundstückes 2 werden, weil sie in dem
Reinigungsinnenraum 38 liegen, von dem Reinigungsmittel umspült, weiches dann durch die
Leitung 42 wieder zurückgeführt wird. Nach Beendigung der Reinigung braucht nur durch
Betätigung des Pneumatikzylinders 39 die Reinigungskappe wieder in die Position der Fig. 3
zurückgefahren zu werden, und schon kann der Füllbetrieb wieder beginnen.
Claims (8)
1. Ventil zum Abfüllen von Flüssigkeiten in Verpackungen, mit einem Gehäuse (1) mit
Zuführstutzen (24), vorderseitigem Mundstück (2) und Austrittseinrichtung (16), in der eine
Vielzahl von Austrittslöchern (4) angeordnet ist, mit einem in dem Gehäuse (1) bewegbar
angeordneten, mit einem Ventilsitz (23) in Eingriff bringbaren Verschließkörper (3) und mit
rückseitigen Abdichteinrichtungen (5, 7, 22), dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittslöcher
(4), über die gesamte Querschnittsfläche des Mundstückes (2) verteilt, in einer Austrittsplatte
(16), diese in Richtung (26) der Längsachse (28) des Mundstückes (2) durchdringend,
angebracht sind, die mit dem Mundstück (2) einstückig ausgebildet ist, daß der Durchmesser
(d) bzw. die Breite (b) der Austrittslöcher (4) größer als 1 mm und kleiner als 5 mm ist und
daß die Länge (l) der Austrittslöcher (4) größer als das Zweifache ihres Durchmessers (d)
bzw. ihrer Breite (b) ist.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der
Austrittslöcher (4) kreisrund ist.
3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der
Austrittslöcher (4) vieleckig ist.
4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die abstromige
Außenfläche (30) der Austrittsplatte (16) konkav gewölbt ist.
5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschließkörper
(3) abstromseitig als Kegel ausgestaltet ist, dessen Kegelwinkel (γ) im Bereich von 40° bis
90°, vorzugsweise von 60° bis 70°, liegt.
6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (L) der
Kegelspitze (27) des Verschließkörpers (3) zur aufstromseitigen Innenfläche (31) der
Austrittsplatte (16) größer als der halbe Durchmesser (D) des Mundstückes (2) ist.
7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Mundstück (2)
in einer passend geformten Ausnehmung (32) in einer Trägerplatte (17) über Dichtungen (15,
33) lösbar eingesteckt derart gehalten ist, daß im wesentlichen nur die abstromige
Außenfläche (37) der Austrittsplatte (16) und die äußere Oberfläche des Mundstückes (2) im
Bereich um die Austrittsplatte (16) herum von der Trägerplatte (17) in den Hygieneraum (34)
ragen.
8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer in der
Trägerplatte (17) gelagerten Führungseinrichtung (19) gehaltert, eine Reinigungskappe (18)
bewegbar angeordnet ist, die eine der Trägerplatte (17) zugewandte Dichtoberfläche mit
Dichtmitteln (46) hat, wobei die Dichtoberfläche der Reinigungskappe (18) den zugeordneten
Oberflächen (37) der Trägerplatte (17) und des aus dieser herausstehenden Mundstückes
(2) zur Aufnahme und Bildung eines Reinigungsinnenraumes (38) entsprechend angepaßt
ausgestaltet ist.
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