EP2111303B1 - Vorrichtung und verfahren zum dosieren geschäumter massen - Google Patents
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-
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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 quantity of such masses is time-controlled filled or open-ended via on / off valves or piston pump pumps.
- the supply of the mass is usually carried out via one to two pressure lines in a pressure-resistant container (collector).
- the US 6,296,463 describes an arrangement for applying polymer fibers derived from a polymer melt (hot-melt adhesive) to a substrate.
- the assembly includes a plurality of juxtaposed units, each unit including a conduit section with a gear pump, a nozzle module mounted on the conduit section, and a recirculation module mounted on the conduit section.
- the duct sections are connected to each other and cause hot air ("process air") as well as polymer melt to reach the nozzle modules.
- process air hot air
- This arrangement enables a meltblown process in which the polymer melt is blown or extruded from the nozzles into fibers by means of the high-speed process air. This allows Faservliesse or adhesive surfaces made of hot-melt adhesive. From a dosing of foamed masses at a dosing destination or from a constant hold of the pressure in the foamed mass during and after the outflow to the nozzle outlet is out of the question.
- 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 of the entire filling and tempering process, to prevent dripping at the nozzle outlet 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.
- the supply of each nozzle (closable with retraction) with a pump and the synchronization of all pumps increases the filling accuracy.
- 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 tempering 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.
- a device for producing a consumption of a flowable, in particular foamed mass e.g. a Confiserie-consumption
- the outlets (2) open into mutually coupled rotary lobe pump (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 a starting position of the filling / tempering process with the nozzle outlet closed and the return 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.
- Fig. 5 shows in a sectional view a unit for the production of so-called one-shot products with a reservoir (9) for a second mass, an inner nozzle tube (10) for the second mass and a closure piston (11) for the nozzle (5).
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- Basic Packing Technique (AREA)
- Supply Of Fluid Materials To The Packaging Location (AREA)
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- Nozzles (AREA)
- Coating Apparatus (AREA)
- Feeding, Discharge, Calcimining, Fusing, And Gas-Generation Devices (AREA)
Description
- 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.
- Bei bekannten Füllsystemen wird die Füllmenge solcher Massen zeitgesteuert über Auf/Zu-Ventile oder über Kolbendoslerpumpen gefüllt oder freidressiert. Die Zufuhr der Masse erfolgt in der Regel über ein bis zwei Druckleitungen in eines druckfest ausgebildeten Behälters (Kollektor).
- Die
US 6,296,463 beschreibt eine Anordnung zum Auftragen von Polymerfasern, die aus einer Polymerschmelze stammen (heissschmelzender Klebstoff), auf ein Substrat. Die Anordnung enthält mehrere, nebeneinander angeordnete Einheiten, wobei jede Einheit einen Kanalabschnitt mit einer Getriebepumpe, ein an dem Kanalabschnitt montiertes Düsenmodul sowie ein an dem Kanalabschnitt montiertes Rezirkulationsmodul enthält. Die Kanalabschnitte sind miteinander verbunden und bewirken, dass Heissluft ("Prozessluft") sowie Polymerschmelze zu den Düsenmodulen gelangen. Diese Anordnung ermöglicht einen SchmelzblasProzess, bei dem mittels der mit hoher Geschwindigkeit strömenden Prozessluft die Polymerschmelze aus den Düsen zu Fasern geblasen bzw. extrudiert wird. Dadurch lassen sich Faservliesse oder Klebeflächen aus heiss-schmelzendem Klebstoff herstellen. Von einem Dosieren geschäumter Massen an einem Dosier-Zielort oder von einem Konstanthalten des Druckes in der geschäumten Masse während und nach dem Ausstromvorgang bis zum Düsenaustritt ist hier keine Rede. - 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 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.
- Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 und des Anspruchs 6 gelöst.
- 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.
- Die Erfindung wird anhand eines nicht einschränkend aufzufassenden Ausführungsbeispiels, welches in den Zeichnungen dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen:
-
Fig. 1A 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. 1B eine Schnittansicht entlang der Ebene X-X inFig. 1A durch eine der Einheiten derFig. 1A ; -
Fig. 1C die Schnittansicht derFig. 1B 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. -
Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht einer für die Herstellung von sogenannten One-Shot-Produkten vorgesehenen Einheit. - 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 Füll-/Dressierprozesses 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. -
Fig. 5 zeigt in einer Schnittansicht eine Einheit für die Herstellung von sogenannten One-Shot-Produkten mit einem Vorratsbehälter (9) für eine zweite Masse, einem inneren Düserohr (10) für die zweite Masse und einem Verschlusskolben (11) für die Düse (5). -
- 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
- 11
- Verschlusskolben One Shot
Claims (9)
- Vorrichtung zum Dosieren von Massen und geschäumten 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, wobei die Pumpe eine Drehpumpe (3) ist, die mindestens ein in einer Pumpkammer (3a) angeordnetes drehbares Drehelement (3b) aufweist, wobei mindestens eine Einheit (3, 5) oder mehrere miteinander gekoppelte Einheiten (3, 5) mit einem Antriebsmotor (8) verbunden ist bzw. sind und wobei die Drehzahl und das Drehmoment des Antriebsmotors steuerbar sind, wobei die Düse (5) einen Verschlussmechanismus (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussmechanismus einen in der Düse (5) angeordneten Rückzugkolben (7) aufweist, der bezüglich des Düsenaustritts verschiebbar ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere parallel geschaltete Einheiten (3, 5) aufweist, deren Drehpumpen (3) jeweils miteinander gekoppelt sind.
- Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (8) über eine nicht-starre Verbindung zur Drehmomentübertragung auf das Drehelement (3b) mit der mindestens einen Einheit (3, 5) oder den mehreren miteinander gekoppelten Einheiten (3, 5) verbunden ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussmechanismen (6) der jeweiligen Düsen (5) jeweils miteinander gekoppelt sind.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, 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.
- Verfahren zum Dosieren von Massen und geschäumter Massen unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, 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), wobei während des Antreibens der Drehpumpe das Drehmoment und/oder die Drehzahl des Antriebs gesteuert werden, und wobei beim Schließen der Düsen (5) ihr jeweiliger Rückzugkolben in die Düse (5) zurückgezogen wird.
- Verfahren nach Anspruch 6 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.
- Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosier-Zielorte sich an Artikeln befinden, die nebeneinander angeordnet sind und parallel zueinander entlang eines Transportweges transportiert werden.
- Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch zwei oder mehrere Pumpenreihen mit zwei oder mehreren verschiedenen 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 hergestellt werden können.
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